anÁlise experimental para determinaÇÃo dos...

ANÁLISE EXPERIMENTAL PARA

DETERMINAÇÃO DOS PARÂMETROS IDEAIS

DO PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE SAL

CÁLCICO DE ÁCIDO GRAXO DE PALMA

UTILIZANDO O METODOLOGIA SEIS SIGMA

Sandro Pereira da Silva (USP )

[email protected]

Anderson Zuntini (Einstein )

[email protected]

Jose Luiz Stival Ghirardini (Einstein )

[email protected]

Thais Cristina Duppre (Einstein )

[email protected]

A procura intensa por melhoria continua utilizando a metodologia Seis Sigma

é observada há anos em diversos setores industriais com o propósito de

reduzir variabilidade no processo, neste contexto esse método foi aplicado

em uma empresa de destaque no mercado competitivo de nutrição animal,

cuja a fabricação do produto sal cálcico de ácidos graxo de palma

apresentava níveis de 95,63% de refugo e ou retrabalho. A metodologia seis

sigma foi desenvolvida no caminho DMAIC com as ferramentas de suporte

para cada etapa como o Fluxograma de Processo, SIPOC, Diagrama de Causa

e Efeito, FMEA, DOE e gráficos de controle, que contribuíram para encontrar

a causa raiz dos resultados de extrato etéreo livre em porcentagens elevadas.

O resultado do trabalho proporcionou erradicação do modo de falha

elevando a taxa de aproveitamento do lote para 100% consequentemente

zerando os refugos e retrabalhos. Os indicadores de capacidade do processo

saíram de -0,77 CPK para 1,54 CPK, comprovando a eficácia da metodologia.

Palavras-chaves: Seis Sigma, DOE e Extrato etéreo livre.

XXXIV ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO Engenharia de Produção, Infraestrutura e Desenvolvimento Sustentável: a Agenda Brasil+10

Curitiba, PR, Brasil, 07 a 10 de outubro de 2014.



2

1. Introdução

Com a alta competitividade de mercado e clientes cada vez mais exigentes quanto a qualidade

e preço, um esforço para redução de custos, aumento de produtividade e eficiência é assunto

mais do que frequente nas organizações. Para Rother (2010), a competitividade é alcançada

por pequenas etapas a serem seguidas e que são difíceis de serem copiadas.

Métodos e processos eficazes é uma busca incessante e a redução de refugos é ponto

relevante, para redução da variabilidade de processo, neste contexto a metodologia Seis

Sigma foi criada na Motorola no final da década de 80, guiada pelo DMAIC e implementada

não como um simples controle de qualidade e sim como uma metodologia que abrange toda a

organização e a direciona a redução de defeitos próximo a zero (CORONADO, 2002).

Segundo Favaretto (2006) o refugo é um dos principais indicadores de produção e pode ser

medido de algumas maneiras como refugo por item, retrabalho por máquina e por lote que

estão ligados a itens essenciais como qualidade, confiabilidade, flexibilidade e entre eles o

custo.

2. Revisão de literatura

O seis sigma, segundo Arnheiter e Maleyeff (2005), é uma metodologia criada com o objetivo

de alcançar um modelo de processo próximo de zero defeitos afim de reduzir a variação do

sistema para garantir um produto final de maior qualidade através de uma estrutura rígida de

estudo e melhoria do processo.

Para Eckes (2001), uma implementação de seis sigma bem sucedida exige uma infraestrutura

bem consciente e uma participação ativa da gestão da organização. Segundo Nave (2002)

metodologia seis sigma é guiada pelo DMAIC que traça as cinco etapas, sendo: “D” definir,

nessa etapa são identificados os problemas que chegam até os clientes e averiguados os

resultados do processo; “M” medir, nesta fase os dados são coletados no processo de

fabricação; “A” analisar, etapa de leitura dos dados fornecidos pela fase de medição onde se

identifica causas do defeito; “I” melhorar; onde são coletadas todas as ideias de melhoria e

implementadas no processo e “C” controlar etapa com o objetivo de manter o sistema instável

no mesmo padrão de melhoria alcançado ao longo do tempo.



3

Seguindo o caminho DMAIC muitas ferramentas estatísticas e monitoramento são

empregadas. Para etapa “D” as ferramentas Fluxograma e SIPOC foram aplicadas, Segundo,

Keller (2005) e Gupta (2004), estas ferramentas são utilizadas para se obter uma visualização

simples e formalizada de um processo onde estão dispostos sequencialmente as etapas

diferenciadas em figuras geométricas que representam a ação a ser tomada para cada ocasião

no sistema ali descrito de forma lógica e programada. A etapa seguinte caracteriza a fotografia

do processo no estado atual, seguindo o DMAIC. Nas fases “M” e “A”, algumas ferramentas

destacam-se como o Brainstorming, utilizado para gerar ideias ou encontrar soluções para a

causa raiz do problema em questão. Sua aplicação consiste no seguimento de três etapas

distintas sendo: a geração de ideias, o esclarecimento sobre o processo e a avaliação das ideias

(SELEME e STADLER, 2008).

Partindo do Brainstorming o diagrama de causa e efeito (Ishikawa) é construído. Conforme

Vieira (1999) se utilizado de maneira correta, o diagrama de causa e efeito mostra resultados

positivos e leva ao sucesso da mitigação da causa raiz do problema perseguido. Criado por

Kaoru Ishikawa na década de 40 com o objetivo de apresentar as causas que afetam no

processo de forma estruturada e organizada afim de conhecer o efeito e após elaborar plano de

ação para eliminar a causa raiz geradora do modo de falha (MEIRELES 2001).

Segundo Cardoso (2007), o pesquisador Calegare (2002) ainda dentro das etapas “M” e “A”,

ferramenta DOE – “design of experiments”, largamente utilizada para otimizar os testes de

validação dos modos de falhas consiste em explorar de forma otimizada as possibilidades de

testes no processo, executando a menor quantidade de experimentos com o maior número de

variáveis do processo. Para Vieira (1999) é recomendável que se faça réplica nos

experimentos para assegurar maior confiabilidade no resultado.

Após implementação das melhorias, a etapa “C” tem o objetivo de manter sob controle as

melhorias implantadas, sob a utilização de gráficos de controles, para visualizar a estabilidade

do processo, e manter padronizado os resultados encontrados no projeto. O gráfico de controle

é utilizado de maneira sistemática para que auxilie o gestor na leitura de desempenho do

processo (WALPOLE et al, 2008). Para prevenção de possíveis novas falhas utiliza se o

FMEA que segundo Lélis (2012) as experiências adquiridas devem ser registradas nesta

ferramenta, que consiste em método de análise de falhas com objetivo de identificar os modos



4

e os efeitos causados, analisando de forma sistêmica a fim de dar prioridades a falhas críticas,

quanto a ocorrência, gravidade, detecção, severidade e risco para o processo.

3. Metodologia

O estudo foi realizado em uma empresa de destaque no setor de nutrição animal situada no

interior de SP, onde um dos seus principais produtos é o sal cálcico de ácidos graxos de

palma. O produto é obtido durante a reação exotérmica entre os ácidos graxos de palma e uma

base. O sal cálcico de ácidos graxos é uma fonte de ácidos graxos utilizado na alimentação de

ruminantes. Pelo fato destes ácidos graxos estarem na forma de sais, passam inerte pelo

rúmen do animal onde o pH é próximo do neutro e são dissociados quando passam pelo

abomaso onde o pH é ácido, está dissociação libera os ácidos graxos para serem absorvidos

pelo intestino. As Figuras 1, 2, 3(a) e 3(b) demonstram o fluxograma de fabricação do produto

e suas etapas.

Figura 1 - Fluxograma do processo



5

Fonte: O autor

Figura 2 – Visão geral do processo



6

Fonte: O autor

Figura 3(a) e 3(b) – Detalhe do processo

Fonte: O autor

A produção consiste em um processo simples com layout em linha, as matérias primas são

inseridas por meios de roscas (I) e bomba (II) no misturador de pinos e pás intensivo, este

contem pinos e pás reguláveis (III) com o objetivo de misturar as matérias primas para

disparar o início da reação química, após essa etapa o produto é direcionado a um misturador

de eixo duplo em formato helicoidal (IV) do fabricante Vérdes, modelo 041, comprimento útil

da bacia de mistura é 2300mm, largura da bacia de mistura é 650mm, potência do motor

15CV. Após esta etapa o produto é homogeneizado por um período de 10 minutos, então é

transferido para o segundo misturador de pinos e pás intensivo (V), utilizado para dar início

ao resfriamento e triturar o produto. Na etapa subsequente o produto já triturado é



7

transportado pneumaticamente para um turbilhonador (VI) que o resfria e conduz até o

ciclone (VII), neste estágio as partículas do produto são separadas do ar e conduzidas a uma

ensacadora (VIII) finalizando o processo.

A empresa fabricante executa controle de processo no produto acabado para saber qual a

quantidade de ácidos graxos que não estão na forma de sal, está analise que quantifica o teor

de ácidos graxos livres em seu produto é chamada de “Porcentagem de Extrato Etéreo Livre”,

cujo o resultado não deve exceder 8%. A figura 4 representa a condição inicial do processo,

antes da implantação da metodologia 6 sigma.

Figura 4 – Gráfico individual representando os resultados de extrato etéreo livre no sal cálcico

de ácidos graxos de palma

200180160140120100806040201

25

20

15

10

5

0

25

20

15

10

5

0

Resultados

% d

e E

xtr

ato

Eté

reo L

ivre

E.E. L. Palma1

Limite Superior

Resultados

Gráfico individual representando os resultados de Extrato Etéreo Livre

Fonte: O autor

O fabricante vem apresentando resultados não satisfatórios de extratos etéreos livres,

causando alto nível de refugo e retrabalho. A figura 5 demonstra o descontrole do processo

representando cerca de 95,63% dos resultados acima do limite superior de controle definido

como 8% de extrato etéreo livre. Este processo é classificado como incapaz com indicador de

– 0,77% de CPK.



8

Figura 5- Histograma dos resultados de extrato etéreo livre do processo antes das melhorias

2118151296

USL

LSL *

Target *

USL 8

Sample Mean 14,7663

Sample N 183

StDev (Within) 2,9384

StDev (O v erall) 3,49685

Process Data

C p *

C PL *

C PU -0,77

C pk -0,77

Pp *

PPL *

PPU -0,64

Ppk -0,64

C pm *

O v erall C apability

Potential (Within) C apability

% < LSL *

% > USL 95,63

% Total 95,63

O bserv ed Performance

% < LSL *

% > USL 98,94

% Total 98,94

Exp. Within Performance

% < LSL *

% > USL 97,35

% Total 97,35

Exp. O v erall Performance

Within

Overall

Histograma dos resultados de extrato etéreo livre do processo

Fonte: O autor

A aplicação da ferramenta SIPOC foi necessária para identificar com clareza todas as entradas

e saídas do processo, a figura 6 demonstra o SIPOC para obtenção do produto sal cálcico de

ácido graxo de palma.

Figura 6 – SIPOC

Fornecedor A, B, C , D e E Ácido Graxo de PalmaSal Calcico de

Ácidos Graxos

dentro dos níveis de

garantia

Cliente A

Cal HidratadaFornecedor F e G

SIPOC

Customers (Clientes)Suppliers (Fornecedores) Inputs (Entradas/Matéria Prima) Process (Processo) Outputs (Saída/PA)

Mistura Intensiva das

Matérias EnsaqueResfriamentoTriturador

Homogienizaçãoda Mistura

Fonte: O autor



9

O brainstorming foi aplicado para identificar as possíveis causas dos valores indesejados de

extrato etéreo livre, os resultados são apresentados na forma de diagrama de causa e efeito

demostrados na figura 7.

Figura 7 – Diagrama de causa e efeito (Ishikawa)

Fonte: O autor

Após a determinação dos fatores que potencialmente geram o modo de falha estabelecidos no

diagrama de causa e efeito, a ferramenta DOE foi aplicada com 3 fatores e dois níveis, 23. A

tabela 1 demonstra o projeto de experimento proposto para testar as condições extremas de

processo para obtenção do produto sal cálcico de ácido graxo de palma.

Tabela 1 – Determinação do experimento DOE



10

Pinos Temperatura [°C] Velocidade [Hz]

Experimento 1 Desgastado 55 15

Experimento 2 Novo 55 15







Fonte: O autor

Os fatores determinados foram os pinos e pás que se desgastam pela corrosão química durante

o processo de fabricação do produto, podendo influenciar na sua mistura. O termo corrosão é

usado para definir o desgaste ou degradação de algum material causado por uma reação

química (CHANG, 2006). O segundo fator foi a temperatura de entrada dos ácidos graxos

sendo elevada antes da reação exotérmica para obtenção do produto. Por fim o terceiro fator é

a velocidade de mistura que pode influenciar na homogeneidade do produto final.

4. Analise dos Resultados

Após o experimento realizado no processo, as análises laboratoriais apresentaram os

resultados de extrato etéreo livre combinado com os três fatores relevantes descritos na tabela

2.

Tabela 2 - Resultados do experimento DOE.

Pinos Temperatura [°C] Velocidade [Hz] Resultado [%]

Experimento 1 Desgastado 55 15 5,89

Experimento 2 Novo 55 15 4,72







Fonte: O autor

A figura 8 demonstra o resultado do DOE com a análise dos três fatores de forma individual

no processo de obtenção do produto sal cálcico de ácidos graxos de palma.



11

Figura 8 – Análise dos fatores individuais do experimento.

8555

7,2

6,9

6,6

6,3

6,0

NovoDesgastado

6015

7,2

6,9

6,6

6,3

6,0

Temperatura

Resu

ltados

Pino

Veloc. Mistura

Efeitos relevantes para o processo

Fonte: O autor

A Figura 8 demonstra que a variável temperatura tem maior influência no resultado quando

analisada isoladamente e segundo Atkins (2010), a diminuição da temperatura de uma reação

exotérmica propicia a formação do produto. Os Pinos e pás tiveram pouca influência no

resultado final porém não deve-se desconsiderar sua relevância ao resultado de extrato etéreo

livre devido ao desgaste que suportam pela corrosão química advinda do processo de mistura.

Segundo Rache (2004), a corrosão química é o dano causado a um material quando um agente

químico entra em contato com a peça carregando consigo partículas do material, ocasionando

o desgaste da peça.

A figura 9 demonstra o resultado do DOE com a análise dos três fatores de forma simultânea

no processo de obtenção do produto sal cálcico de ácidos graxos de palma.

Figura 9 – Análise dos fatores inter-relacionados do experimento.



12

NovoDesgastado 6015

7

6

5

7

6

5

Temperatura

Pino

Veloc. Mistura

55

85

Temperatura

Temperatura

Desgastado

Novo

Pino

Fatores inter-relacionados do experimento

Fonte: O autor

Quando analisadas as variáveis com dependência uma das outras, nota-se a ocorrência de

variação maior no resultado de extrato etéreo livre quando combinando a variação de

temperatura ao pino novo ou desgastado e quando associada a temperatura a velocidade de

mistura, como demonstrado na Figura 8, que tanto o pino novo ou desgastado e a variação da

velocidade de mistura tiveram pouca influência no resultado ao serem analisadas

isoladamente. A Figura 9 também demonstra pequena variação, sendo inferido apenas a

relevância da temperatura ao resultado esperado no processo.

A figura 10 representa a combinação dos fatores temperatura e velocidade da mistura fixando

como constante o pino, neste caso caracterizado como pino novo.

Figura 10 – Gráfico de superficie de resposta para as variaveis temperatura e velocidade de

mistura com pino novo.



13

5

6

60

40

20

7

8

7060

80

Resultado

TemperaturaVeloc. Mistura

Pino Novo

Constante

Gráfico superficie de resposta

Fonte: O autor

A Figura 10 demonstra que a velocidade de mistura não representa alteração significativa na

obtenção do produto sal cálcio de ácidos graxos de palma, já a variação de temperatura tem

impacto direto no resultado. Segundo Moyes e Schulte (2010), ao aplicarmos energia térmica

a uma dada mistura ocorre à agitação de suas moléculas e esta agitação tem uma implicação

direta na reação química, sendo assim, como a variação de temperatura e velocidade de

mistura influenciam no resultando do processo quando mantemos constate os pinos e pás

como novas. Observa-se o melhor resultado ao associar a menor temperatura (60°C) com a

menor velocidade de mistura (20Hz).

A figura 11 representa a combinação dos fatores temperatura e velocidade da mistura fixando

como constante o pino, neste caso caracterizado como pino desgastado.



14

Figura 11 – Gráfico de superficie de resposta para as variaveis temperatura e velocidade de

mistura com pino desgastado.

6,0

60

6,4

40

20

40

6,8

7,2

7060

80

Resultado

Veloc. Mistura

Temperatura

Pino Desgastado

Constante

Gráfico superficie de resposta

Fonte: O autor

A Figura 11 demonstra que a temperatura, para o experimento com pino desgastado, não

representa variação significativa na obtenção do produto sal cálcio de ácidos graxos de palma,

já a variação de velocidade tem impacto direto no resultado. Neste processo, a velocidade de

mistura é inversamente proporcional ao tempo de retenção do produto no misturador e

segundo Abreu et al (2010) numa reação entre ácidos graxos e uma base a determinação dos

fatores temperatura, tempo de reação e agitação do meio influenciam diretamente na reação

do produto. Desta forma a determinação dos melhores parâmetros de processo, após a

aplicação da ferramenta DOE passa a ser:

Temperatura igual a 60° C.

Pinos e Pás novos.

Velocidade de mistura igual a 15.

Para confirmar o resultado do DOE novos lotes foram fabricados e os resultados são

representados nas Figuras 12 e 13.



15

Figura 12 – Gráfico de controle antes e após melhorias.

25

20

15

10

5

0

Observações

Resu

ltados

_X=3,10

UCL=6,29

LCL=-0,09

Antes Após

1

Extrato Etéreo Livre antes e após as melhorias

Fonte: O autor

A Figura 12 representa análise por gráfico individual em duas fases distintas do trabalho,

classificadas como “antes” da aplicação da metodologia DMAIC e “após” a aplicação, as

linhas de controle superior e inferior para ambas as fases, “antes” e “após” DMAIC, indicam a

variação de 3 desvios padrões da amostra para cima e para baixo da linha média dos

resultados. Nota-se redução na amplitude dos limites de controle de 18 pontos percentuais

para 6,2 pontos percentuais, caracterizando a estabilização da variabilidade observada antes

da aplicação da metodologia. A Figura 13 demonstra a curva gaussiana das amostras

coletadas no processo após a aplicação da metodologia.

Figura 13- Histograma dos resultados de extrato etéreo livre do processo após melhorias



16

87654321

USL

LSL *

Target *

USL 8

Sample Mean 3,09663

Sample N 19

StDev (Within) 1,06289

StDev (O v erall) 1,08914

Process Data

C p *

C PL *

C PU 1,54

C pk 1,54

Pp *

PPL *

PPU 1,50

Ppk 1,50

C pm *

O v erall C apability

Potential (Within) C apability

PPM < LSL *

PPM > USL 0,00

PPM Total 0,00

O bserv ed Performance

PPM < LSL *

PPM > USL 1,98

PPM Total 1,98

Exp. Within Performance

PPM < LSL *

PPM > USL 3,37

PPM Total 3,37

Exp. O v erall Performance

Within

Overall

Histograma do processo após melhorias

Fonte: O autor

A Figura 13 representa a distribuição normal dos resultados obtidos após o experimento, ao

qual nota-se melhora significativa na performance do processo com o indicador de 1,54 para

CPK. Segundo Verdoy (2006) indicadores acima de 1,33 CPK representam processos sobre

controle no padrão 4 sigma, não permitindo ocorrência de produtos não conformes, esse

resultado foi observado na sequencia de fabricação do produto zerando o refugo de extrato

etéreo livre no processo.

Como forma de registrar e analisar as melhorias investidas a etapa controlar caracterizou a

utilização do FMEA demonstrado na Figura 14 e os gráficos de controle amostral

demonstrados na Figura 12.

Figura 14 - FMEA



17

FMEA: Empresa X ÁREAS ENVOLVIDAS: ET PG

1 1

PROCESSO/PRODUTO: CLIENTE/PROJETO:

Produção de Sal cálcico de

ácidos graxos

RESPONSÁVEL

PROJETO/

MANUFATURA: EQUIPE:

Anderson Zuntini

ITEM/NOME/FUNÇÃO

DO PROJETO/

PROCESSO

MODO DE

FALHA

POTENCIA

L

EFEITO (S) DA FALHA EM

PODENCIAL

SE

VE

RID

AD

ECAUSA (S) POTENCIAL DA FALHA

OC

OR

RÊ

NC

IA

CONTROLE ATUAL DE

PREVENÇÃO

CONTROLE

ATUAL DE

DETECÇÃO

DE

TE

CÇ

ÃO

RIS

CO

(R

PN

)

7 Pinos e pás desgastadas 10 Manutenção preventiva Visual 2 140

8 Velocidade de mistura inadequada 3 Padrozinada atravez do DOE Visual 2 48

Reação do produto após ensacado. 8 Baixo índice de acidez da matéria prima 1 Analise da matéria prima 1 8

Queda no consumo do rebanho. 2 Variação da densidade da matéria prima 1 Analise da matéria prima 1 2

2 Origem da matéria prima (fornecedores) 2 Nota Fiscal Fornecedor 1 4

2 Temperatura ambiente inadequada 1 Não existe Não existe 10 20

4 Falta de atenção do operador 3 Não existe Não existe 10 120

6 Controlador de temperatura descalibrado 1 Manutenção preventiva Visual 10 60

6 Indicador de velocidade desconfigurado 1 Manutenção preventiva Visual 10 60

5 Metodologia de analise laboratorial inadequada 3 Não existe Não existe 10 150

8 Parâmetro de temperatura inadequado 3 Padrozinada atravez do DOE Automatizado 1 24

Operador de maquinas, Supervisora de qualidade, Gerente Industrial, Analista de Laboratório

FMEA - ANÁLISE DOS MODOS DE FALHAS E SEUS EFEITOS

Produção de Sal cálcico de

ácidos graxos

Ex

trato

eté

reo

acim

a d

e 8

%

Produção / Qualidade / Laboratório

Empresa do ramos de nutrição animal, fabricante de sal cálcico de ácidos graxos

APROVAÇÃO DO CLIENTE:

Redução do rendimento em sua

utilização final.

Resultado da

analise

Fonte: O autor

5. Conclusão

A combinação da Temperatura em 60° C, Pinos e Pás novos e a Velocidade de mistura

igual a 15 Hz corresponde aos parâmetros ideias para fabricação do produto;

Os fatores ao serem analisados de forma isolada não representam a melhor condição

de processo;

A ferramenta DOE aplicada no processo explora todas as possibilidades de

combinações dos fatores e permite otimização do número de ensaios para testar todas

as variáveis de processo;

Redução relevante no índice de refugos e retrabalho de 95,63% para 0;

Redução da amplitude dos resultados de extrato etéreo livre de 18% com 95,63% de

produtos não conformes para 6,2% com 100% dos produtos dentro das especificações

de cliente;

A implantação da metodologia Seis Sigma e suas ferramentas estatísticas transcorridas

pelo DMAIC possibilitam conhecer e reduzir a variabilidade do processo baseada em

fatos e dados;



18

6. Referências bibliográficas

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anÁlise experimental para determinaÇÃo dos...

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