Mba Unip Rev. 05 Nov 2006
108
1 Universidade Paulista – UNIP Pós-graduação em Gestão de Engenharia de Manutenção DETERMINAÇÃO DA CAUSA FUNDAMENTAL DA LIMITAÇÃO DE PRODUÇÃO DOS MOINHOS DE CARVÃO PULVERIZADO DA COMPANHIA SIDERÚRGICA PAULISTA – COSIPA Engenheiro Eletricista Antônio Carlos Mendonça Machado RA 693392–0 Engenheiro Mecânico João Paulo Maraia RA 693390–4 Engenheiro Eletricista Milton José de Oliveira Pitzer RA 693394–7 Engenheiro Eletricista Newton Güenaga Filho RA 693379–3 SANTOS, 2006
-
Upload
pitzer-vivax -
Category
Documents
-
view
111 -
download
0
Transcript of Mba Unip Rev. 05 Nov 2006
1
Universidade Paulista – UNIP
Pós-graduação em Gestão de Engenharia de Manutenção
DETERMINAÇÃO DA CAUSA FUNDAMENTAL
DA LIMITAÇÃO DE PRODUÇÃO DOS MOINHOS
DE CARVÃO PULVERIZADO DA COMPANHIA
SIDERÚRGICA PAULISTA – COSIPA
Engenheiro Eletricista Antônio Carlos Mendonça Machado RA 693392–0
Engenheiro Mecânico João Paulo Maraia RA 693390–4
Engenheiro Eletricista Milton José de Oliveira Pitzer RA 693394–7
Engenheiro Eletricista Newton Güenaga Filho RA 693379–3
SANTOS, 2006
2
Página reservada para catalogação bibliográfica
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO – TCC
SEGUNDA PARTE – DESENVOLVIMENTO
3
Universidade Paulista – UNIP
Pós-graduação em Gestão de Engenharia de Manutenção
DETERMINAÇÃO DA CAUSA FUNDAMENTAL
DA LIMITAÇÃO DE PRODUÇÃO DOS MOINHOS
DE CARVÃO PULVERIZADO DA COMPANHIA
SIDERÚRGICA PAULISTA – COSIPA
Trabalho de Conclusão de Curso – TCC
elaborado sob a paciente orientação do
Ilustríssimo Professor Doutor Juan Droguett
e apresentado à Universidade Paulista – UNIP
como pré-requisito à obtenção de grau do Curso de
Pós-graduação em Gestão de Engenharia de Manutenção.
SANTOS, 2006
4
Página reservada para a Folha de Aprovação
5
DEDICATÓRIA
Às nossas famílias
pela compreensão e tolerância
por nossa ausência no lar durante
os longos meses de realização do Curso.
Aos nossos egrégios Mestres
MORAIS, Willyank e NERIS, Manoel
pelas sólidas e pacientes orientações,
pela dedicação e pelos sábios ensinamentos.
Aos nossos leais colegas
MARANHA, S.P.D. & MATTIUZ, M.A.
pelo fornecimento de valiosos dados,
pela crítica, pelo apoio e diligente revisão.
À José Eustáquio da Silva,
Mestre em Carvão, PCI e sobretudo,
Doutor na difícil e rara arte de doar gratuita e
solidariamente o seu incentivo e o seu conhecimento.
Ao nosso orientador que,
pela criteriosa estruturação e
pela zelosa atenção e interesse,
emprestou-nos a sua aura de competência.
6
AGRADECIMENTOS
gradecemos a Deus,
Fonte de Inteligência Infinita.
o Único Alfa e o Único Ômega
de toda Iluminação e de qualquer Glória.
Agradecemos à Companhia Siderúrgica Paulista – COSIPA e
ao Sindicato dos Engenheiros no Estado de São Paulo – SEESP
que possibilitaram a realização deste curso de Pós-graduação em
Gestão de Engenharia de Manutenção através do Convênio de
Reciclagem Tecnológica firmado no Acordo Coletivo de Trabalho.
7
EPÍGRAFE
O capítulo mais importante da vida de um homem é o seu trabalho e a
sua maior felicidade como profissional é transcender aos desafios que se
mostram necessários e produzir os resultados que dele se espera.
Um poeta já quase esquecido nos dias de hoje, escreveu 3 :
“Felizes os que podem perscrutar as verdadeiras causas das coisas”
Nem a era e nem a língua de Virgílio sobreviveram ao pó dos
milênios, mas a sua idéia, nesta frase, sobreviveu milagrosamente ao
aparente esquecimento e veio a tornar-se a base filosófica do Método de
Solução de Problemas da moderna tecnologia do TQC – Total Quality
Control, Controle de Qualidade Total, que tem proporcionado uma
vanguarda em tecnologia e em riqueza econômica às Nações e aos povos
que praticam os seus conceitos.
3 A frase “Felix qui potuit rerum cognoscere causas” é a quadringentésima nonagésima
estrofe do poema GEORGICON. LIBER SECVNDVS, CDXC de MARO, Pvblivs Vergilivs. O original em latim do poema GEORGICON, tido também como um tratado filosófico, pode ser encontrado no sítio http://www.thelatinlibrary.com. Segundo a MICROSOFT ENCARTA 2003 ENCYCLOPEDIA, o poeta de língua latina Publius Vergilius Maro nasceu no ano 70 a.C. em Mantua na Lombardia Italiana e viveu até o ano de 19 a.C, época da Era Augusta do Império Romano, um império econômico, tecnológico, militar e cultural de inigualável esplendor na história da humanidade.
8
RESUMO
DETERMINAÇÃO DA CAUSA FUNDAMENTAL DA LIMITAÇÃO DE
PRODUÇÃO DOS MOINHOS DE CARVÃO PULVERIZADO DA
COMPANHIA SIDERÚRGICA PAULISTA – COSIPA é o título do Trabalho
de Conclusão de Curso – TCC de Pós-graduação em Gestão de Engenharia
de Manutenção apresentado à Universidade Paulista – UNIP no ano de 2006
e tem por objetivo analisar, entender e determinar a causa da limitação de
produção destes moinhos.
Por meio do estudo, da inspeção, da medição, da análise e da
interpretação de dados teóricos e de outros advindos da observação prática,
foi entendido que a causa fundamental da limitação de produção dos
moinhos era o excessivo desgaste dos rolos e da mesa de moagem, o que
possibilitou decidir pela soldagem como a melhor alternativa de recuperação
destas peças.
São mostrados os resultados obtidos e as melhorias alcançadas na
qualidade do processo e do produto, na capacidade de produção de carvão
pulverizado das moagens e na sua sistemática de manutenção.
PALAVRAS CHAVE
Engenharia, Manutenção, Recuperação, Moagem, Soldagem.
9
ABSTRACT
MAIN CAUSE DETERMINATION OF THE COMPANHIA
SIDERÚRGICA PAULISTA – COSIPA PULVERIZED COAL ROLLER
GRINDING MILLS PRODUCTION LIMITATION is the Post Graduation in
Management of Maintenance Engineering Course Conclusion Work title
presented to Universidade Paulista – UNIP at the year 2006 and it has the
objective to analyze, to understand and to determine the main cause of
production restriction of these mills.
By means of study, inspection, measuring, analysis and theoretical
and practical observed data interpretation, it was understood that the main
cause of this mills production confinement was the grinding rollers and table
excessive wear degradation, which it made possible to decide the welding as
a best revamping schedule to apply at these pieces.
It is also shown the results and improvements reached in the quality
process and product, in the pulverized coal grinding mill plant production
capacity and in its maintenance schedule.
KEY WORDS
Engineer, Maintenance, Revamping, Grinding, Welding.
10
SUMÁRIO Página
Dedicatória 5
Agradecimentos 6
Epígrafe 7
Resumo e Palavras Chave 8
Abstract and Key Words 9
Sumário 10
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO - TCC
Primeira Parte – Projeto de Pesquisa 12
Título 13
Problematização 13
Temas 14
Justificativa 14
Objetivo Geral 15
Objetivos Específicos 15
Metodologia 16
Referenciais Teóricos 16
11
SUMÁRIO ( Continuação ) Página
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO - TCC
Segunda Parte – Desenvolvimento 18
Introdução 19
Capítulo I
Especificação de projeto dos moinhos e descrição do processo de
produção do carvão pulverizado
25
Capítulo II
Caracterização da limitação da produção com qualidade do carvão
pulverizado
34
Capítulo III
Determinação da causa fundamental da restrição na capacidade de
produção com qualidade do carvão pulverizado
45
Resultados Obtidos e Considerações Finais 75
Referências Bibliográficas 82
Anexos 87
12
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO – TCC
PRIMEIRA PARTE – PROJETO DE PESQUISA
13
Título
DETERMINAÇÃO DA CAUSA FUNDAMENTAL DA LIMITAÇÃO DE
PRODUÇÃO DOS MOINHOS DE CARVÃO PULVERIZADO DA
COMPANHIA SIDERÚRGICA PAULISTA – COSIPA.
Problematização
A planta de moagem de carvão da COSIPA possui dois moinhos de
mesa horizontal e três rolos. Cada moinho foi projetado para pulverizar 46,5
toneladas por hora ( t/h ) de carvão mineral bruto. Carvão pulverizado em
siderurgia é o carvão mineral moído até a condição de pó de grãos menores
do que cem micro metro ( 100 µm = 0,000.100 m ) e simultaneamente seco
até a condição de umidade menor do que um por cento ( 1 % ).
Esta planta de moagem foi instalada no ano de 1998 com o objetivo
de produzir 93 t/h de carvão pulverizado para abastecer o processo de
produção de gusa, mas até o ano de 2002 operava com ociosidade porque a
demanda média de carvão pulverizado exigida pelos altos fornos limitava-se
a pouco mais de 60 t/h 4.
A partir de 2003, a exigência de mais de 70 t/h causou um aumento
expressivo do seu índice de funcionamento. Por isso, no último trimestre de
2004, os moinhos já apresentavam um acentuado desgaste nos rolos e na
mesa de moagem, o que limitava a 35 t/h as suas capacidades de produzir
4 Gusa é o produto siderúrgico obtido da redução química do óxido de ferro contido em
minérios de ferro através de um reator termo-químico denominado alto forno.
14
com o total atendimento das especificações de qualidade. Este valor não era
suficiente para atender a uma crescente necessidade e para garantir sem
restrições a injeção nos altos fornos.
Temas
T1. Desgaste de materiais,
T2. Manutenção de equipamentos,
T3. Recuperação por soldagem.
Justificativa
A partir de tal problematização, fez-se necessário um estudo e uma
posterior intervenção de manutenção a fim de que se recuperasse a
capacidade de moagem de projeto e se garantisse um melhor desempenho
ao desgaste dos componentes do conjunto de moagem porque o
atendimento de um objetivo de injeção de carvão pulverizado nos altos
fornos de até 80 t/h tornou-se necessidade estratégica para reduzir o custo
de produção do gusa, impactado em 2004 por uma disparada de preços das
matérias primas - minério de ferro, carvão e coque - e do frete marítimo,
provocada pela alta demanda de aço no mercado asiático.
15
Objetivo Geral
Determinar a causa fundamental da restrição na capacidade de
produção com qualidade dos moinhos de carvão pulverizado da COSIPA.
Objetivos Específicos
O1. Especificar o projeto dos moinhos de carvão pulverizado da COSIPA,
descrever e entender o processo de moagem e secagem de carvão
pulverizado.
O2. Caracterizar a limitação da capacidade de produção com qualidade dos
moinhos de carvão pulverizado da COSIPA.
O3. Determinar a causa fundamental da limitação na capacidade de
produção dos moinhos de carvão pulverizado da COSIPA e descrever
a metodologia aplicada para efetuar a análise.
O4. Mostrar os resultados obtidos na recuperação da capacidade de
produção de carvão pulverizado e as melhorias alcançadas na
qualidade do produto e na sistemática de manutenção das moagens.
O5. Desenvolver por meio deste TCC os princípios metodológicos que
norteiam a Teoria da Qualidade aplicada à Engenharia de Manutenção.
16
Metodologia
Foi adotada a metodologia da observação científica e descritiva do
processo de produção e de evolução do desgaste, por meio da inspeção
documental do desgaste dos rolos e da mesa de moagem, para efetuar o
estudo teórico, a análise comparativa dos dados e a interpretação estatística
dos resultados, seguindo o Método de Solução de Problemas do TQC –
Total Quality Control, Controle de Qualidade Total.
Referenciais Teóricos
R1. Foram pesquisados os dados e as especificações técnicas da planta de
moagem de carvão pulverizado da COSIPA, encontrados no
OPERATION & MAINTENANCE MANUAL FOR CUBATÃO COAL
GRINDING PLANT, Volume II ( 3 ) - Mill, Düsseldorf DE : Löesche,
1997.
R2. Foram utilizados os trabalhos de MARANHA, Sílvio P. D., ANÁLISE
SISTEMÁTICA DO PROCESSO DE CARVÃO. Cubatão SP: COSIPA,
Documento de circulação interna e restrita, 2004 / 2005 e de MATTIUZ,
Marco A., ANÁLISE SISTEMÁTICA DO PROCESSO DE CARVÃO
PULVERIZADO. Cubatão SP: COSIPA, Documento de circulação
interna e restrita, 2004 / 2005.
17
R3. Foi considerada a tecnologia de operação de plantas de carvão
pulverizado descrita por BRUNDIEK, Hans, DESIGN, PERFORMANCE
AND RECENT OPERATING EXPERIENCE WITH COAL
PULVERIZING ROLLER MILLS. VGB KRAFTWERKSTECHNIK,
Volume 61, n° 4, Pages 328 to 333, Düsseldorf DE, April 1981.
R4. Foram referenciados os conceitos do Método de Solução de Problemas
do TQC – Total Quality Control, encontrados em CAMPOS, Vicente
Falconi, TQC – CONTROLE DA QUALIDADE TOTAL. Rio de Janeiro
RJ: Bloch Editores, 1992.
R5. Foram utilizadas duas das sete ferramentas de controle da qualidade
preconizadas por JURAN, J. M., QUALITY CONTROL HANDBOOK.
New York NY: McGraw Hill, 4th Edition, 1988, o Diagrama de Pareto e
o Diagrama de Ishikawa, sendo que neste último, foram introduzidos os
conceitos de lógica clássica, ou Aristotélica ensinados em SÉRATES,
Jonofon, RACIOCÍNIO LÓGICO. Brasília DF: Ed. Jonofon Ltda., 1998.
R6. Foram pesquisados os conceitos da Tribologia, ramo da Engenharia
que estuda os mecanismos do atrito e os seus efeitos no desgaste dos
materiais, encontrados em RABINOWICZ, Ernest, FRICTION AND
WEAR OF MATERIALS. New York NY: John Wiley&Sons, 1995.
18
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO – TCC
SEGUNDA PARTE – DESENVOLVIMENTO
19
INTRODUÇÃO
A COSIPA, empresa SISTEMA USIMINAS, é uma indústria
siderúrgica integrada a coque e sinter com capacidade de produzir até
quatro milhões e quinhentas mil de toneladas de aço por ano ( 4,5 M.taço/a )
na forma de laminados planos não revestidos e a partir de minérios de ferro
e carvões minerais, o que lhe confere uma posição de destaque entre as
cinco maiores unidades similares na América Latina.
Entre outros, a produção integrada de aço laminado envolve os
processos de 5 :
P1. Conformação e tratamento térmico, processados nas unidades de
laminação, nas quais as placas de aço bruto são conformadas
mecanicamente a quente e a frio por laminadores, tratadas
termicamente, enroladas em bobinas ou recortadas por tesouras em
tiras e chapas perfeitamente planas com dimensões, peso e
propriedades mecânicas convenientes à sua mais diversificada
utilização pela indústria de transformação metal mecânica.
P2. Refino, cujo objetivo é retirar do gusa líquido o excesso de carbono,
silício e manganês e eliminar a presença do enxofre e do fósforo,
considerados impurezas que deterioram as propriedades requeridas do
5 Uma descrição mais detalhada dos processos de produção integrada de aço laminado
extrapola a necessidade deste TCC, mas pode ser encontrada em MOURÃO, M. B., SIDERURGIA PARA NÃO SIDERURGISTAS. São Paulo: ABM, 2004.
20
aço e em seguida dosar naquele metal líquido elementos químicos, tais
como o níquel, o titânio, o molibdênio o vanádio, o cromo e o cobre,
para conferir à esta liga metálica denominada aço propriedades físicas,
metalúrgicas e mecânicas determinadas e específicas 6. A unidade
siderúrgica que se encarrega do refino do gusa, da sua transformação
em aço e da posterior solidificação e moldagem em forma de placas é
a aciaria.
P3. Coqueificação ou destilação na ausência de ar de uma mistura
dosada de carvões minerais, efetuada numa bateria de fornos de uma
unidade fabril denominada coqueria e cujo produto é o coque.
P4. Redução dos óxidos de ferro presentes nos minérios em ferro, pelo
carbono do coque, em reação endotérmica realizada num reator termo
químico chamado de alto forno que produz um metal líquido, o gusa, à
temperatura de até 1530 °C.
O coque é a fonte de carbono imprescindível para a reação química
de redução do minério de ferro no processo de produção do gusa em alto
forno e é carregado usualmente na proporção típica de até quinhentos
quilogramas por tonelada de gusa líquido ( 500 kg/tgusa ), juntamente com a
carga metálica, ou seja, o minério de ferro bruto, beneficiado ou pré-reduzido
e os fundentes.
O preço do coque produzido internamente na COSIPA é maior que
quatrocentos reais por tonelada ( 400 R$/t ) e quando a disponibilidade de
6 Uma descrição minuciosa do aço, de suas características e propriedades extrapola o
escopo deste TCC, mas pode ser encontrada em SCHEER, Leopold, O QUE É AÇO ? São Paulo: EPU, 1977.
21
produção interna não atende à demanda, precisa ser importado. Neste caso,
o coque pode custar mais do que 400 US$/t 7.
Uma alternativa técnica para o uso de parte do coque como agente
redutor do minério de ferro é a utilização de carvão mineral pulverizado,
mistura dosada de carvões minerais não coqueificáveis, moída até a
condição de pó de grãos menores do que 75 µm e simultaneamente seca
até a condição de umidade menor do que um por cento, injetado diretamente
na zona de combustão dos altos fornos através das ventaneiras.
O custo do carvão pulverizado não alcança 250 R$/t e atualmente nos
processos da empresa, pode-se substituir o coque por carvão pulverizado
até a proporção de 150 kg/tgusa do total mencionado de 500 kg/tgusa 8.
A vantagem econômica da substituição até esta proporção advém
quando a unidade de carvão pulverizado é capaz de produzir
ininterruptamente até 80 t/h e de disponibilizar continuamente um produto
que obedeça às mais rigorosas especificações de qualidade tais como
composição química, granulometria, umidade e temperatura.
A planta de moagem da COSIPA possui dois moinhos de mesa
horizontal e três rolos 9. Cada moinho foi projetado para pulverizar 46,5 t/h
de carvão mineral bruto e foram instalados no ano de 1998 com o objetivo
7 Os valores citados são valores médios de mercado. Os valores exatos são considerados
estratégicos e têm classificação confidencial na COSIPA, que não permite a sua divulgação externa. 8 Um resumo da tecnologia de injeção de finos em altos fornos pode ser encontrado em
ASSIS, Paulo S., INJEÇÃO DE MATERIAIS PULVERIZADOS EM ALTOS FORNOS, São Paulo: ABM, 1995. 9 Uma Planta, segundo OGATA, Katsuhiko, MODERN CONTROL ENGINEERING
[B10], “é
uma parte de equipamento, eventualmente um conjunto de itens de uma máquina, que funcionam conjuntamente e cuja finalidade é desempenhar uma dada operação”.
22
de abastecer o processo de produção de gusa com a injeção de 93 t/h de
carvão pulverizado.
O sistema de injeção do alto forno número 1 esteve inoperante até
mês de novembro de 2000 e o do alto forno número 2 paralisado para
reforma entre julho de 2001 e janeiro de 2002 10. Como a demanda máxima
de carvão pulverizado não alcançou muito mais de 60 t/h até este período, a
operação da planta e dos moinhos era ociosa. Esta situação só se alterou no
ano de 2003 quando se exigiu uma produção de mais de 70 t/h, o que
causou um aumento expressivo do índice de funcionamento das moagens.
No ano de 2004, tornou-se imprescindível por questões de
competitividade e de sobrevivência econômica da COSIPA, aumentar até o
limite técnico possível a taxa de injeção de carvão pulverizado e substituir o
coque no processo de produção de gusa. O objetivo de injeção de carvão
pulverizado nos altos fornos em até 80 t/h tornou-se necessidade estratégica
para reduzir o custo de produção do gusa, impactado por uma disparada de
preços das matérias primas, minério de ferro, carvão e coque, e do frete
marítimo, provocada pela alta demanda de aço no mercado asiático.
A demanda crescente por carvão pulverizado exigia maior
produtividade e maior índice de funcionamento da planta o que, como
paradoxo, aumentava a taxa de desgaste das peças componentes dos
moinhos e limitava o tempo de parada para a intervenção de manutenção.
Lenta mas gradativamente, aparecia sintoma de problemas e de limitação da
capacidade de produção com a qualidade exigida, que ainda não estavam
10
Um Sistema, segundo OGATA, Katsuhiko ( op. cit. ), “é uma combinação de componentes que atuam conjuntamente e realizam um certo objetivo”.
23
cientificamente caracterizados nem tecnicamente diagnosticados se eram
provenientes de um ajuste de processo em suposto novo ponto de
funcionamento ou se poderiam ser provenientes da condição do
equipamento que já operava por cinco anos ininterruptos sem que tivesse
ocorrido uma intervenção de manutenção com uma maior atenção e um
escopo de maior envergadura.
Nas inspeções de manutenção realizadas nas paradas das plantas no
último trimestre de 2004, os moinhos já mostravam um acentuado desgaste
nos rolos e na mesa de moagem, o que limitava a 35 t/h as suas
capacidades de produzir com o total atendimento das especificações de
qualidade e este valor não era suficiente para atender a uma crescente
necessidade e para garantir sem restrições a injeção de carvão pulverizado
nos altos fornos.
A partir de tal problematização, fez-se necessário um estudo e uma
posterior intervenção de manutenção a fim de que se recuperasse a
capacidade de moagem de projeto e se garantisse um melhor desempenho
ao desgaste dos componentes do conjunto de moagem, os rolos e a mesa.
Esta é a conjuntura em que se insere o objeto de estudo deste TCC,
ou seja, as atividades de observação científica e de análise técnica da
situação, o estudo do comportamento das diversas variáveis de estado e de
controle envolvidas, o diagnóstico da causa fundamental, a proposição e a
análise das alternativas de solução pertinentes, ponderando as vantagens e
as desvantagens, as oportunidades e as limitações no tempo de parada da
planta e no custo de execução dos serviços, o processo de encaminhamento
24
do problema e de tomada da decisão, as atividades realizadas nas
intervenções, os resultados obtidos na produção, na qualidade do processo
e do produto e, finalmente, a sistematização de um novo paradigma de
manutenção que, não bastando mostrar-se capaz e necessário para resolver
um problema, seja também eficaz e suficiente para a prevenção da
reincidência nas mesmas circunstâncias.
Uma discussão completa desta restrição de produção com a
qualidade exigida e sua causa fundamental, tendo em vista a especificação
do projeto das moagens de carvão pulverizado, será efetuada nos três
capítulos seguintes, iniciando-se no Capítulo I pelo entendimento do
processo de produção de carvão pulverizado e das especificações de projeto
destas plantas de moagem e secagem de carvão.
25
CAPÍTULO I
ESPECIFICAÇÃO DE PROJETO DOS MOINHOS
E DESCRIÇÃO DO PROCESSO DE PRODUÇÃO
DO CARVÃO PULVERIZADO
26
CAPÍTULO I – Especificação de Projeto dos Moinhos e descrição do
processo de produção de carvão pulverizado
Neste Capítulo I, iniciaremos a análise do desempenho da moagem
de carvão pulverizado, descrevendo os parâmetros de desempenho
projetados para os moinhos e entendendo o processo de produção de
carvão pulverizado 11.
A planta de moagem e secagem de carvão para injeção de finos da
COSIPA possui dois idênticos moinhos do tipo LM 26.30 D de operação
independente, de fabricação LÖESCHE WÄLZMÜHLEN, com mesa circular
horizontal de 26 dm de diâmetro, três rolos de moagem e nenhum rolo
auxiliar. Possuem ainda classificador dinâmico de partículas e são
projetados para fornecer em conjunto entre 46,5 t/h a 93 t/h de produto
pulverizado, ou seja, em forma de pó fino, seco e quente [A1] 12.
Além desta capacidade de produção, o projeto especifica as três
propriedades características deste produto: a granulometria, a umidade e a
temperatura.
Denomina-se granulometria de um sólido granulado a propriedade de
compor-se de partículas mais finas ou mais grossas, segundo uma
distribuição granulométrica.
11
Uma Análise, segundo OGATA, Katsuhiko ( op. cit. ) “é a investigação, sob condições específicas de desempenho, de um sistema cujo modelo é conhecido” e “Projetar um sistema, significa determiná-lo de modo que desempenhe uma dada tarefa ou cumpra uma dada função”. 12
O fabricante dos moinhos LÖESCHE WÄLZMÜHLEN utiliza as características de 26 dm de diâmetro de mesa, três rolos de moagem, nenhum rolo auxiliar e classificador dinâmico de partículas, para definir o tipo do equipamento como LM 26.30 D.
27
O conceito da palavra inglesa fineness, utilizado em português como
granulometria, ou distribuição granulométrica, expressa um conjunto de
faixas de valores percentuais, relativos a uma amostra, medidos após um
peneiramento seqüencial em peneiras de malhas com aberturas graduadas,
conforme o padrão ASTM D 197-02, STANDART TEST METHOD FOR
SAMPLING AND FINENESS TEST OF PULVERIZED COAL [A2].
Assim, o projeto dos moinhos garante que o produto final atenderá à
granulometria de 80 % < 74 µm e 100 % < 1 mm, o que significa que devem
ser capazes de moer o carvão bruto até transformá-lo em um pó que, ao ser
peneirado em uma malha de 1 mm de abertura, passe totalmente por ela e,
em seguida, ao ser peneirado em uma outra peneira de malha com 75 µm
de abertura, 80 % do peso total da amostra passe por ela, ou seja, é
permitido que até 20 % fique retido nela [A1] [A2] 13.
O projeto dos moinhos garante também que o produto sairá seco, ou
seja, com a umidade menor do que um por cento ( umidade < 1 % ) [A1].
A umidade do carvão pulverizado é determinada pelo ensaio de
laboratório conforme o padrão ASTM D 3302-02, STANDART TEST
METHOD FOR TOTAL MOISTURE IN COAL [A3].
13
Uma curiosidade deve ser registrada a respeito do número 80 % < 74 µm: a especificação desta mesma granulometria em unidades inglesas é 80 % < 200 mesh. O termo 200 mesh significa malha com 200 orifícios por polegada quadrada e a abertura de cada orifício quadrado mede 74 µm de lado. Os autores optaram por manter ipsis litteris a especificação 80 % < 74 µm de [A1] mesmo sabendo que, pelo fato do Brasil e da Alemanha usar o Sistema Internacional de unidades de medida, as malhas são confeccionadas, na verdade, com orifícios retangulares de 75 µm. Esta diferença de 1 µm não é significativa na prática, em se tratando de material nesta faixa de granulometria. A terminologia utilizada pela norma americana ASTM D 197-02 ( op.cit. ) é 80 % < 75 µm ou 80 % passante em malha de 75 µm. A terminologia utilizada pela norma alemã DIN 4388, similar à ASTM, é 20 % retido em malha de 75 µm ou 20 % R 75 µm, ou ainda 20 % maior que 75 µm ( 20 % > 75 µm ). Todas as terminologias citadas referem-se à mesma medida e significam a mesma coisa.
28
Garante o projeto ainda, que o carvão pulverizado sairá do moinho à
temperatura de 100 °C [A1].
Para o cumprimento desta especificação de granulometria, umidade e
temperatura na saída, os moinhos devem ser alimentados com carvão bruto
de densidade aparente entre ( 0,8 a 1,0 ) t/m3, de granulometria
100% < 50 mm, de umidade menor que 15 %, à temperatura ambiente de
até 40 °C e com HGI > 40 % [A4] 14 15.
HGI é a sigla de Hardgrove Grindability Index ou índice de facilidade
de moagem que HARDGROVE, R. M. criou em 1932 juntamente com o
equipamento e a metodologia de ensaio e que estão normalizados desde
1951 pelo padrão ASTM D 409-02, STANDART TEST METHOD FOR
GRINDABILITY OF COAL BY THE HARDGROVE-MACHINE
METHOD [A5] [B5]. Este ensaio normalizado mede em unidades percentuais
(%) e em proporção direta, a facilidade de moer – grindability – o carvão
granulado, ou seja, quanto maior o número, maior é a facilidade de moê-lo
ou de britá-lo.
Por sua vez, o funcionamento dos moinhos e o mecanismo de
moagem e secagem do carvão serão explicados com o auxílio da Figura 1
da página 12 e o entendimento da causa fundamental da baixa produtividade
e do alto desgaste da mesa e dos rolos de moagem, que será determinada
no Capítulo III deste TCC, depende da perfeita compreensão destes tópicos. 14
A densidade aparente de um sólido granulado é definida pela divisão do valor da medida de massa, e.g. em toneladas, pelo valor da medida de volume, e.g. em metros cúbicos, preenchido por esta massa nas mesmas condições em que se encontra ou em que ocorre, i.e., sem nenhuma compactação mecânica induzida. 15
A especificação em [A4] prevê uma faixa entre ( 12 ≤ umidade ≤ 15 )%, que foi corrigida em [A1] para ( 5 ≤ umidade ≤ 15 )%. Como o carvão é estocado ao ar livre e nunca se verifica na prática umidade menor que 5%, os autores optaram por simplificar a grafia das especificações originais (op. cit.) para “umidade menor que 15%” o que não as adultera.
29
Figura 1 – Ilustração do funcionamento e das partes componentes do
moinho de carvão pulverizado Löesche LM 26.30 D.
Crédito de: PITZER, Anna Letícia Y., Santos SP, 2005.
A porção à esquerda da Figura 1 ilustra a mesa de moagem ( A ) que,
acionada por engrenagens alojadas em uma caixa redutora de velocidade
( B ), gira em torno do seu eixo de simetria vertical à velocidade angular fixa
de 35,38 rotações por minuto ( min-1 ). O motor elétrico de acionamento com
potência de 650 quilowatts ( 650 kW ) e de velocidade 1180 min-1 não é
mostrado.
Os três rolos de moagem ( C ) estão montados em posição
estacionária e com os seus eixos longitudinais inclinados em quinze graus
( 15º ) em relação à superfície da mesa e são forçados a girar na mesma
direção do movimento dela, por estarem pressionados contra a mesa pela
30
pressão de até 12.000 quilo Pascal ( kPa ), transmitida pelos conjuntos
individuais de articulação ( D ) e gerada no dispositivo composto pelos
cilindros hidráulicos ( E ), pelos acumuladores hidro-pneumáticos de pressão
( F ) e por uma bomba de óleo, que não é mostrada 16.
O carvão bruto é introduzido pela parte central superior do moinho e
cai por gravidade, alcançando o centro da mesa através de um tubo de
alimentação vertical ( G ).
A força centrífuga gerada pela rotação da mesa tende a deslocar o
carvão bruto do centro para a extremidade, forçando-o a passar pelos
pequenos espaços existentes entre a superfície de desgaste da mesa e as
superfícies de moagem dos três rolos, mantidos sob permanente pressão.
O formato cônico da superfície de trabalho dos rolos de moagem,
aliado à inclinação de 15º de seus eixos longitudinais, que não interceptam o
plano da mesa, provocam uma diferença de velocidade relativa entre as
superfícies do rolo e da mesa, na região de moagem. Ocorre então, não
apenas um movimento de simples rolagem do carvão do centro para a
periferia da mesa, sob a pressão dos rolos, porque a diferença entre as
componentes radial e normal da velocidade e da pressão provoca uma força
conjugada de torção e de cisalhamento que, segundo BRUNDIEK, Hans em
DESIGN, PERFORMANCE AND RECENT OPERATING EXPERIENCE
WITH COAL PULVERIZING ROLLER MILLS, “é proporcional à pressão
hidráulica e ao quadrado do diâmetro dos rolos” e é a causa da trituração
16
Existem diversas unidades de medida de pressão, mas neste TCC utilizaremos as recomendadas pelo Sistema Internacional de Unidades: o Pascal ( Pa ) e o seu múltiplo, o quilo Pascal.
31
mecânica das partículas de carvão, até alcançar a granulometria de pó
finíssimo [B1].
A mesma porção à esquerda da Figura 1 ilustra ainda a entrada de
gás quente no moinho ( H ) e a sua distribuição em um anel de sopro que
circunda a mesa de moagem. Este sopro de gás quente é o responsável por
arrastar o carvão que alcançou a extremidade da mesa após ser triturado
sob os rolos na região de moagem até o topo do moinho onde está instalado
um classificador de partículas ( I ).
Este classificador consiste em um conjunto rotativo de pás cuja
velocidade pode ser ajustada para permitir apenas a passagem do pó mais
fino turbilhonado pelo fluxo de gás quente. As partículas maiores, com maior
inércia e menor velocidade, são capturadas pela rotação das pás em até
90 min-1 e, rejeitadas, retornam à região central do moinho.
A porção à direita da Figura 1 ilustra este trabalho de arraste do fluxo
de gás quente ( J ) e o retorno por rejeição ( K ) das partículas maiores do
que o tamanho especificado conforme o ajuste da rotação do classificador.
Durante o tempo de permanência do carvão no moinho, até que
alcance a condição física de passar pelo classificador, o contato íntimo das
partículas com a temperatura do gás quente provoca a evaporação da
umidade nelas contida de tal forma que o produto final na saída do moinho
( L ) é o carvão pulverizado para a injeção nas ventaneiras dos altos fornos,
com granulometria 80 % < 74 µm e 100 % < 1 mm, com umidade < 1 % e
com temperatura de 100 ºC.
32
Uma análise técnica mais minuciosa do moinho e de seus
componentes extrapola a necessidade deste TCC, contudo, poderá ser feita
com o auxílio de dois desenhos mecânicos construtivos deste equipamento
que se encontram nos Anexos 1 e 2.
Para melhor visualizar as peças internas principais de um moinho
real, recomenda-se consultar a Foto 1 abaixo, que mostra uma mesa de
moagem ( M ), um rolo ( R ) e um anel de sopro de gás quente ( S ). A Foto
2 ao lado, mostra um classificador dinâmico de partículas visto do topo do
moinho pela parte externa e através do orifício de saída do gás que
transporta o carvão pulverizado para fora do moinho.
FOTO 1 – Vista parcial do interior de um
moinho através da janela de basculamento
de um dos rolos de moagem ( R ) mostrando
ainda a mesa ( M ) e o anel de sopro ( S ).
Crédito de: LÖESCHE WÄLZMÜHLEN,
Düsseldorf, 1984 [A6].
FOTO 2 – Vista parcial do classificador
dinâmico de partículas de um moinho
através do orifício de saída de gás e do
carvão pulverizado.
Crédito de: LÖESCHE WÄLZMÜHLEN,
Düsseldorf, 1987 [A6].
M
S
R
33
Entendidas neste Capítulo I, as especificações de projeto da planta
que transforma o carvão bruto em carvão pulverizado através do processo
de moagem e secagem nos moinhos Löesche LM 26.30 D, prosseguiremos
nosso estudo no Capítulo II caracterizando a restrição da capacidade de
produção verificada a partir do último trimestre do ano de 2004.
34
CAPÍTULO II
CARACTERIZAÇÃO DA LIMITAÇÃO DA PRODUÇÃO
COM QUALIDADE DO CARVÃO PULVERIZADO
35
CAPÍTULO II – Caracterização da limitação da produção com qualidade
do carvão pulverizado
Neste Capítulo II, trataremos da análise do desempenho da moagem,
caracterizando a indesejável limitação de produção de carvão pulverizado
com a qualidade projetada segundo as especificações do projeto.
Um processo industrial deve atender à exigência de qualidade do produto
que é definida conforme a necessidade de seu cliente. Por outro lado, a
garantia do atendimento pleno da qualidade do produto depende da
estabilidade e da eficácia do controle de qualidade do processo.
O processo de produção de carvão pulverizado é reconhecido como
estável e de qualidade, ou seja, com operação estável do moinho, em que
todas as variáveis de estado mantém as relações adequadas entre si e em
que as variáveis de controle realizam com perfeição a sua função de
correção dos eventuais desvios, quando atende simultaneamente aos
seguintes requisitos 17 :
R1. A granulometria do carvão pulverizado obedece à faixa prevista.
R2. A taxa de alimentação de carvão bruto, comandada pelo operador da
planta de carvão pulverizado, é obedecida pelo computador de controle
do processo de moagem automaticamente e sem desvio dos
parâmetros programados.
17
Variáveis de estado de um sistema dinâmico, “é o menor conjunto de variáveis capaz de determinar o comportamento deste sistema dinâmico”. OGATA, Katsuhito, MODERN CONTROL ENGINEERING
[B10].
36
R3. A vibração no moinho mantém-se estável entre ( 2 ± 1 ) mm/s 18, e
R4. A quantidade de rejeitos no moinho é menor do que 20 kg por dia 19.
Precisaremos analisar o comportamento destes requisitos para
caracterizar a limitação de produção com qualidade dos moinhos de carvão
pulverizado, verificada entre o último trimestre de 2004 e o primeiro de
2005 20. Para sintetizar, entretanto, foi escolhido um período estatisticamente
representativo de aproximadamente dez dias de operação antes das
respectivas datas das paradas para a manutenção dos moinhos.
Em outubro de 2004, os altos fornos solicitaram uma alteração na
especificação de qualidade de granulometria do carvão pulverizado para a
injeção, com a criação de uma faixa com limites máximo e mínimo. A
especificação da qualidade do produto carvão pulverizado para a injeção nas
ventaneiras dos altos fornos precisou então ser redefinida para “90 % de
acerto na faixa de granulometria compreendida entre 56,5 % a 66,5 % menor
do que 75 µm”. Isto significa que passou a ser exigido que 90 % das
amostras analisadas segundo o padrão ASTM D 197-02 ( op. cit. )
apresentassem um resultado de granulometria compreendido entre 56,5 %
18
A vibração dos moinhos, por ser um importante parâmetro indicador de estabilidade do processo de moagem, é monitorada on line e registrada na memória dos computadores de processo que controlam as plantas. A unidade milímetros por segundo ( mm/s ) expressa a velocidade de vibração de uma massa, ou seja, o deslocamento dela em milímetros dividido pelo tempo em segundos. Uma vibração harmônica senoidal é medida por um aparelho denominado vibrômetro. 19
Rejeito é todo granulado grosso, indevidamente expulso da região de moagem, que cai por gravidade e passa pelos orifícios do anel de sopro, contra o fluxo de gás. A caixa de rejeitos está localizada sob a mesa de moagem, na base dos moinhos e recolhe este material. 20
Existem outros requisitos, por exemplo, a umidade do carvão pulverizado menor do que 1% e a temperatura de 100 °C, que não serão analisados neste TCC por não se relacionarem ao objetivo: caracterizar a limitação de produção com qualidade dos moinhos de carvão pulverizado.
37
( limite mínimo ) a 66,5 % ( limite máximo ) menor que 75 µm, ou seja,
( 56,5 a 66,5 ) % < 75 µm.
O ajuste da granulometria do carvão moído é efetuado usualmente
pela variação da rotação do classificador de partículas no topo do moinho.
O comportamento deste primeiro requisito de qualidade do processo,
o atendimento da especificação da granulometria, é retratado na Página 21
pelos Gráficos 1 e 2, referentes aos Moinhos 1 e 2 respectivamente, neste
período estatisticamente representativo e de aproximadamente dez dias
antes das respectivas datas das paradas programadas para a manutenção
nos moinhos.
Os valores evidenciam que os moinhos nem atendiam a especificação
de projeto da granulometria do carvão pulverizado ( 80 % < 75 µm ) nem a
nova faixa de qualidade exigida, ainda que ela solicitasse material mais
grosseiro e mais fácil de ser obtida pelos moinhos, tendo em vista a
especificação de projeto e os recursos tecnológicos dos equipamentos da
planta.
38
GRÁFICO 1 – Granulometria conforme ensaio ASTM D197- 02 do carvão
pulverizado pelo Moinho 1 entre 20/04 a 01/05/2005.
GRÁFICO 2 – Granulometria conforme ensaio ASTM D197- 02 do carvão
pulverizado pelo Moinho 2 entre 19/02 a 02/03/2005.
Fonte: WebRed – Computador de processo da moagem de carvão pulverizado da
COSIPA. Crédito de: PITZER, Milton J. O., Cubatão SP, 2005.
Granulometria conforme ensaio ASTM D197-02 do carvão
pulverizado pelo Moinho 1 entre 20/04 a 01/05/2005
40
45
50
55
60
65
70
75
80
19/0
4/0
5
20/0
4/0
5
21/0
4/0
5
22/0
4/0
5
23/0
4/0
5
24/0
4/0
5
25/0
4/0
5
26/0
4/0
5
27/0
4/0
5
28/0
4/0
5
29/0
4/0
5
30/0
4/0
5
01/0
5/0
5
02/0
5/0
5
DATA
% <
75 µ
m
Granulometria conforme ensaio ASTM D197- 02 do carvão
pulverizado pelo Moinho 2 entre 19/02 a 02/03/2005
40
45
50
55
60
65
70
75
80
18/2
/2005
19/2
/2005
20/2
/2005
21/2
/2005
22/2
/2005
23/2
/2005
24/2
/2005
25/2
/2005
26/2
/2005
27/2
/2005
28/2
/2005
1/3
/2005
2/3
/2005
3/3
/2005
DATA
% <
75 µ
m
39
O segundo requisito de qualidade e de estabilidade do processo de
moagem, a taxa de alimentação de carvão bruto no moinho, é um comando
manual digitado pelo operador no computador que controla o processo de
moagem. Este computador está programado para controlar as diversas
variáveis de estado do processo de moagem e secagem segundo
parâmetros definidos e programados.
Precisamos compreender algumas destas variáveis e a relação de
dependência entre elas a fim de explicar o comportamento dos moinhos e
caracterizar a limitação de produção de carvão pulverizado, ainda que em
nova faixa de qualidade mais grosseira em relação àquela especificada pelo
projeto.
O manual de operação fornecido pelo fabricante dos moinhos indica
de forma gráfica a relação entre algumas destas variáveis [A1]. Uma relação
de interesse para esta análise é aquela entre a taxa de alimentação de
carvão bruto, a pressão diferencial no moinho, a vazão de gás quente e a
pressão hidráulica nos rolos.
Um moinho de carvão, sob o ponto de vista da mecânica dos fluidos,
é um grande vaso que intercepta um fluxo de gás e que, por isso, oferece
uma resistência à passagem dele. Esta resistência, ou perda de carga, pode
ser medida pela diferença entre a pressão do gás na entrada do moinho e na
sua saída. Esta diferença é denominada pressão diferencial no moinho.
Ao se aumentar a quantidade de carvão bruto alimentado no moinho,
a resistência à passagem do gás tende a aumentar. Para manter estável a
pressão diferencial do moinho, se aumentado o carvão, então é preciso
aumentar a vazão de gás quente, que irá secá-lo e retirá-lo, e aumentar a
40
pressão nos rolos para moê-lo. Por isso, existe uma relação de
proporcionalidade determinada, de razão direta, entre as variáveis taxa de
alimentação de carvão bruto, pressão diferencial no moinho, vazão de gás
quente e pressão hidráulica nos rolos, que é a mostrada no Gráfico 3.
GRÁFICO 3 – Relação entre a Taxa de Alimentação de Carvão Bruto ( t / h ) e a
Pressão Diferencial no Moinho ( Pa ), a Pressão Hidráulica nos Rolos ( kPa ) e
a Vazão de Gás Quente ( kNm3/h ).
Adaptado por PITZER, Milton J. O., sob permissão de MATTIUZ, Marco A.,
ANÁLISE DO PROCESSO DE CARVÃO PULVERIZADO DA COSIPA [B9].
Os Gráficos 4 e 5 da página 24 são uma seqüência temporal de
dados reais, respectivamente para o Moinho 1 e para o Moinho 2. Estes
dados foram extraídos da memória do computador de controle do processo
de moagem de carvão pulverizado e são referentes aos mesmos períodos
estatisticamente representativos já mencionados anteriormente.
Relação entre Variáveis de Estado dos Moinhos de Carvão
Pulverizado Löesche LM 23.30 D
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
11000
12000
13000
25 30 35 40 45 50 55 60Taxa de Alimentação de Carvão Bruto ( t / h )
Pre
ssão
Dif
ere
ncia
l
no
Mo
inh
o (
Pa )
Pre
ssão
Hid
ráu
lica
no
s R
olo
s (
kP
a )
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
Vazão
de G
ás
Qu
en
te (
kN
m³/
h )
Pressão Diferencial no Moinho ( Pa ) Pressão Hidráulica nos Rolos ( kPa )
Vazão de Gás Quente ( kNm³/h )
41
GRÁFICO 4 – Comportamento da Taxa de Alimentação Horária (t/h), da Pressão Diferencial no Moinho (Pa), da Pressão Hidráulica nos Rolos (kPa) e da Vazão de Gás (kNm
3/h) do Moinho 1 entre 20 / 04 a 01 / 05 / 2005.
GRÁFICO 5 – Comportamento da Taxa de Alimentação Horária (t/h), da Pressão Diferencial no Moinho (Pa), da Pressão Hidráulica nos Rolos (kPa) e da Vazão de Gás (kNm
3/h) do Moinho 2 entre 18 / 02 a 03 / 03 / 2005.
Fonte: WebRed – Computador de processo da moagem de carvão pulverizado da COSIPA. Crédito de : PITZER, Milton J. O., Cubatão SP, 2005.
Comportamento da Variáveis de Estado do Moinho 1
de Carvão Pulverizado entre 20/04 a 01/05/2005
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
20/04/0
5
20/04/0
5
21/04/0
5
22/04/0
5
22/04/0
5
23/04/0
5
24/04/0
5
24/04/0
5
25/04/0
5
25/04/0
5
26/04/0
5
27/04/0
5
27/04/0
5
28/04/0
5
29/04/0
5
29/04/0
5
30/04/0
5
01/05/0
5
01/05/0
5
DATA
Vazão
de G
ás Q
uen
te (
kN
m³/
h)
Taxa d
e A
lim
en
tação
de
Carv
ão
Bru
to (
t/h
)
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
11000
12000
13000
Pre
ssão
Dif
ere
ncia
l d
o M
oin
ho
( P
a )
Pre
ssão
Hid
ráu
lica d
os R
olo
s
(kP
a)
Taxa de Alimentação de Carvão Bruto ( t/ h ) Vazão de Gás Quente ( kNm³/h )
Pressão Diferencial do Moinho ( Pa ) Pressão Hidráulica nos Rolos ( kPa )
Comportamento das Variáveis de Estado do Moinho 2
de Carvão Pulverizado entre 18/02 a 02/03/2005
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
18/2/2
005
19/2/2
005
20/2/2
005
21/2/2
005
22/2/2
005
23/2/2
005
24/2/2
005
25/2/2
005
26/2/2
005
27/2/2
005
28/2/2
005
1/3/
2005
2/3/
2005
DATA
Vazão
de G
ás Q
uen
te (
kN
m³/
h)
Taxa d
e A
lim
en
tação
de
Carv
ão
Bru
to (
t/ h
)
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
11000
12000
13000
Pre
ssão
Dif
ere
ncia
l d
o M
oin
ho
(Pa)
Pre
ssão
Hid
ráu
lica n
os R
olo
s
(kP
a)
Taxa de Alimentação de Carvão Bruto ( t / h ) Vazão de Gás Quente ( kNm³/h )
Pressão Diferencial do Moinho ( Pa ) Pressão Hidráulica nos Rolos ( kPa )
42
O que se pretende demonstrar é, que os valores apresentados nos
Gráficos 4 e 5 e referentes respectivamente à operação dos Moinhos 1 e 2,
pelas seguintes variáveis operacionais:
Vazão de Gás Quente maior que 115 kNm3/h,
Pressão Hidráulica nos rolos maior que 9.000 kPa, e
Pressão Diferencial no Moinho maior que 4000 Pa,
deveriam caracterizar, segundo os parâmetros de referência apresentados
no Gráfico 3, uma taxa de alimentação de carvão bruto de cerca de 60 t/h, e
não apenas as pouco mais de 20 t/h ou 30 t/h produzidas respectivamente
pelos Moinhos 1 e 2.
Em outras palavras, uma vez que a relação entre as variáveis de
estado não obedeciam aos parâmetros de referência mostrados no
Gráfico 3, a operação dos moinhos situava-se em uma zona de instabilidade.
Encontrar nela um ponto de maior estabilidade para operar os moinhos era
uma tarefa permanente e uma necessidade indevida dos operadores,
através de uma operação em modo manual, por processo de tentativa e
erro, procurando adaptar a relação entre as variáveis conforme a
necessidade ou a conveniência do momento.
A despeito das tentativas mais insistentes e especializadas e dos
esforços mais dedicados das equipes de tecnólogos, dentre as quais
destacamos as de COSTA, Alexandre F. & Alii, FREITAS, Marcelo J. & Alii, e
43
SILVA, Anderson B. & Alii, todos os requisitos reconhecidos de estabilidade
e de qualidade do processo deixavam a desejar 21 :
R1. O primeiro requisito, a granulometria exigida para o carvão pulverizado,
não era atendido, ainda que em faixa inferior à especificação de
projeto.
R2. O segundo requisito, a taxa de alimentação de carvão bruto, não era
atendido sem desvio em relação à referência parametrizada.
R3. O terceiro requisito, a operação estável do moinho, caracterizado pela
vibração entre ( 2 ± 1 ) mm/s, era dificilmente alcançado. Nos períodos
intermitentes de instabilidade, verificavam-se a ocorrência de perigosos
picos de vibração nos moinhos de até 20 mm/s 22.
21
A COSIPA solicitou e recebeu assistência técnica especializada da Löesche, fabricante dos moinhos, em três ocasiões: no ano de 2002, em 2003 e em 2004,. 22
A vibração do moinho entre ( 2 ± 1 ) mm/s é um indício de estabilidade do processo de moagem porque significa que formou-se um leito contínuo e estável de carvão a moer entre os rolos e a mesa. A operação com vibração alta é indevida e perigosa porque deteriora as condições de todos os componentes mecânicos de fixação nos moinhos, submetendo-os a altos e indevidos esforços mecânicos de tração, de compressão, de fadiga e de cisalhamento. Não cabe discutir neste TCC o regime de operação instável a que foram submetidos os moinhos, nem as conseqüências verificadas nos componentes dos braços de articulação dos moinhos, entre outras, a quebra sistemática dos parafusos e das buchas de fixação, a quebra dos rolamentos de giro e a destruição da planicidade das pistas dos mancais de escora. O monitoramento e o registro on line da vibração dos moinhos permitiu aos autores apresentar a evidência objetiva das situações de operação citadas, respectivamente nos Anexos 3, 4 e 5, um período em estabilidade, com vibração de ( 2 ± 1 ) mm/s, outro em instabilidade intermitente, com vibração de ( 8 ± 6 ) mm/s e com os citados picos de vibração de até 20 mm/s e um terceiro período com operação em alta instabilidade com vibração média de ( 10 ± 6 ) mm/s. Nestas duas últimas circunstâncias, para preservar o equipamento, a operação deveria ter sido paralisada para os devidos ajustes.
44
R4. O quarto requisito, as caixas de rejeitos necessitavam de inspeção
permanente e de trabalho penoso e incessante dos operadores, a fim
de drenar até 300 kg por dia de indevido rejeito de carvão bruto 23.
Caracterizamos neste capítulo a limitação de produção com a
qualidade exigida nos dois moinhos de carvão pulverizado e no Capítulo III a
seguir analisaremos as hipóteses de causas para determinarmos a causa
fundamental deste fato 24.
23
Esta quantidade de rejeitos é indevida porque se espera que toda a matéria prima alimentada seja pulverizada e saia pelo topo do moinho sob a forma de pó. A caracterização físico-química, a freqüência e a quantidade indevida dos rejeitos, foram estudadas exaustivamente por MARANHA, Sílvio P. D., ANÁLISE SISTEMÁTICA DE PROCESSO DE CARVÃO
[B8] e MATTIUZ, Marco A, ANÁLISE SISTEMÁTICA DE PROCESSO DE
CARVÃO PULVERIZADO [B9]
. Estes documentos são de circulação interna na COSIPA e de divulgação restrita por conterem dados estratégicos das misturas de carvão utilizadas e de suas características. 24
Os autores esclarecem que a busca da estabilidade da pressão diferencial do moinho pelo controle do fluxo de gás quente não foi inserida nos requisitos de qualidade do processo para não complicar desnecessariamente a exposição, que se restringiu a caracterizar a limitação de produção dos moinhos. Entretanto, a operação com alta vazão de gás quente, recomendada por uma assessoria técnica em outubro de 2003, chegando a patamares acima de 120 kNm3/h e fora do parâmetro de referência para a correspondente taxa de alimentação de carvão bruto, visando aumentar a produtividade dos moinhos, era causa da abertura da válvula de controle de gás quente ao fim de curso e, portanto, deixando-a fora da região possível de exercer qualquer controle do fluxo de gás quente. Nesta situação, a pressão diferencial do moinho era indevidamente corrigida pela abertura da válvula de descarga da chaminé. A operação com alta velocidade do gás, aliada ao ajuste da granulometria em grãos mais grosseiros, de maior massa, provoca um aumento polinomial das perdas de massa por abrasão e impacto nos componentes de desgaste. Este assunto é detalhado no trabalho de PITZER, Milton J. O., O MECANISMO DO DESGASTE POR ABRASÃO E IMPACTO DE MATERIAIS GRANULADOS E PROPOSTAS EFICAZES PARA MINIMIZÁ-LO.
45
CAPÍTULO III
DETERMINAÇÃO DA CAUSA FUNDAMENTAL DA RESTRIÇÃO
NA CAPACIDADE DE PRODUÇÃO COM QUALIDADE
DO CARVÃO PULVERIZADO
46
CAPÍTULO III – Determinação da causa fundamental da restrição na
capacidade de produção com qualidade do carvão pulverizado
No Capítulo II caracterizamos o problema da limitação da produção
com qualidade do carvão pulverizado, verificada a partir do último trimestre
de 2004 e nesta seqüência, determinaremos a sua causa fundamental.
Para esta tarefa, é necessário inicialmente discorrermos sobre
algumas definições básicas da metodologia que utilizaremos neste TCC, o
Método de Solução de Problemas do TQC – Controle de Qualidade Total 25.
A experiência prática dos autores com o uso deste Método,
vivenciada na COSIPA desde a sua implantação em 1987, permite afirmar
que a correta proposição de um problema contém mais da metade do
processo de sua solução e que, por isso mesmo, merece toda a nossa
atenção.
Segundo SÉRATES, Jonofon, em RACIOCÍNIO LÓGICO proposição
é uma sentença declarativa que pode ser classificada como verdadeira ou
falsa [B11].
25
Não é intenção dos autores fazer uma apologia ao TCQ, mas como a ferramenta foi utilizada, é necessária uma mínima definição sobre a sua terminologia para chegarmos ao entendimento do que seja a causa fundamental. Uma definição sintética do TQC – Total Quality Control, Controle de Qualidade Total pode ser encontrada em CAMPOS, Vicente Falconi ( op. cit., pág.13 ) : O TQC é “... um sistema administrativo aperfeiçoado no Japão, a partir das idéias americanas ali introduzidas após a Segunda Guerra Mundial...” e “... emprega o método cartesiano, aproveita muito do trabalho de TAYLOR, F. W., utiliza o controle estatístico de processos, cujos fundamentos foram lançados por SHEWHART, W. A., adota os conceitos sobre o comportamento humano lançados por MASLOW, A. H. e aproveita todo o conhecimento ocidental sobre a qualidade, principalmente o trabalho de JURAN, J. M. O TQC é um modelo administrativo montado pelo Grupo de Pesquisas do Controle da Qualidade da JUSE – Japanese Union of Scientists and Engineers”. A história do TQC japonês, narrada por um dos seus expoentes máximos, ISHIKAWA, Kaoru, pode ser encontrada em TQC TOTAL QUALITY CONTROL – ESTRATÉGIA E ADMINISTRAÇÃO DA QUALIDADE
[B6].
47
Problema, define CAMPOS, V. F. ( op. cit., respect. páginas 20 e 17 )
“é o resultado indesejável de um processo” e processo “é o conjunto de
causas que provoca um ou mais efeitos” 26.
O Método de Solução de Problemas é, então, uma análise de um
resultado indesejável, ou problema, efetuada após termos recolhido as
evidências objetivas de todas as características deste problema e após
termos formulado proposições, ou hipóteses, sobre todas as causas
envolvidas e sobre todos os efeitos observados 27.
Na análise de problemas com muitas variáveis e com diversas
relações de dependência, pode não ser tão evidente o fato de que a todo
efeito implique uma causa. Na maior parte das análises, é comum duas ou
mais causas concorrerem direta ou indiretamente em um mesmo efeito e
também não é raro confundirmos uma com outro numa análise descuidada
ou desprovida de metodologia lógica estruturada. A própria sabedoria
popular eternizou esta evidência no ditado:
“Uma desgraça nunca vem sozinha: vem sempre mal acompanhada”.
Talvez por isso mesmo, um dos expoentes máximos do TQC japonês,
ISHIKAWA, Kaoru criou em 1952 um diagrama denominado Diagrama de
Causa e Efeito que se popularizou inicialmente no Japão e em seguida 26
Um processo, segundo OGATA ( op. cit. ) “é qualquer operação a ser controlada”. 27
Em 1988, uma equipe de técnicos e de engenheiros da COSIPA sintetizou os conceitos do Método de Solução de Problemas da JUSE, o QC Story, em uma tabela que foi denominada internamente na Empresa de Catavento. Maiores detalhes podem ser encontrados em CAMPOS ( op. cit. Apêndice 3, pág. 209 ). Neste Apêndice, o autor reconhece a importância deste trabalho para a maior facilidade do entendimento e da divulgação do QC Story japonês no Brasil.
48
mundialmente como Diagrama Espinha de Peixe, que em 1962 foi incluído
no QUALITY CONTROL HANDBOOK de JURAN, J. M. com o nome de
Diagrama de Ishikawa, em homenagem ao seu idealizador [B6] [B7].
Ao longo de duas décadas de prática profissional de pesquisa e de
solução de problemas de manutenção de equipamentos e de processos, os
autores deste TCC desenvolveram paulatinamente uma abordagem
particular do Método de Solução de Problemas que consiste em agregar e
sintetizar ao conceito do Diagrama de Ishikawa, os conceitos de Lógica
Clássica, ou Aristotélica e da Análise de Pareto, criando assim uma
ferramenta de análise lógica estruturada, poderosa na resolução de
problemas quando corretamente aplicada 28.
Esta fusão de conceitos do Diagrama de Ishikawa, da Lógica
Aristotélica e do Princípio de Pareto, será desenvolvida neste Capítulo III
28
Segundo o sítio italiano http://it.wikipedia.org, PARETO, Vilfredo ( 1848 ~ 1923 ) é reconhecido como um dos maiores economistas italianos. Engenheiro pela Universidade de Torino, dedicou-se também à matemática, à física, à economia, à sociologia e à política e publicou diversos trabalhos que contribuíram indubitavelmente para o desenvolvimento teórico das ciências da economia política e da sociologia. Em 1897, estudando as causas da injustiça social na distribuição de renda, Pareto encontrou um modo de representar de forma gráfica os aspectos prioritários de um problema, aqueles em que se devem concentrar os esforços para buscar a solução. Usando esta representação para resumir as suas observações sobre a distribuição de renda, demonstrou que em uma dada região apenas poucos indivíduos possuem a maior parte da riqueza econômica. A observação de que a maior parte dos efeitos é devido a um restrito número de causas, inspirou a enunciação da Lei 80/20, lei empírica formulada originalmente como Princípio de Pareto por JURAN, Joseph M. ( op. cit. ), segundo a qual 80 % dos efeitos, ou resultados, depende de apenas 20 % das causas. Aproveitando este conceito, uma Análise de Pareto é efetuada quando se encontram, em um dado conjunto, as poucas variáveis, dentre muitas, que mais significativamente influenciam o resultado final, ou seja, segundo JURAN, quando se determina as causas que podem ser classificadas como vital few – as poucas vitais. Para um conjunto de causas prováveis de um dado efeito, CAMPOS ( op. cit. ) afirma o Princípio de Pareto com um outro interessante aforismo: Algumas são vitais e muitas triviais. O Diagrama de Pareto consiste num histograma de distribuição percentual das causas de um fenômeno, ordenado de forma decrescente e agregado ao gráfico de freqüência acumulada, ou Curva de Lorenz. Os autores deste TCC advertem que este instrumento da Análise de Pareto não será apresentado, apesar de todos os seus conceitos serem utilizados nos diversos Diagramas de Ishikawa que serão construídos e explicitados.
49
para a determinação da causa fundamental da restrição na capacidade de
produção com qualidade de carvão pulverizado nas moagens da COSIPA e
neste desenvolvimento, as notas de rodapé de página mostrarão
gradativamente todo o fundamento teórico desta abordagem particular, a fim
de provar que a utilidade desta ferramenta de análise lógica estruturada, que
potencializa simultaneamente e em sinergia o poder das três ferramentas
citadas, reside no fato de que ela nos obriga a:
O1. Recolher todas as características possíveis do problema sob forma de
evidências objetivas, fatos concretos e dados numéricos. Em outras
palavras, obriga-nos a caracterizar objetivamente o efeito indesejável.
O2. Declarar estas características na forma de sentenças simples ou
proposições lógicas simples e corretas 29.
O3. Estruturar com o uso do Diagrama de Ishikawa uma análise lógica e
gráfica destas proposições simples, formando proposições compostas,
29
Uma proposição lógica é simples quando declara algo sem o uso de nenhum dos conectivos lógicos “e”, “ou”, “não”, “se, ... , então” e “se, e somente se”. Uma proposição lógica é composta quando formada por duas ou mais proposições simples conectadas pelos conectivos lógicos citados. Uma proposição lógica é correta se, e somente se, obedece simultaneamente aos três princípios da Lógica Aristotélica: 1. Princípio da Identidade: “Se qualquer proposição é verdadeira, então ela é verdadeira”. 2. Princípio da Não Contradição: “Nenhuma proposição pode ser verdadeira e falsa”, e 3. Princípio do Terceiro Excluído: “Uma proposição ou é verdadeira ou é falsa”. Para maiores detalhes, consultar SÉRATES, Jonofon ( op. cit. páginas 21, 22 e 24 ).
50
com o uso dos conectivos lógicos e, ou, não, se... então e se, e
somente se 30.
O4. Segregar os efeitos das causas através de um teste lógico simples, a
formação de proposições compostas conectadas pelo conectivo
porque.
O5. Realizar a prova e evidenciar a tese, de todas as proposições
levantadas como hipótese.
O6. Classificar todas as proposições consideradas como causa do efeito
indesejável em causas concorrentes, causas agravantes e uma, e
apenas uma, causa fundamental.
O7. Exercitar e a testar ad infinitum no Diagrama, a composição das
diversas proposições até que fique evidente a existência de uma, e
apenas uma, causa fundamental.
Causa fundamental é a única que, uma vez retirada da análise pelo
Diagrama de Ishikawa, tem o poder de fazer cessar significativamente o
efeito indesejável, independente da ação de todas as outras causas.
30
A inserção da Lógica Clássica na metodologia do Diagrama de Ishikawa visa eliminar o que em lógica se denomina sofisma, falácia ou argumento não válido. Um argumento é válido se, e somente se, a conclusão é verdadeira todas as vezes que as premissas são verdadeiras. “Portanto, todo argumento válido goza da seguinte propriedade : a verdade das premissas é incompatível com a falsidade da conclusão”. Maiores detalhes, podem ser encontrados em SÉRATES, Jonofon ( op. cit. Pág. 82 ).
51
A ação de bloqueio da causa fundamental, portanto, é a única ação
necessária e suficiente para fazer cessar significativamente o efeito
indesejável, apesar de que as ações de bloqueio de todas as outras causas
sejam ações necessárias.
O nosso objetivo com as definições anteriores foi evidenciar que o
efeito indesejável objeto de nossa análise é a limitação da produção do
carvão pulverizado com qualidade pelos moinhos, problema já caracterizado
no capítulo anterior e que a nossa tarefa consistirá em:
T1. Dado o efeito indesejável, encontrar uma, e apenas uma, causa que
possua as características citadas da causa fundamental.
T2. Dada a causa fundamental, encontrar a ação necessária e suficiente
que faça cessar o efeito indesejável: a ação eficaz de bloqueio da
causa fundamental.
Como já demonstrado no Capítulo II, os moinhos mostravam-se
incapazes de atender às exigências de produção e de qualidade e operavam
em regime instável e perigoso. A pesquisa da causa desta situação
restringia-se nos paradigmas do ajuste de processo de moagem em um
hipotético novo ponto de funcionamento, pela modificação da especificação
de granulometria e pelas freqüentes alterações da mistura de carvões
brutos, imposta por uma escassez conjuntural no mercado de carvões, ou
mesmo no questionamento do HGI da mistura de carvões, tendo em vista a
grande quantidade de material de má qualidade retirada diuturnamente da
caixa de rejeitos. Nesta conjuntura enganosa, as tentativas mais esforçadas
52
e dedicadas não alcançavam êxito uma vez que a causa fundamental se
localizava, como demonstraremos adiante, no domínio da condição do
equipamento 31.
Vamos então desenvolver o nosso Diagrama de Causa e Efeito
utilizando os conceitos ensinados por ISHIKAWA, Kaoru ( op. cit. ) e,
simultaneamente, trabalhar com a argumentação lógica. Procedendo assim,
além de treinarmos o uso da ferramenta, evidenciaremos o poder da lógica
de Aristóteles e da priorização de Pareto aplicada à ferramenta.
Chama-se argumento, toda declaração de que uma seqüência de
proposições P1, P2, P3 ... Pn, as premissas do argumento, tenha como
conseqüência uma outra proposição Q, a conclusão do argumento [B11].
Denomina-se valor lógico, a propriedade de uma proposição ser
reconhecida como verdadeira ( V ) ou falsa ( F ) [B11].
A construção de nosso Diagrama Espinha de Peixe inicia-se com a
proposição do efeito indesejável, a conclusão do nosso argumento:
Q = “A produção de carvão pulverizado com qualidade pelos moinhos está
indevidamente limitada em aproximadamente 35 t/h e em 60% < 60 µm” 32.
O valor lógico da proposição Q é verdadeiro e escreve-se v ( Q ) = V
porque já reconhecemos no Capítulo II as evidências de que havia mesmo 31
Tomando como base o trabalho de MATTIUZ, M. A. ( op. cit. ), encontra-se no Anexo 6 deste TCC uma demonstração do porque do perfeito entendimento da causa fundamental da limitação de produção com qualidade dos moinhos de carvão pulverizado ter permanecido eclipsado por quase dois anos. Ainda neste capítulo explicaremos o porquê desta situação ter sido tolerada e sobre as dificuldades encontradas para o disparo das devidas ações corretivas. 32
O texto apresentado para esta proposição foi simplificado uma vez que já caracterizamos em minúcias o efeito indesejável, a limitação de produção e de qualidade, no Capítulo II.
53
uma limitação indevida de produção e de qualidade do carvão pulverizado
pelos Moinhos 1 e 2. O nosso Diagrama inicia-se, então, da forma seguinte:
Precisamos agora inferir sobre a relação de dependência entre as
variáveis produção do moinho e qualidade do carvão moído e todos os
possíveis e conhecidos fatores causais. Precisamos declarar as premissas
do argumento, recolher as evidências objetivas, os fatos e os dados,
evidenciar as teses e testar os valores lógicos destas proposições 33.
Como a quantidade e a qualidade dos rejeitos gerados pelo moinho e
recolhidos diariamente nas caixas de rejeito era um fato inusitado e
objetivamente evidente, é razoável que suspeitemos de uma variável de
entrada do sistema de moagem, a qualidade do carvão.
33
Um parêntesis seja feito para alertar que o escopo deste TCC não tolerará aplicarmos o método em todos os possíveis fatores causais, ou variáveis de estado, uma vez que não se trata aqui de realizar um completo modelamento e uma detalhada análise do processo de moagem. Nosso objetivo é tão somente provar que a causa fundamental se localizava no domínio da condição do equipamento o que justifica a proposta de ação de bloqueio da causa fundamental a recuperação de mesa e rolos dos moinhos de carvão pulverizado.
Diagrama de Ishikawa para a limitação de produção dos moinhos 1 e 2 de carvão pulverizado da COSIPA, verificada entre out / 2004 a mar / 2005. 1ª Parte.
CAUSAS | EFEITO | INDESEJÁVEL | | | | | Q | v ( Q ) = V |
|
54
Vamos trabalhar na construção da primeira premissa de nosso
argumento Q, aventando a suspeita, ou hipótese, de que:
p1 = “A qualidade da mistura de carvões alimentada nos moinhos é
indevida” 34.
Em primeiro lugar, precisamos caracterizar como qualidade indevida da
mistura de carvões alimentada nos moinhos, aquela que não obedece ao
especificado no projeto e já explicitada no Capítulo I:
Carvão bruto, de granulometria 100 % < 50 mm, de densidade
aparente entre ( 0,8 a 1,0 ) t/m3, com umidade < 15 %, à temperatura
ambiente de até 40 °C e com HGI > 40 %.
Antes de transformar esta primeira proposição p1 em premissa do
Diagrama Espinha de Peixe, é necessário efetuar um teste proposto por
ISHIKAWA, formando uma proposição composta e utilizando o conectivo
porque, a fim de verificar se há, ou não, uma relação de dependência, ou
relação de causa e efeito, entre p1 e Q:
Q porque p1 = “A produção de carvão pulverizado... está indevidamente
limitada...” porque “A qualidade da mistura de carvões... é indevida”.
34
A matéria prima para a moagem não se constitui apenas de um único tipo de carvão de determinadas características, porém, de uma mistura dosada de vários carvões não coqueificáveis. A dosagem de diversos tipos de carvões constituindo uma mistura permite obter-se uma melhor característica final do carvão pulverizado, conforme a necessidade do processo de injeção nos altos fornos. Por exemplo, um carvão com alto teor de enxofre e um outro com alto teor de cinzas, que teriam o uso individualmente proibido para a injeção, podem ser dosados convenientemente em um terceiro, ou em um quarto, desde que nesta mistura se respeite, respectivamente, uma dosagem máxima, conforme os limites dos teores de enxofre e de cinzas permitidos para a mistura.
55
Em linguagem lógica, este mesmo teste é realizado da seguinte forma:
Se p1, então Q = Se “A qualidade da mistura de carvões... é indevida”,
então,
“A produção de carvão pulverizado... está indevidamente limitada...”.
Consultando o OPERATION & MAINTENANCE MANUAL FOR
CUBATÃO COAL GRINDING PLANT ( op. cit. ) verificamos que a qualidade
do carvão, ou da mistura alimentada é um fator que pode mesmo limitar a
produção dos moinhos [A1]. Portanto, a proposição p1 pode ser transformada
na premissa P1 e pode ser colocada no Diagrama de Ishikawa:
Declarada a premissa P1 e reconhecida como um possível fator causal
do efeito indesejável Q, é hora de recolher as evidências objetivas, os fatos
e os dados, evidenciar a tese e testar o valor lógico da premissa, provando-a
verdadeira ou desmentindo-a por falsidade.
Diagrama de Ishikawa para a limitação de produção dos moinhos 1 e 2 de carvão pulverizado da COSIPA, verificada entre out / 2004 a mar / 2005. 2ª Parte.
CAUSAS | EFEITO | INDESEJÁVEL | P1 | | | | Q | v ( Q ) = V |
|
56
O desenvolvimento completo desta tese de processo extrapola o
objetivo deste capítulo, mas a sua conclusão é importante demais, tendo em
vista o transtorno causado pelos rejeitos verificados no moinho. Por isso, tal
tese será desenvolvida, referenciando apenas os pontos fundamentais dos
trabalhos de MARANHA, Sílvio P. D. e MATTIUZ, Marco A. [B8] [B9].
Para testarmos o valor lógico de p1 iniciamos listando todas as
conhecidas variáveis de influência na qualidade da mistura e argüindo as
suas possíveis condições. Neste caso, o valor lógico de p1 será verdadeiro e
a qualidade da mistura de carvões alimentada será indevida s.s.s. 35 36 :
p1A = “A granulometria do carvão bruto for maior que 50 mm ”, ou
p1B = “A densidade aparente não se encontrar entre ( 0,8 a 1,0 ) t/m3 ”, ou
p1C = “A umidade da mistura for maior que 15 % ”, ou
p1D = “A temperatura da mistura for maior que 40 °C ”, ou
p1E = “O HGI da mistura for menor que 40 % ” 37.
A melhor prova de que v ( p1A ) = F é o fato de que antes de serem
alimentados nos moinhos, todos os carvões passavam por britadores de
impacto que os reduziam à granulometria 100 % < 10mm. Então, por esta
35
s.s.s. é uma abreviação padronizada do conectivo lógico se, e somente se. 36
Note-se uma curiosidade quanto ao uso indiscriminado da palavra indevido(a) nos Diagramas de Ishikawa: quando se procura uma causa que não se sabe exatamente onde possa estar, a técnica indicada neste caso é suspeitar-se de tudo e partir-se do pressuposto de que tudo é indevido, para obrigar-se a provar tudo, inclusive o que aparentemente não é indevido, ou seja, o que está correto. Tal técnica denomina-se demonstração por contradição. 37
O conectivo lógico ou que liga as proposições internas de p1 significa que se qualquer v ( p1Z ) = V, então v ( p1 ) = V, quer dizer, se qualquer uma das proposições internas de p1 se mostrar indevida, então, a qualidade da mistura de carvão também será indevida.
57
especificação de granulometria, a qualidade da mistura de carvão não pode
ser indevida.
Por outro lado, a britagem prévia e adicional até a granulometria menor
do que 10 mm causava a diminuição da densidade aparente dos carvões,
retirando-a da faixa prevista entre ( 0,8 a 1,0 ) t/m3 . Portanto, v ( p1B ) = V.
As análises de processo mencionadas mostraram a falsidade de p1C,
p1D e p1E. Apresentaremos em seguida apenas um resumo das provas:
p1C = “A umidade da mistura é maior que 15 %”.
Prova: Os gráficos de controle de umidade de carvão não mostraram
valores maiores do que 13%. Portanto, se v ( p1C ) = F, então, por alta
umidade, a mistura de carvões não pode ser indevida.
p1D = “A temperatura da mistura é maior que 40 °C ”.
Prova: A temperatura ambiente média e a dos carvões não alcançam
35 ºC. Portanto, se v ( p1D ) = F, então, por alta temperatura, a mistura de
carvões não pode ser indevida.
p1E = “O HGI da mistura for menor que 40 % ”.
Prova: Os dados históricos das análises que são sistematicamente
conduzidas em todos os tipos de carvão recebidos na COSIPA mostraram
que, a menos da utilização na moagem, em um período muito anterior ao do
efeito indesejável analisado, de um único carvão com HGI = 40 %, todas as
58
outras misturas possuem HGI > 40 %. Portanto, se v ( p1E ) = F, então, por
índice de facilidade de moagem, a mistura não pode ser indevida.
Conforme demonstrado, se apenas v ( p1B ) = V, podemos simplificar o
nosso Diagrama de Causa e Efeito substituindo P1 simplesmente por P1B e o
valor de 4 %, inserido sobre o ramo correspondente da Espinha de Peixe,
representa a influência estimada de P1B no efeito indesejável Q 38 :
O efeito da menor densidade aparente da mistura de carvão bruto
alimentado nas moagens, devido à prévia britagem em britadores de impacto
que reduzem a faixa de granulometria para 100 % < 10 mm, foi eliminado
em março de 2005 retirando-se o fluxo de carvão bruto para as moagens da
rota de tais britadores de carvão e encaminhando-o a uma rota alternativa.
38
A influência da densidade aparente do carvão na produção das moagens é indireta e deve-se ao fato de que os alimentadores de carvão inserem nos moinhos um determinado volume de matéria prima a uma determinada velocidade. Dado o volume correspondente à geometria do alimentador e a velocidade ajustada desta máquina, quanto menor a massa por unidade de volume de carvão, ou densidade aparente, menor será a taxa de alimentação em toneladas de material por hora. O cálculo do valor 4 % para a influência estimada de P1B no efeito indesejável Q não será mostrado neste TCC.
Diagrama de Ishikawa para a limitação de produção dos moinhos 1 e 2 de carvão pulverizado da COSIPA, verificada entre out / 2004 a mar / 2005. 3ª Parte.
CAUSAS | EFEITO 4% | INDESEJÁVEL | P1B | v(P1B)=V | | | Q | v ( Q ) = V | |
59
Vamos continuar a nossa análise construindo a segunda proposição.
Segundo BRUNDIEK, Hans ( op. cit. ), a pressão nos rolos é um dos
parâmetros que determinam a capacidade de moagem. Como os moinhos
operavam com os valores de pressão dos rolos pelo menos 50 % maior que
os parâmetros normais, tendo em vista a capacidade de produção obtida,
conforme já demonstrado no Capítulo II pelos Gráficos 3, 4 e 5, este fato
inusitado, indevido e objetivamente evidente, faz que seja razoável
suspeitarmos desta variável de controle do sistema de moagem, a pressão
dos rolos. Esta suspeita é declarada na seguinte proposição:
p2 = “O aumento da pressão dos rolos não está ocasionando um
correspondente aumento proporcional da capacidade de moagem”.
Efetuando o teste proposto por ISHIKAWA, formar uma proposição
composta utilizando o conectivo porque, a fim de verificar se há ou não uma
relação de dependência, ou uma relação de causa e efeito entre p2 e Q,
vem:
Q porque p2 = “A produção de carvão pulverizado... está indevidamente
limitada...” porque “O aumento da pressão dos rolos não está ocasionando
um correspondente aumento proporcional da capacidade de moagem”.
Ou, em linguagem lógica:
60
Se p2, então Q = Se “O aumento da pressão dos rolos não está
ocasionando um correspondente aumento proporcional da capacidade de
moagem”, então “A produção de carvão pulverizado... está indevidamente
limitada...”.
Ratificando BRUNDIEK, Hans, o OPERATION & MAINTENANCE
MANUAL FOR CUBATÃO COAL GRINDING PLANT ( op. cit. ) informa que
a pressão dos rolos, é um fator que pode mesmo limitar a produção dos
moinhos. Portanto, a proposição p2 pode ser transformada em premissa P2 e
ser colocada no Diagrama de Ishikawa:
Se a capacidade de moagem depende da pressão dos rolos na razão
direta, nosso trabalho agora é descobrir o porquê da evidência objetiva de
que todo aquele aumento da pressão dos rolos se mostrava insuficiente para
realizar o trabalho de moagem à plena capacidade.
Diagrama de Ishikawa para a limitação de produção dos moinhos 1 e 2 de carvão pulverizado da COSIPA, verificada entre out / 2004 a mar / 2005. 4ª Parte.
CAUSAS | EFEITO 4% | INDESEJÁVEL | P2 P1B | v(P1B)=V | | | Q | v ( Q ) = V |
|
61
As seguintes premissas internas de P2 do nosso argumento Q precisam
ser testadas:
P2A = “Os rolos de moagem têm operado com desgaste maior que o
permissível”.
P2B = “Os rolos em operação apresentam uma perda de massa
acentuada, indevida e rápida”
P2C = “O diâmetro dos rolos utilizados é indevido”.
P2D = “O ajuste da altura dos rolos é indevido”.
P2E = “O ajuste da posição de fim de curso dos batentes dos rolos é
indevido”.
P2F = “O ajuste da pressão do acumulador hidro-pneumático é
indevido”.
A partir deste ponto neste TCC, nossa argumentação lógica aplicada
ao Diagrama de Ishikawa, ou seja, ao declarar as premissas, reconhecê-las
como possíveis fatores causais, recolher as evidências objetivas, os fatos e
os dados, evidenciar as teses e testar os valores lógicos das proposições,
provando-as verdadeiras ou desmentindo-as por falsidade, não mais será
descrita em minúcias, conforme o temos feito até aqui. O tratamento técnico
continuará com o mesmo rigor lógico, mas exemplificado o método,
apresentaremos, a partir daqui, apenas a sua conclusão.
Aplicado o teste de Ishikawa, P2A mostrou-se efeito de P2B, ou seja:
62
P2A porque P2B = “Os rolos de moagem têm operado com desgaste
acima do permitido” porque “Os rolos em operação apresentam perda de
massa acentuada, indevida e rápida”,
Ou:
Se P2B, então P2A = Se “Os rolos em operação apresentam perda de
massa acentuada, indevida e rápida”, então “Os rolos de moagem têm
operado com desgaste acima do permitido”.
Já nos avizinhando da demonstração da causa fundamental,
lembramos que podemos prolongar uma análise ad infinitum ou até onde
conveniente 39.
A ação que mitiga exclusivamente o efeito P2A é trocar os rolos
desgastados. Esta ação sobre este efeito foi realizada diversas vezes entre
2003 e 2004 através de intervenções de manutenção, apesar de ter sido
muito difícil programá-las, por dependerem do fornecimento de elevada
quantidade de mão de obra em dia de pico de demanda, as paradas de
plantas para a manutenção em toda a usina, por dependerem das moagens
paradas por longos períodos e assim corrermos o risco de interferir no
programa de injeção de carvão pulverizado do cliente, os altos fornos. Esta
dificuldade em programar as manutenções é a explicação que prometemos
na nota de rodapé 29 da página 35 do porque ter sido tolerada a operação
das moagens com peças muito desgastadas.
39
A disposição de esmiuçar uma análise indefinidamente é o que proporciona um mais completo e perfeito domínio tecnológico. A frase de Virgílio, o poeta da Era Augusta de um Império Tecnológico na epígrafe deste TCC nos alerta deste fato e das vantagens que advêm dele.
63
Acrescentamos o fato de que, no período analisado, por mais que se
tenha substituído os rolos com desgaste, a eficácia destas trocas na
limitação de produção dos moinhos era de curta duração.
Se P2A é o efeito, então é necessário estudarmos e analisarmos com
mais rigor a causa:
P2B = “Os rolos em operação apresentam perda de massa acentuada,
indevida e rápida” 40.
para propormos uma ação de bloqueio que seja eficaz em resolver a causa
fundamental deste problema, devendo ainda contornar aquela dificuldade
apresentada anteriormente, ou seja, a sua consecução não poderá interferir
nas necessidades de injeção do cliente, nem deverá despender excessiva
quantidade de mão de obra, não deverá depender do dia da parada, para
escapulir do pico de demanda de mão de obra, nem dependerá de elevado
tempo de planta parada.
O fenômeno do desgaste, ou perda de massa, foi estudado por
PITZER, Milton J. O., O MECANISMO DO DESGASTE POR ABRASÃO E
IMPACTO DE MATERIAIS GRANULADOS E PROPOSTAS EFICAZES
PARA MINIMIZÁ-LO. Cubatão SP: XXIV Seminário Interno da Redução,
COSIPA, 2005.
40
A perda de massa de uma peça é a evidência que caracteriza o seu desgaste.
64
Para concluirmos qual seja a causa fundamental da limitação de
produção dos moinhos, devemos continuar analisando todas as outras
premissas.
P2C = “O diâmetro dos rolos utilizados é indevido”.
Para pesquisar a afirmação de BRUNDIEK, Hans ( op. cit. ) de que a
capacidade de moagem também “depende do quadrado do diâmetro dos
rolos”, fizemos uma comparação do diâmetro dos rolos utilizados, que
vinham sendo adquiridos no mercado nacional conforme a especificação do
desenho E33M013-0047 da COSIPA, com o diâmetro dos rolos originais
fornecidos pela LÖESCHE MILL em 2003. O resultado desta comparação
muito nos surpreendeu porque foi encontrada a seguinte diferença:
1800 mm de diâmetro no primeiro caso citado e 1830 mm no segundo 41.
Se uma determinada capacidade de moagem C1, é proporcional ao
quadrado de um diâmetro do rolo D1, ou seja :
Se C1 = k.D12, sendo k uma constante qualquer de proporcionalidade e
se C2 = k.D22, então, por analogia, podemos montar um argumento auxiliar
Q1 com as seguintes premissas compostas:
41
A razão desta diferença deve-se ao fato de que foram tomadas como referência as medidas dos rolos que foram fornecidos para a partida da planta e que já possuíam os seus diâmetros desgastados e parcialmente recuperados por soldagem.
65
Se:
P3 = “O diâmetro dos rolos novos que vêm sendo utilizados conforme a
especificação do desenho E33M013-0047 é de 1800 mm”,
ou seja, se D1 = 1800 mm
e se:
P4 = “O rolo original LÖESCHE MILL para moinho 26.30 D possui
diâmetro de 1830 mm”,
ou seja, se D2 = 1830 mm
e se:
P5 = “A capacidade de produção depende do quadrado do diâmetro
dos rolos”,
Então:
Q1 = “A capacidade de moagem de um moinho que utiliza um rolo de
diâmetro 1800 mm será 3 % menor do que a capacidade de moagem do
mesmo moinho quando utilizar um rolo de diâmetro de 1830 mm.”
Prova:
Se C1 / C2 = ( k . D12 ) / ( k . D2
2 )
Ou C1 . ( 1830 ) 2 = C2 . ( 1800 ) 2
Então: C1 = 0,97 . C2 ( Q.e.d ) 42
42
Q.e.d. é a abreviação da frase latina Quod Erat Demonstrandum usualmente inserida ao final das demonstrações matemáticas e significa “O que era necessário demonstrar”.
66
Vamos reparar que v ( P2C ) = V porque v ( Q1 ) = V e atentar ao fato
de que, mesmo substituindo os rolos com desgaste por rolos novos, mas de
diâmetro menor, estes, por força de v ( P2C ) = V, já impingiam uma limitação
de 3 % na capacidade de moagem.
Vamos atualizar o nosso Diagrama de Ishikawa com P2C.
A veracidade de Q1 nos alerta para uma premissa ainda mais
importante:
P6 = “Rolos que perdem massa no processo de moagem têm, por
conseguinte, seus diâmetros também diminuídos.”,
ou seja, um terno de rolos que perde 50 mm no diâmetro por desgaste
impinge uma perda de capacidade de moagem de até 9 % e v ( P6 ) = V por
força da mesma prova da página anterior. Vamos notar que este valor não
considera o efeito cumulativo de P2C.
Diagrama de Ishikawa para a limitação de produção dos moinhos 1 e 2 de carvão pulverizado da COSIPA, verificada entre out / 2004 a mar / 2005. 5ª Parte.
CAUSAS | EFEITO 3% 4% | INDESEJÁVEL
| P2C P1B | v(P2C)=V v(P1B)=V | | | Q | v ( Q ) = V | |
67
Vamos atualizar o nosso Diagrama de Ishikawa com P6.
A premissa mais espetacular foi deixada para o fim desta catástase 43.
BRUNDIEK, Hans quando relacionou a capacidade de produção ao
diâmetro dos rolos, considerou a mesa de moagem nova e, portanto,
perfeitamente plana e íntegra. Ora, o fenômeno de desgaste acontece
simultaneamente nos rolos e na mesa, sendo que, nesta última, a perda de
massa é de até três vezes maior do que a de um único rolo, devido ao fato
de que a cada rotação da mesa, esta sofre um desgaste proporcional ao
trabalho de moagem efetuado simultaneamente pela pressão dos três rolos.
Os rolos de moagem eram substituídos, ou seja, tinham seus diâmetros
retornados à condição considerada normal, mas a mesa de moagem não era
objeto de manutenção e o efeito do desgaste da mesa na limitação da
capacidade dos moinhos, pela perda de sua planicidade, era então mais
acentuado do que o efeito do desgaste dos rolos.
43
Catástase é um verbete de etimologia grega { katástasis } que designava, no teatro antigo, a terceira parte da tragédia clássica grega, na qual os acontecimentos se precipitam e, afinal, se esclarecem.
Diagrama de Ishikawa para a limitação de produção dos moinhos 1 e 2 de carvão pulverizado da COSIPA, verificada entre out / 2004 a mar / 2005. 6ª Parte.
CAUSAS | EFEITO 9% 3% 4% | INDESEJÁVEL
| P6 P2C P1B | v(P6)=V v(P2C)=V v(P1B)=V | | | Q | v ( Q ) = V | |
68
Se pelos motivos já expostos, era grande a dificuldade de se programar
a troca dos rolos, intervenção de manutenção com duração média de
72 horas, enorme era a dificuldade de se programar a troca da mesa,
intervenção de manutenção com duração prevista de 120 horas.
Por isso, a mesa do Moinho 1 chegou a ter 43 % da sua massa útil
perdida por desgaste e 32 % a do Moinho 2. Nestas circunstâncias, trocar
apenas os rolos já não era mais suficiente para retirar os moinhos da
situação de limitação de capacidade de moagem de carvão pulverizado com
qualidade. Respectivamente nos Anexos 7, 8, 9 e 10 mostramos as
evidências objetivas desta perda de massa.
Por analogia, as premissas que fizemos para os rolos valem também
para as mesas:
P7A = “As mesas de moagem têm operado com desgaste acima do
permitido”.
P7B = “As mesas de moagem em operação apresentam perda de
massa acentuada, indevida, e rápida”.
A estas duas premissas acima, devemos juntar uma terceira, óbvia:
P7C = “Ao efeito do desgaste dos rolos na limitação da capacidade de
moagem soma-se o efeito do desgaste das mesas e na mesma proporção”.
69
O que se pretende explicar é que o raciocínio da premissa de
BRUNDIEK, Hans ( op. cit. ) que relaciona a capacidade de produção ao
diâmetro dos rolos, tem efeito similar tanto para o caso de diminuição de
diâmetro por perda de massa dos rolos quanto para o caso da perda de
massa das mesas. Portanto, para mantermos uma fidelidade técnica em
relação à evidência objetiva observada e demonstrada, a conclusão final a
que chegamos é a de que precisamos reescrever a premissa de BRUNDIEK,
Hans, complementando-a pela inserção de uma nova condição sine qua,
non, ou seja, sem a qual, não é verdadeira e estender o seu raciocínio para
qualquer caso que se queira verificar na operação dos moinhos.
Transformaremos aqui esta nova premissa em um postulado que terá o
nome de um dos autores deste TCC e que teve a seu encargo o estudo
desta particularidade.
Enuncia-se o Postulado de Pitzer conforme segue 44 :
“Em moinhos de rolos para carvão pulverizado LÖESCHE, mantidos
constantes quaisquer outros fatores de influência, a capacidade de moagem
obedece a uma proporcionalidade linear, de razão direta, que depende da
pressão dos rolos e do quadrado de seus diâmetros se, e somente se,
verificar-se simultaneamente as planicidades das superfícies cônicas de
desgaste dos rolos e da superfície horizontal dos anéis de desgaste da mesa
44
Na linguagem matemática, postulado é um princípio ou fato reconhecido, mas não demonstrado. É uma proposição que se admite, mas que ainda não tem demonstração. Teorema é uma proposição que, para se admitir ou tornar evidente, precisa de demonstração.
70
de moagem. Após perdidas estas planicidades por desgaste de mesa e
rolos, a capacidade de moagem obedecerá a uma nova proporcionalidade,
também de razão direta, mas não linear, com ponto de saturação. Após o
ponto de saturação, a capacidade de moagem não será mais diretamente
proporcional à pressão dos rolos, mas inversamente, pela aceleração
polinomial da perda de massa por abrasão, que limitará progressivamente a
própria capacidade de moagem”.
O postulado enunciado é de relativamente fácil prova por métodos
numéricos e modelamento estatístico avançado de funções matemáticas. A
prova matemática deste enunciado e, por conseguinte, a sua transformação
em Teorema, ficará, entretanto, para uma outra oportunidade.
Em resumo, aprendemos que para manter a capacidade de moagem
no valor ótimo especificado no projeto e descrito no Capítulo I, é preciso
determinar um limite máximo admissível para o desgaste de mesa e rolos 45.
Para terminar o nosso interrompido Diagrama de Ishikawa, queremos
resumir todo o exposto acima declarando a seguinte premissa:
P8 = “Na situação de limitação de moagem de carvão pulverizado
experimentada a partir do segundo trimestre de 2004 nos moinhos de carvão
pulverizado da COSIPA, verificou-se a perda da planicidade com desgaste
em profundidade de até 65 mm na mesa do Moinho 1 e de até 45 mm na
45
Este fato foi observado in loco na YAWATA STEEL WORKS da NSC – NIPPON STEEL CORPORATION durante um estágio em outubro de 2005 em que verificamos um conjunto de rolos substituídos com um desgaste não maior do que 15 mm.
71
mesa do Moinho 2, simultaneamente à perda de massa de até 50 mm ou
100 % do volume de desgaste útil no diâmetro dos rolos de moagem”.
A prova de v ( P8 ) = V encontramos nos Anexos 7, 8, 9 e 10 onde
apresentamos as evidências objetivas, ilustrações por fotografias e os
valores de desgaste apresentados em P8 através dos perfis de desgaste
medidos e através do cálculo assistido por computador com o auxílio do
software eletrônico CAD – Computer Aid in Design. Devemos adiantar,
entretanto, que a veracidade de P8 é capaz, por si só, de impingir uma
limitação de produção de até 30 % nos moinhos de carvão pulverizado. Por
isso, P8 reúne então as características da causa verdadeira procurada, ou
causa fundamental da limitação de produção com qualidade dos moinhos de
carvão pulverizado. A prova de que o desgaste indevido de mesa e rolos é
mesmo a causa fundamental, será mostrada definitivamente no próximo
Capítulo – Resultados Obtidos e Considerações Finais.
Não podemos terminar este Capítulo III antes de considerar as outras
importantes premissas anteriormente declaradas:
P2D = “O ajuste da altura dos rolos é indevido”.
P2E = “O ajuste da pressão do acumulador hidro-pneumático é
indevido”.
P2F = “O ajuste da posição de fim de curso dos batentes dos rolos é
indevido”.
72
Vamos lançá-las agora no Diagrama de Ishikawa que viemos
construindo paulatinamente, arbitrando respectivamente uma influência
relativa por estimativa, que não será aqui nem discutida nem provada.
A nossa Espinha de Peixe terminará, neste capítulo da seguinte forma:
Como alertamos na nota de rodapé 31 da página 36, para manter a
objetividade no tema principal deste capítulo e deste TCC, muitas outras
premissas deixaram de ser declaradas, enumeradas, analisadas e provadas.
Entre as mais importantes, destacamos:
P9 – “Uma baixa vazão de gás quente é insuficiente para retirar o
carvão do moinho”.
Diagrama de Ishikawa para a limitação de produção dos moinhos 1 e 2 de carvão pulverizado da COSIPA, verificada entre out / 2004 a mar / 2005. 7ª Parte.
CAUSAS | EFEITO 9% 3% 4% | INDESEJÁVEL | P6 P2C P1B | v(P6)=V v(P2C)=V v(P1B)=V | | | Q | v ( Q ) = V | P8 P2D P2E P2F | | | 30% 2% 1% 1% |
73
P10 – “A diminuição da rotação do classificador dinâmico altera a
pressão diferencial do moinho e dificulta o seu controle automático”.
P11 – “O comportamento da moagem com uma mistura de
características heterogêneas de carvões é diferente do comportamento com
carvões individuais”.
P12 – “Deve-se efetuar um estudo e recomendar uma parametrização
diferente para cada mistura que vier a ser programada e utilizada”.
Propusemos uma metodologia, mas deixamos ao encargo de nossos
colegas Engenheiros de Processo a prova, pois o que aqui analisamos com
o foco centrado no desempenho do equipamento é, feliz ou infelizmente,
uma gota d’água no oceano de possibilidades da melhoria contínua de
desempenho do processo e dos equipamentos de moagem.
O novo e o maior desafio é encontrarmos novos parâmetros para uma
operação das moagens de carvão pulverizado em um regime estável e
confiável com uma alimentação individual até 70 t/h de carvão bruto, o que
possibilitará definitivamente defasar as datas das paradas para as suas
manutenções programadas em relação às datas de pico de demanda de
mão de obra da usina.
Concluímos este TCC considerando entendido o paradigma do
equipamento e a causa fundamental da limitação de produção de carvão
pulverizado, o desgaste acentuado, indevido e rápido de mesa e de rolos de
74
moagem e a proposição das respectivas ações de bloqueio, a recuperação
das planicidades das mesas e dos diâmetros dos rolos de moagem, que
foram executadas respectivamente na Moagem 2 no início de março de
2005 e na Moagem 1 no início de maio de 2005.
A seguir, descreveremos o sucesso dos resultados alcançados e
faremos as considerações finais.
75
RESULTADOS OBTIDOS E CONSIDERAÇÕES FINAIS
76
Resultados Obtidos e Considerações Finais
O Capítulo III deste TCC demonstrou que a causa fundamental da
limitação da produção com qualidade de carvão pulverizado era a operação
com excessiva perda de massa, ou desgaste, dos componentes principais
do conjunto de moagem dos Moinhos 1 e 2. Portanto, a ação eficaz de
bloqueio da causa fundamental recomendável era a recuperação das mesas
e dos rolos de moagem.
Para a execução da recuperação destes conjuntos, foi necessário um
estudo estratégico para otimizar as etapas desta manutenção, pois todo o
serviço não poderia ser realizado de uma só vez, tendo em vista as
limitações de permissão de tempo total de planta parada, de disponibilidade
total de mão de obra a ser aplicada nas tarefas e de logística de
aprovisionamento de sobressalentes.
A decisão da recuperação mais adequada a ser adotada também
resultou de um estudo de viabilidade técnica e econômica uma vez que
havia duas alternativas possíveis, a substituição completa das peças através
de desmontagem ou sua recuperação in situ através de soldagem, processo
que deposita por fusão uma liga composta de aço e de carbonetos
complexos de cromo, nióbio e molibdênio, combinando de maneira ótima
uma elevada dureza com uma adequada tenacidade à fratura, as duas
características necessárias à resistência à perda de massa de uma
superfície metálica sujeita à abrasão e impacto de materiais granulados [B3].
77
Todas as ponderações citadas, levaram à recuperação por soldagem
da mesa do Moinho 2 em março de 2005, à substituição da mesa e dos rolos
do Moinho 1 em maio de 2005 e, em seguida, à soldagem dos rolos da
Moinho 2 em setembro de 2005.
Concluídas estas paradas, os estudos, a estratégia e as decisões
adotadas para a manutenção das plantas mostraram-se corretos porque
bem sucedidas e as moagens recuperaram as suas capacidades de
produção nominais, passando a operar de acordo com todos os parâmetros
de projeto, de acordo com os valores mostrados no Gráfico 3 do Capítulo II.
Na verdade, os resultados obtidos foram bem melhores do que os
programados, pois foram alcançados patamares estáveis e inusitados de
produção com a qualidade requerida de até 65 t/h em cada uma das
moagens.
A ilustração conclusiva deste resultado é o Gráfico 6 da próxima
página que mostra que a Moagem 2 após a parada de março de 2005, além
de voltar a operar com uma taxa de 60 t/h, produziu carvão pulverizado com
uma granulometria até maior do que a especificação máxima, quer dizer,
este resultado precisou ser posteriormente ajustado para pior, sob o ponto
de vista de capacidade de moagem, a fim de voltar a atender à faixa máxima
especificada pelo cliente, ou seja, ( 56,5 a 66,5 ) % < 75 µm.
Além dos resultados citados anteriormente, consideramos expressivos
também a definição de uma nova sistemática de manutenção, a recuperação
por soldagem in situ e a economia na despesa de manutenção, cujo valor,
por questões de estratégia comercial da COSIPA, não é divulgado.
78
GRÁFICO 6 – Granulometria conforme ensaio ASTM D197- 02 do carvão
pulverizado pelo Moinho 2 antes da parada programada para manutenção em
03/03/2005 e após a parada, a partir de 05/03/2005.
Fonte: WebRed – Computador de processo da moagem de carvão pulverizado da
COSIPA. Crédito de: PITZER, Milton J. O., Cubatão SP, 2005.
Quanto às considerações finais, a primeira diz respeito ao
desenvolvimento da ferramenta de análise esmiuçada no Capítulo III, na
verdade, uma combinação em sinergia de três conceitos clássicos,
concebida para atender à conjuntura atual, em que a extrema exigência de
competitividade empresarial requer dos profissionais decisões e ações de
resultados rápidos e com a mínima de margem para erros.
A metodologia das três ferramentas, entretanto, consideradas em
separado, não foi desenvolvida para efetuar análises apressadas,
superficiais e de visão de curtíssimo prazo, típicas dos tempos modernos,
Granulometria conforme ensaio ASTM D197- 02 do carvão
pulverizado pelo Moinho 2 entre 24/02 a 11/03/2005
40
45
50
55
60
65
70
75
80
23/2
/2005
24/2
/2005
25/2
/2005
26/2
/2005
27/2
/2005
28/2
/2005
1/3
/2005
2/3
/2005
3/3
/2005
4/3
/2005
5/3
/2005
6/3
/2005
7/3
/2005
8/3
/2005
9/3
/2005
10/3
/2005
11/3
/2005
12/3
/2005
DATA
% <
75 µ
m
79
em que um ditado em rima de camponeses medievais expressa tão bem
esta onipresente urgência de tudo e esta permanente pressa de todos:
“Amanhã... Amanhã? O carneiro perde a lã! 46
Assim, os autores não recomendam o uso indiscriminado desta, ou de
qualquer outra ferramenta técnica, sem um adequado embasamento teórico
ou sem o uso da metodologia recomendada. Como analogia, lembramos que
a tecnologia, a sabedoria e a prudência permitem usar o arsênico em doses
homeopáticas e, neste caso, é remédio e cura. Em dosagem inadequada, é
veneno e mata!
A segunda consideração final diz respeito à resposta da terrível
pergunta, freqüentemente dirigida aos profissionais de manutenção:
Por que os equipamentos falham, quebram? 47
A atividade de operação e de manutenção de qualquer equipamento
pode envolver uma grande complexidade, quando tomamos as tarefas como
46
Segundo as estórias de Dona Anna Victória de Jesus, a Don’Anna ( 1908 – 1996 ), transmitidas de boca a ouvido, nas antigas sociedades campesinas de pastoreio de ovelhas para a produção de lã, a tosquia deveria ser feita no final do período de seca, exatamente quando o produto adquiria as suas mais valiosas características, fios de comprimento máximo, secos e de textura e alvura de máxima qualidade. Ao se postergar a tosquia para amanhã, amanhã, corria-se o risco de que uma chuva antecipada ou imprevista pusesse a perder o valor da lã, por encharque, por sujeira ou por lama. De acordo com os ensinamentos inesquecíveis desta digna e sábia senhora, a lã molhada torna a tosquia uma tarefa demorada e de difícil execução. 47
As falhas e as quebras de máquinas, peças ou equipamentos são definidas na teoria de manutenção como acontecimentos indesejáveis e imprevistos, que interrompem a disponibilidade do equipamento para a operação ou para a produção.
80
um todo harmônico e consideramos todos os seus aspectos, mas a resposta
à pergunta citada, de forma simples, é muito clara.
Qualquer equipamento, máquina ou peça contém em si mesmo uma
tecnologia de concepção, ou projeto, uma técnica de confecção, ou
manufatura, uma metodologia de montagem, uma técnica prevista de
operação e outra de manutenção, todas, visando uma adequação ao uso,
projetando um determinado desempenho, com a necessidade de dispêndio
de um determinado recurso e especificando uma vida útil.
Quase todas as falhas e quebras nos equipamentos ocorrem quando
fazemos um projeto inadequado à necessidade ou o uso inadequado, tendo
em vista o projeto, exigindo um desempenho fora do previsto, despendendo
recursos inadequados ou insuficientes, ou ainda, não respeitamos os limites
de vida útil.
A terceira consideração final referencia o status da atividade
manutenção nas Empresas.
Segundo diversos artigos especializados da revista periódica
MANUTENÇÃO da Associação Brasileira de Manutenção - ABRAMAN,
redigida por competentes e experientes especialistas que labutam na
atividade, infelizmente, por falta de embasamento teórico em economia e
estratégia empresarial, a manutenção ainda é vista em algumas empresas
como uma mera despesa indesejável que costuma ser subestimada e, por
isso, em se tratando de estruturação das atividades de manutenção, nelas
reina uma permanente confusão conceitual sobre o que seja despesa, custo,
desembolso e investimento. As decisões tomadas mostram claramente
81
quando não se consegue distinguir com clareza uma coisa da outra, mas os
equipamentos “sentem” e “respondem” aos que também não os entendem
com falhas, quebras e interrupções da estabilidade dos processo. Isto causa
dois tipos de prejuízo, o lucro cessante e a despesa imprevista em reparo
emergencial que, aliás, por si só, custa no mínimo 60% a mais do que se
fosse feito com a estratégia, a tática e a metodologia apropriada.
Por outro lado, a atividade da manutenção em equipamentos, em todos
os segmentos econômicos de alta densidade e competência tecnológica, é
reconhecida como um investimento para a proteção do patrimônio e uma
atividade inerente ao esforço de maximização dos lucros, ou seja, é uma
atividade com alto potencial de adicionar valor com a maior garantia da
estabilidade dos processos, colaborando assim na permanente luta para a
sobrevivência perene no mercado e para a busca do crescimento
sustentável das empresas.
Especificamente no setor siderúrgico, classificado como indústria de
base, de capital intensivo, de alto investimento, de média rentabilidade e a
longo prazo, um descuido técnico, administrativo ou estratégico que impacte
negativamente a eficácia global da manutenção, é capaz de por em risco a
lucratividade e a sobrevivência da empresa.
82
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
83
Referências Bibliográficas
[ A ] – NORMAS, MANUAIS E CATÁLOGOS:
[A1] OPERATION & MAINTENANCE MANUAL FOR CUBATÃO COAL
GRINDING PLANT. Volume I ( 1 ) General, Flow Sheet with Process Data,
Pages 037 to 043, Löesche, Düsseldorf DE, 1997.
[A2] STANDART TEST METHOD FOR SAMPLING AND FINENESS
TEST OF PULVERIZED COAL. The 2005 Annual Book of ASTM Standarts,
Volume 05.06, Standart D 197-02, Pages 200 to 206, Conshohocken PA,
2005.
[A3] STANDART TEST METHOD FOR TOTAL MOISTURE IN COAL. The
2005 Annual Book of ASTM Standarts, Volume 05.06, Standart D 3302-02,
Pages 360 to 366, Conshohocken PA, 2005.
[A4] OPERATION & MAINTENANCE MANUAL FOR CUBATÃO COAL
GRINDING PLANT. Volume II ( 3 ), Page 039, Löesche, Düsseldorf DE,
1997.
84
[A5] STANDART TEST METHOD FOR GRINDABILITY OF COAL BY
THE HARDGROVE-MACHINE METHOD. The 2005 Annual Book of ASTM
Standarts, Volume 05.06, Standart D 409-02, Pages 225 to 233,
Conshohocken PA, 2005.
[A6] LÖESCHE COAL PULVERIZING ROLLER MILLS CATALOGUE.
Pages 8 to 13, Löesche, Düsseldorf DE, 1984 and 1987.
[ B ] – AUTORES:
[B1] BRUNDIEK, Hans, DESIGN, PERFORMANCE AND RECENT
OPERATING EXPERIENCE WITH COAL PULVERIZING ROLLER MILLS.
VGB KRAFTWERKSTECHNIK, Volume 61, n° 4, Pages 328 to 333,
Düsseldorf DE, April 1981.
[B2] CAMPOS, Vicente Falconi, TQC – CONTROLE DA QUALIDADE
TOTAL. Páginas 17 a 20, Rio de Janeiro RJ: Bloch Editores, 1992.
[B3] CHENJE, T. W., SIMBI, D. J. & NAVARRA, E., RELATIONSHIP
BETWEEN MICROSTRUCTURE, HARDNESS, IMPACT TOUGHNESS
AND WEAR PERFORMANCE OF SELECTED GRINDING MEDIA FOR
MINERAL ORE MILLING OPERATIONS. Materials & Design n° 25,
Pages 11 to 18, London GB: Elsevier Ltd., 2004.
85
[B4] EICKE, G. & SCHWENDIG, G., CONSTRUCTION AND SAFETY OF
CENTRAL GRINDING PLANT FOR PULVERIZING COAL. ZKG
INTERNATIONAL, Volume 35, n° 5, Pages 239 to 245, Wiesbaden DE,
1982.
[B5] HARDGROVE, R. M., GRINDABILITY OF COAL. Conshohocken PA :
Transactions ASME, Volume 54, F.S.P., page 37, 1932.
[B6] ISHIKAWA, Kaoru, TQC TOTAL QUALITY CONTROL –
ESTRATÉGIA E ADMINISTRAÇÃO DA QUALIDADE. São Paulo SP: IM&C
Editora, 1986.
[B7] JURAN, J. M., QUALITY CONTROL HANDBOOK. New York NY:
McGraw Hill, 4th Edit., 1988.
[B8] MARANHA, Sílvio P.D., ANÁLISE SISTEMÁTICA DO PROCESSO
DE CARVÃO. Cubatão SP: COSIPA, Documento de circulação interna e
restrita, 2004 / 2005.
[B9] MATTIUZ, Marco A., ANÁLISE SISTEMÁTICA DO PROCESSO DE
CARVÃO PULVERIZADO. Cubatão SP: COSIPA, Documento de circulação
interna e restrita, 2004 / 2005.
86
[B10] OGATA, Katsuhito, MODERN CONTROL ENGINEERING. Englewood
Cliffs NJ: Prentice Hall Inc., 1970, page 750.
[B11] SÉRATES, Jonofon, RACIOCÍNIO LÓGICO. Brasília DF: Ed. Jonofon
Ltda., 1998, Páginas 21 a 28.
[B12] SPARKS, A. J. & STEKLY, J. J. K., THE MINIMIZATION OF WEAR
OF MATERIALS IN THE MINING AND MECHANISMS OF DEGRADATION.
Cambridge GB: Department of Materials, Science and Metallurgy, The
University of Cambridge, 2000.
[B13] KASSEK, Klaus. & SALEWSKY, Gerhard, COAL GRINDING BY
ROLLER GRINDING MILLS FOR PULVERIZED COAL INJECTION IN
BLAST FURNACES. Warrendale PA: Iron and Steel Engineer, October,
1995, Pages 29 to 33.
87
ANEXOS
88
RELAÇÃO DE ANEXOS
1. Desenho COSIPA E33M013-0018 – Moinho Löesche 26.30 D –
Vista em corte
2. Desenho COSIPA E33M013-0017 – Moinho Löesche 26.30 D –
Vista superior
3. CARTA GRÁFICA 1 de controle de vibração de moinho LM 26.30 D –
Exemplo de operação com estabilidade e vibração entre ( 2 ± 1 ) mm/s.
4. CARTA GRÁFICA 2 de controle de vibração de moinho LM 26.30 D –
Exemplo de operação com instabilidade intermitente, com vibração entre
( 8,0 ± 6,0 ) mm/s e com a ocorrência de picos de 20 mm/s.
5. CARTA GRÁFICA 3 de controle de vibração de moinho LM 26.30 D –
Exemplo de operação com alta instabilidade e vibração entre
( 10 ± 6 ) mm/s.
6. Demonstração do Índice de Ociosidade das Moagens de Carvão
Pulverizado
7. Relatório interno COSIPA retratando a situação crítica da mesa do
Moinho 1 com 43,3 % de perda de massa em 05 de janeiro de 2005.
8. Desenho R60C013HEM002 Rev. B indicando a perda de massa de 32 %
na mesa do Moinho 2 e a recuperação da sua planicidade in situ.
9. Fotos ilustrativas das mesas de moagem.
10. Fotos ilustrativas dos rolos de moagem.
89
ANEXO 1 – Desenho COSIPA E33M013-0018 – Moinho Löesche 26.30D Vista em corte ( autorização de reprodução restrita ao TCC – UNIP )
Fonte: SED – Sistema Eletrônico de Documentação COSIPA
90
ANEXO 2 – Desenho COSIPA E33M013-0017 – Moinho Löesche 26.30D Vista superior ( autorização de reprodução restrita ao TCC – UNIP )
Fonte: SED – Sistema Eletrônico de Documentação COSIPA
91
ANEXO 3 – Carta gráfica de controle de vibração de moinho LM 26.30 D Exemplo de operação com estabilidade, com vibração entre ( 2 ± 1 ) mm/s.
CARTA GRÁFICA DE CONTROLE 1 – Vibração de moinho LM 26.30 D –
Exemplo de seis horas de operação do processo de moagem com
estabilidade e com vibração entre ( 1,8 ± 0,6 ) mm/s.
Fonte: WebRed – Computador de processo da moagem de carvão pulverizado da
COSIPA. Crédito de: PITZER, Milton J. O., Cubatão SP, 2005.
92
ANEXO 4 – Carta gráfica de controle de vibração de moinho LM 26.30 D Exemplo de operação com instabilidade intermitente, com
vibração entre ( 8,0 ± 6,0 ) mm/s e com a ocorrência de picos de 20 mm/s.
CARTA GRÁFICA DE CONTROLE 2 – Vibração de moinho LM 26.30 D –
Exemplo de operação do processo de moagem com instabilidade
intermitente: dez horas de operação estável com vibração entre ( 2,0 ± 1,0 )
mm/s, seguido de quatorze horas de operação instável, com vibração entre
( 8,0 ± 6,0 ) mm/s e com a ocorrência de picos de 20 mm/s.
Fonte: WebRed – Computador de processo da moagem de carvão pulverizado da
COSIPA. Crédito de: PITZER, Milton J. O., Cubatão SP, 2005.
93
ANEXO 5 – Carta gráfica de controle de vibração de moinho LM 26.30 D Exemplo de operação com alta instabilidade, com vibração entre ( 10 ± 6 ) mm/s.
CARTA GRÁFICA DE CONTROLE 3 – Vibração de moinho LM 26.30 D –
Exemplo de operação do processo de moagem com alta instabilidade: vinte
e quatro horas de operação com vibração entre ( 10 ± 6 ) mm/s e com a
ocorrência de picos de 20 mm/s.
Fonte: WebRed – Computador de processo da moagem de carvão pulverizado da
COSIPA. Crédito de: PITZER, Milton J. O., Cubatão SP, 2005.
94
ANEXO 6 - DEMONSTRAÇÃO DO ÍNDICE DE OCIOSIDADE
DAS MOAGENS DE CARVÃO PULVERIZADO
Neste Anexo 6, demonstraremos como paradoxalmente a alta
ociosidade das moagens eclipsou a perfeita percepção da causa verdadeira,
ou causa fundamental, da limitação de produção com a qualidade desejada
dos moinhos de carvão pulverizado da COSIPA, verificada entre o último
trimestre de 2004 e o primeiro de 2005.
O paradoxo citado no parágrafo anterior é a já mencionada conjuntura
enganosa, em que plantas que têm capacidade de produzir 30 % a mais do
que os 46,6 t/h preconizados no projeto apresentem dificuldade de manter
uma taxa de produção com qualidade 25 % a menos do que este mesmo
valor.
A despeito de qualquer demonstração, mas lembrando do nosso
discurso lógico, a prova da declaração abaixo já foi demonstrada pela
própria produção das plantas, após as paradas de março e de maio de 2005:
P13 = “Os equipamentos de moagem disponíveis são tais que
garantem uma capacidade de produção no mínimo 30% maior do que as
46,6 t/h de carvão pulverizado preconizadas pelo projeto”.
A solução deste paradoxo foi encontrada brilhantemente por
MATTIUZ, Marco A. ao questionar e analisar a ociosidade mensal média das
95
moagens e a taxa de produção média horária em um mês, no período entre
janeiro de 2002 a dezembro de 2005.
Definindo a Ociosidade Mensal Média como o “total de horas em
relação ao tempo calendário do mês em que as plantas permanecem sem
produzir por falta de demanda de carvão pulverizado pelo cliente” e Taxa de
Produção Média Horária em um mês como “a média da taxa efetiva de
produção horária nos intervalos de tempo em que a moagem produz
efetivamente”, MATTIUZ, Marco A. usando os dados de processo mostrados
no Gráfico 7 da próxima página, nos chama a atenção ao fato de que:
1. Em um primeiro período, até maio de 2003, há uma ociosidade de no
mínimo 25 % no índice de funcionamento e de 30 % no regime de
funcionamento, por falta de demanda de carvão pulverizado pelo
cliente.
2. Em um segundo período, após setembro de 2003, mantém-se uma
ociosidade de 20 % no regime de funcionamento, uma vez que a taxa
de produção média horária nunca ultrapassou a 80 % da capacidade
nominal dos moinhos, apesar de que a ociosidade no índice de
funcionamento ter se mantido praticamente em zero 48.
48
É interessante ressaltar que MATTIUZ, Marco A. usou com muita propriedade a média móvel, uma ferramenta matemática capaz de ressaltar a tendência de uma série de dados, apesar de uma aparente dispersão de seus valores absolutos.
96
GRÁFICO 7 – Taxa de produção média horária (t/h) e Ociosidade mensal média
(%) das moagens de carvão pulverizado da COSIPA entre janeiro de 2002 e
dezembro de 2005. Reproduzido sob permissão de MATTIUZ, M.A., ANÁLISE
SISTEMÁTICA DE DO PROCESSO DE PCI ( op. cit. )
Isto significa dizer que a ociosidade, durante a maior parte do tempo,
escondeu o problema da produtividade das plantas e da qualidade do
produto. Os desvios podiam ser contornados artesanalmente, abstendo-se
de ajustar as plantas para operar em modo automático, efetuando-se a
operação em modo manual e adaptando-se a relação das variáveis de
estado de projeto mostradas no Gráfico 3 conforme a necessidade do
momento.
Esta situação perdurou até foi alcançado o limite técnico do
equipamento, a partir de meados do ano de 2004, como foi demonstrado no
Capítulo III.
Taxa de Produção Média Horária ( t/h ) e Ociosidade Mensal Média ( % )
da Moagem de Carvão Pulverizado da COSIPA
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
jan/0
2
abr/0
2ju
l/02
out/02
jan/0
3
abr/0
3ju
l/03
out/03
jan/0
4
abr/0
4ju
l/04
out/04
jan/0
5
abr/0
5ju
l/05
out/05
Ocio
sid
ad
e M
en
sal
Méd
ia (
% )
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Taxa d
e P
rod
ução
Méd
ia H
orá
ria (
t /
h )
Taxa de Produção Média Horária ( t/h ) Ociosidade Mensal Média ( % )
97
ANEXO 7 – Relatório interno COSIPA retratando a situação crítica da mesa
do Moinho 1 com 43,3 % de perda de massa em 05 de janeiro de 2005.
98
ANEXO 7 – Relatório interno COSIPA retratando a situação crítica da mesa
do Moinho 1 com 43,3 % de perda de massa em 05 de janeiro de 2005.
99
ANEXO 7 – Relatório interno COSIPA retratando a situação crítica da mesa
do Moinho 1 com 43,3 % de perda de massa em 05 de janeiro de 2005.
100
ANEXO 7 – Relatório interno COSIPA retratando a situação crítica da mesa
do Moinho 1 com 43,3 % de perda de massa em 05 de janeiro de 2005.
101
ANEXO 7 – Relatório interno COSIPA retratando a situação crítica da mesa
do Moinho 1 com 43,3 % de perda de massa em 05 de janeiro de 2005.
102
ANEXO 8 – Desenho R60C013HEM002 Rev. B indicando a perda de 32 %
da massa da mesa de moagem 2 e a recuperação da sua planicidade in situ,
por soldagem efetuada na parada programada de março de 2005.
103
ANEXO 9 – Fotos ilustrativas das mesas de moagem.
FOTO 3 – Aspecto de mesa de moagem após 0,3 M.t moídas.
Crédito de: PITZER, Milton J. O., Cubatão, 2001.
FOTO 4 – Aspecto de mesa de moagem após 1,3 M.t moídas.
Crédito de: PITZER, Milton J. O., Cubatão, 2005.
104
ANEXO 9 – Fotos ilustrativas das mesas de moagem.
FOTO 5 – Aspecto do perfil de desgaste de mesa de moagem.
Crédito de: PITZER, Milton J. O., Cubatão, 2005.
FOTO 6 – Aspecto da execução de soldagem em mesa de moagem.
Crédito de: PITZER, Milton J. O., Cubatão, 2005.
105
ANEXO 9 – Fotos ilustrativas das mesas de moagem.
FOTO 7 – Aspecto de mesa após aplicação de 333 kg de eletrodo.
Crédito de: PITZER, Milton J. O., Cubatão, 2005.
FOTO 8 – Aspecto de mesa recuperada após 0,3 M.t moídas
Crédito de: PITZER, Milton J. O., Cubatão, 2006.
106
ANEXO 10 – Fotos ilustrativas dos rolos de moagem.
FOTO 9 – Aspecto do desgaste de rolo após 0,3 M.t moídas.
Crédito de: PITZER, Milton J. O., Cubatão, 2005.
FOTO 10 – Aspecto da preparação para soldagem de rolo desgastado.
Crédito de: PITZER, Milton J. O., Cubatão, 2005
107
ANEXO 10 – Fotos ilustrativas dos rolos de moagem.
FOTO 10 – Aspecto da execução da soldagem de rolo.
Crédito de: PITZER, Milton J. O., Cubatão, 2005
FOTO 10 – Aspecto da superfície de rolo após soldagem.
Crédito de: PITZER, Milton J. O., Cubatão, 2005.
108
Originais impressos com impressora HP1120
em papel Xerox Ink Jet High Resolution Paper formato A4
Encadernação UNIART Santos em 2006
