BIBLIOTECA VORTEX CONSULTORIA ARTIGO TÉCNICO

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1 ARTIGO: A Metodologia PDCA para redução de custos em Sistemas de Despoeiramento PALAVRAS-CHAVES: PDCA, Sustentabilidade, Sistemas de Despoeiramento, Filtro de Mangas, Emissões Atmosféricas. REFERÊNCIA: Artigo baseado na Palestra do mesmo autor ministrada no SENGE / RS pela Associação dos Profissionais de Engenharia Química em 05/05/2010. SOBRE O AUTOR: Eng. Químico Tito de Almeida Pacheco Formado em Engenharia Química pela UFRGS, MBA em Gerenciamento de Projetos pela FGV, especialista em sistemas de controle de poluição atmosférica, tendo atuado na solução de problemas crônicos em inúmeros sistemas de despoeiramento. Com tecnologia 100% brasileira, desenvolveu o primeiro Simulador de Filtração Industrial (PROTEUS), bem como, a metodologia de Avaliação Dinâmica de Processos, utilizada com sucesso ao longo dos últimos 15 anos na Reengenharia de Sistemas de Despoeiramento falhos ou na otimização de Sistemas ainda em fase de Projeto. Atualmente atua como Diretor na Vortex Consultoria Industrial Ltda. e na Gaia Equipamentos Industriais Ltda. EPP. titoap@vortexindustrial.com.br Skype: titoap Fone: +55 (51) Vortex Consultoria Industrial Ltda. / Porto Alegre RS Brasil OUTROS ARTIGOS TÉCNICOS DO MESMO AUTOR: 10. Implicação no Projeto de Filtros de Mangas da vazão real de válvulas diafragma 9. Controle das Emissões Atmosféricas da Combustão de Biomassa 8. Diagnose de Filtros de Mangas 7. Controle Avançado de Filtros de Mangas 6. A História do Controle da Poluição Atmosférica 5. Controle da emissão de SO 2 por lavagem seca em filtros de mangas 4. Aspectos Químicos da retenção de particulados 3. Projeto de Filtros de Mangas auxiliado por computador 2. Como fazer uma avaliação de Sistemas de Despoeiramento 1. "Como obter o rendimento máximo dos filtros de mangas" Vortex Consultoria Industrial Ltda. Pág.1 de 12

2 A Metodologia PDCA para redução de custos em Sistemas de Despoeiramento Pelo Engenheiro Químico Tito de Almeida Pacheco / Vortex Consultoria Industrial Ltda. A aplicação do método PDCA em Sistemas de Gestão Corporativos tem se demonstrado uma poderosa técnica, pois ela inspira a percepção e o foco na melhoria contínua de processos, através de repetidos ciclos PDCA. Contudo, no ambiente tecnológico sua aplicação não é trivial e nem imediata, pois demanda diversas ferramentas para cada uma das 4 etapas do PDCA. Como sempre, somente o uso cotidiano destas ferramentas permitirá seu domínio de aplicação. O presente artigo aborda justamente a aplicação das ferramentas para implementação da metodologia PDCA em Sistemas de Despoeiramento, obtendo com isso, sensível redução de custos na aquisição, manutenção e operação destes Sistemas. Entretanto, antes de aprofundar na solução que o Método PDCA proporciona é preciso conhecer como medir a performance de um Sistema de Despoeiramento e quais suas causas de falha tradicionais. COMO MEDIR A PERFORMANCE DE UM SISTEMA DE DESPOEIRAMENTO Seja um sistema de despoeiramento constituído por Filtros de Mangas, Ciclones, Lavadores de Gases ou Precipitadores Eletrostáticos, todos apresentam a mesma forma de avaliação de performance. Sendo esperado dos mesmos, no mínimo, a performance listada a seguir: Emissões abaixo do Limite da Legislação Ambiental (expresso em mg/nm 3 ou Volume%); Perda de Carga ( P) dentro da faixa de 10% daquela de Projeto (expresso em mmca); Descarga contínua de particulado, sem acúmulos ou travamentos; Pressão sempre negativa em todas as coifas, ou seja, jamais pode escapar poeira delas; Atendimento aos critérios acima por 24 meses sem necessidade de reposição de peças. Vortex Consultoria Industrial Ltda. Pág.2 de 12

3 Limites de emissão de particulado Limites de emissão média de particulado usualmente adotados pela FEPAM RS. adotados pela pelas Agências Ambientais no Brasil. Processo Fabril Emissão, mg/nm 3 Processo Fabril Emissão, mg/nm 3 Pó de grãos 70 Madeira, Couro, Papel 100 a 150 Fundições 50 Secadores, Têxtil, Borracha 50 a 100 Chumbo, Bateria 5 a 10 Metalúrgica, Cerâmica, alumínio, Cimento, Siderúrgica, 20 a 50 Processos de combustão Queima Biomassa 70 Chumbo, Bateria 1 a 10 Termoelétrica 50 Defensivos, Química Fina < 1 Fig.1: limites usuais aplicados pelas Agências Ambientais por processo gerador de poluição. Medidor de Particulado (mg/nm 3 ) Medidor de Perda de Carga (mmca) Fig.2: parâmetros de performance de um sistema de despoeiramento. Vortex Consultoria Industrial Ltda. Pág.3 de 12

4 P(mmCA) P PROJETO PROJETO = Entupimento Alarme Faixa Faixa de Operação Ideal 5 a 15 Tempo (minutos) Fig.3: variação da Perda de Carga ( P) do filtro de mangas ao longo do tempo. Na Fig.3 foi exemplificada a perda de carga de projeto de um filtro de mangas como 150mmCA, no entanto, cada Fabricante define o valor que melhor se aplicar ao sistema projetado. Contudo, devido a requisitos intrínsecos, é sempre recomendável que este valor seja superior a 60mmCA para permitir a formação de uma boa pré-capa de filtração com o próprio particulado filtrado e inferior a 185mmCA para evitar entupimento irreversível das mangas. Para os demais tipos de sistema de despoeiramento é igualmente importante manter a perda de carga de operação dentro de uma faixa restrita em torno da perda de carga de projeto para garantir a performance desejada. MODOS DE FALHA DE UM SISTEMA DE DESPOEIRAMENTO Existem 4 modos de falhas de um sistema de despoeiramento. Na Fig.4, está representado que muitas falhas de operação, na verdade, são provenientes de falhas de manutenção. Assim como, muitas falhas de manutenção ocorrem devido à má especificação de componentes e, por fim, muitas falhas de especificação de componentes se devem a falhas no projeto como um todo. Obviamente, não se está dizendo que todas as falhas são de projeto, mas que, quando nenhuma ação em termos de Operação resolve, o problema certamente está em algum dos modos de falha acima e assim por diante. Vortex Consultoria Industrial Ltda. Pág.4 de 12

5 Fig.4: Relação entre os modos de falhas de sistemas de despoeiramento. Por outro lado, ao longo da prestação de serviços de consultoria em mais de 3000 sistemas de despoeiramento cronicamente problemáticos dos processos das indústrias cimenteira, alumínio, siderúrgico, fundições, químico, entre outros, de fato, foi verificado que a maioria dos problemas em sistemas de despoeiramento se deve a falhas de projeto. FALHAS DE PROJETO DE SISTEMAS DE DESPOEIRAMENTO Fig.5: mapa mental das causas de falha de Projetos de Sistemas de Despoeiramento. Vortex Consultoria Industrial Ltda. Pág.5 de 12

6 É muito simples identificar as diferentes falhas de projeto. Quando ocorre falha de PROJETO DETALHADO, uma reforma com custo de até 15% do valor do equipamento pode resolver. Quando há falha de PROJETO BÁSICO, estamos falando de falha de dimensionamento do equipamento, cujo custo da solução pode estar em torno de 50% de seu custo original. Mas quando a falha é no PROJETO CONCEITUAL, significa que a tecnologia foi mal aplicada, ou seja, a solução é retirar o equipamento existente e comprar outro equipamento com a tecnologia apropriada. Neste caso, o custo da solução é de 100% do valor do equipamento de despoeiramento adquirido. Daí advém a importância do Projeto Conceitual, o qual, por incrível que pareça, não demanda cálculos, nem equações matemáticas, sendo baseado unicamente no conhecimento de Engenharia de Processos! Após análise de milhares de sistemas de despoeiramento foi possível concluir dois aspectos primordiais na geração da falha de projetos de despoeiramento: a cultura atual brasileira e o desconhecimento de causa. a) A Cultura atual brasileira a lógica por detrás da falha dos sistemas de despoeiramento CAUSA: Este aspecto influi no começo de tudo: o orçamento do Sistema de Despoeiramento. Quando uma Indústria (Cliente) por intermédio de seu comprador ou engenharia solicita cotação de um sistema de despoeiramento, ela espera que o Fabricante descubra quais são os requisitos de seu processo para o projeto do equipamento. Contudo, raramente ela investe em medições dos gases, particulados, estudos de caracterização de efluentes e num Projeto Básico para informar aos fabricantes as características de seu processo poluidor ou amarrar sua performance com uma Carta- Consulta Técnica. CONSEQUÊNCIA 1: O fabricante orça o equipamento com base em sua experiência de casos similares, pois ele não tem garantia de fechamento de negócio que justifique seu investimento em obtenção das informações mínimas ao projeto. Sua lista de materiais e projeto preliminares pode ter erros superiores à ±25% devido ao desconhecimento em questão. Nestas condições, é praticamente uma loteria acertar um projeto que atenda todas as variações que o processo gerador de poluição terá ao longo do tempo, por isso é tão comum erros de Projeto Básico. CONSEQUÊNCIA 2: Se ele orçar caro, perderá competitividade, por isso, é comum orçar para menos. Devido à imprecisão do orçamento, ao fechar o negócio, seguidamente é necessário fazer economias que afetam a qualidade do produto, gerando erros de Projeto Detalhado devido a imprudência original do Usuário, Cliente destes equipamentos. b) Desconhecimento de causa a lógica por detrás da falha dos sistemas de despoeiramento CAUSA-CONSEQUÊNCIA 1: seguidamente, filtros de mangas, lavadores ou precipitadores são aplicados em condições de gases efluentes impossíveis ao seu bom funcionamento, gerando erros de Projeto Conceitual. Nestes casos, salvo a Vortex Consultoria, ninguém costuma abordar a necessidade de Pré-tratamento de gases efluentes para compatibilizá-los com os requisitos físicos ou químicos do sistema de despoeiramento. Vortex Consultoria Industrial Ltda. Pág.6 de 12

7 CAUSA-CONSEQUÊNCIA 2: noutras vezes, mesmo que o Cliente forneça informações detalhadas sobre seu processo gerador de particulado, o Fabricante não domina a física da relação entre variáveis de projeto e variáveis de processo. Por exemplo, ele não conhece a relação matemática da granulometria e densidade do particulado, no volume de ar comprimido de limpeza, especificação das mangas, tamanho do equipamento, relação ar-pano num filtro de mangas. Ou não sabe calcular a emissão de pó devido ao curto-circuito de ciclones quando submetidos a vazões superiores ao limite de salto. A imperícia nestes e em outros critérios de engenharia certamente levariam a falha de Projeto Básico. QUANTO CUSTA UM SISTEMA DE DESPOEIRAMENTO FALHO? Como conseqüência geral da falha de sistemas de despoeiramento, temos chaminés emitindo fumaça, ambientes de chão-de-fábrica saturados de poeiras ou gases insalubres, além de uma eterna disputa de razão entre Fabricantes de Equipamentos e Usuários clientes destes equipamentos, onde um culpa a falha de operação / manutenção e o outro culpa a falha de projeto / instalação! Para piorar a situação, aparecem as multas impetradas pelo Ministério Público ou Agência de Meio Ambiente em função da poluição gerada ao meio ambiente. Pior do que tudo isso, o maior custo de todos é o proveniente da diminuição da capacidade produtiva devido à falha do sistema de despoeiramento nos casos em que ele é gargalo deste processo. Em indústrias de médio e grande porte, o valor semanal do prejuízo fabril pode exceder o valor de todo o sistema de despoeiramento! APLICAÇÃO DO MÉTODO PDCA PARA NOVOS SISTEMAS DE DESPOEIRAMENTO Essencialmente, na Metodologia PDCA o Planejamento ANTECEDE a Aquisição de Equipamentos ou Obras de Reengenharia e não o inverso, como é comum na Indústria Brasileira. Ferramenta MÉTODO PDCA Plan (Planejar) Do (Executar) Check (Verificar) Amostragens de Gases Análises Laboratoriais Estudos de Consultoria Act (Corrigir) Projetos Plantas Industriais Avaliações em campo Cursos corporativos Fig.6: Ferramentas desenvolvidas pela Vortex Consultoria Industrial para aplicação do Método PDCA em Sistemas de Despoeiramento. Vortex Consultoria Industrial Ltda. Pág.7 de 12

8 PLANEJAR - Para poder ser orçado e fornecido algum equipamento de controle de poluição, antes de mais nada é necessário realizar medições dos gases e do particulado na fonte poluidora. Se não há sistema de ventilação para canalização destes poluentes, então o primeiro passo é instalar um sistema de ventilação com a devida plataforma na chaminé para viabilizar estas medições. Com elas, são obtidas as informações técnicas necessárias para realização de um Estudo dos Poluentes. Este estudo visa verificar se as condições destes gases permitem a utilização de sistemas de despoeiramento diretamente e, em caso de impossibilidade, deve ser dimensionada e instalada a Planta Vortex de Pré-tratamento de Gases e Particulados efluentes. Além disso, através da Metodologia Vortex de Avaliação Dinâmica de Processos, o sistema gerador de particulado é reproduzido no Simulador Proteus, permitindo a determinação das variações dos gases e particulados efluentes em função de todas as variações possíveis dos processos fabris geradores de poluição. Desta forma, sendo conhecidos os valores mínimos e máximos dos parâmetros dos gases e particulados poluentes, é viável a realização de um projeto virtualmente à prova de falhas, com o devido conhecimento de causa, obviamente. Por fim, somente após o Projeto Detalhado é que é possível definir a lista de materiais e então, a partir dela, orçar um equipamento com margem de erro no custo menor que ±5%. Esta fase de planejamento seguidamente proporciona um conhecimento mais profundo do Cliente em relação ao seu próprio Processo Fabril, muitas vezes alertando-o para melhorias no mesmo que visem a diminuição dos poluentes ou instalação de Plantas Vortex de recuperação de calor, gás carbônico, águas evaporadas ou beneficiamento dos resíduos coletados para torná-los insumos para outras Indústrias. Com estas Plantas Vortex para Sustentabilidade Ecológica de Processos Industriais o sistema de despoeiramento deixa de ser um custo a mais, mas passa a ser uma FONTE FINANCEIRA DE RECURSOS. EXECUTAR Depois do devido planejamento, é possível fornecer aos Fabricantes uma cartaconsulta com um projeto básico ou detalhado amarrando a performance técnica. Com isso, não haverá exagerada discrepância em termos de preços e tecnologias nas propostas recebidas e só poderão concorrer realmente aqueles Fabricantes que tem condições técnicas compatíveis entre si. O PREÇO DE AQUISIÇÃO do Sistema de Despoeiramento tende a ser menor do que seria sem o investimento no Planejamento, pois seu dimensionamento será enxuto às necessidades específicas do Processo Poluidor a que ele se destina. Vortex Consultoria Industrial Ltda. Pág.8 de 12

9 VERIFICAR Mais do que fornecer um Projeto Básico e Carta-Consulta, é necessário que a Empresa de Projetos audite a fabricação, instalação e supervisione a partida do Sistema de Despoeiramento independentemente de quem tenha vencido a concorrência. Sem isso e nos casos de falha, perpetuará a eterna disputa de razão entre a empresa Projetista e a empresa Fabricante, caso em que, o Usuário Cliente aguarda indefinidamente um consenso das empresas contratadas enquanto seu equipamento permanece falho! Para complementar, novas medições de gases e particulados após o novo sistema de despoeiramento entrar em regime podem comprovar a eficiência do sistema adquirido. Em geral, o tempo para o sistema entrar em regime pleno de performance é de um mês após sua partida. Todos os Projetos Vortex possuem estes serviços agregados de auditorias, supervisões e medições como parte integrante do COMISSIONAMENTO. Graças a isso, falhas na partida do equipamento são coibidas ou corrigidas antes que elas danifiquem suas peças ou subsistemas e acarretem paradas precoces do processo fabril para realização de manutenção corretiva no sistema de despoeiramento. Assim sendo, o CUSTO DE MANUTENÇÃO no primeiro ano de operação do equipamento é reduzido consideravelmente. CORRIGIR OK, o equipamento é de alta performance, foi fabricado e instalado corretamente e sua partida foi um sucesso. Mas depois de 6 meses é necessário trocar peças (por exemplo: mangas filtrantes) porque foi negligenciada a importância da correção de pequenos desvios na operação e/ou manutenção. Daí advém o conhecimento prático de que a manutenção preventiva e a operação atenta a todas as variáveis realmente influentes no controle e monitoramento do sistema de despoeiramento são suficientes para resolver as falhas enquanto elas são pequenas e fáceis de resolver. A Vortex oferece o Serviço de Operação Assistida no período de entrada em regime e o Serviço de Assistência Técnica Programada com visitas mensais para auditoria da operação, manutenção e treinamento dos envolvidos nestas atividades. Com isso, depois de um ano, a cultura específica de operação e manutenção adequadas ao despoeiramento já fará parte do cabedal técnico do corpo de funcionários da Indústria usuária destes equipamentos, reduzindo sensivelmente os CUSTOS DE MANUTENÇÃO E OPERAÇÃO do primeiro ano de operação em diante. Vortex Consultoria Industrial Ltda. Pág.9 de 12

10 COMO APLICAR O MÉTODO PDCA EM SISTEMAS DE DESPOEIRAMENTO JÁ EXISTENTES PLANEJAR Se o Sistema está ainda sob a Garantia do Fabricante e está apresentando falhas, se faz necessário o Serviço Vortex de Auditoria e Perícia de Sistemas de Despoeiramento. Seu resultado é um Relatório com o Plano de Ação, ao estilo 5W1H, para correção das nãoconformidades, estejam elas no Projeto, Especificação de componentes, Operação ou Manutenção. Portanto, sua implementação demanda uma boa negociação entre o Usuário e Fabricante do Sistema intermediado tecnicamente pela Vortex Consultoria Industrial. Se já expirou a Garantia do Fabricante do Sistema de Despoeiramento, se faz necessário contratar o Serviço Vortex de Reengenharia e Modernização de Sistemas de Despoeiramento. Seu resultado é um Relatório com o Plano de Ação, ao estilo 5W1H, para correção das nãoconformidades, estejam elas no Projeto, Especificação de componentes, Operação ou Manutenção. Contudo, devido a o equipamento estar mais desgastado e devido a maior liberdade de otimizações, esta investigação é mais profunda do que no caso do equipamento estar em garantia. EXECUTAR em qualquer caso, a solução somente virá após a implementação física do planejamento realizado. Este é o custo, seja para o Usuário, seja para o Fabricante de não ter iniciado o processo pela Metodologia PDCA desde o início. A vantagem é que, uma vez inserido no CICLO PDCA, a economia financeira resultante ao longo do tempo devido as boas práticas em manutenção e operação serão em cascata. VERIFICAR é comum se afirmar que somente é possível mensurar o resultado de qualquer investimento em melhorias se os mesmos parâmetros foram medidos ANTES e DEPOIS de sua execução. Como são obrigatórias as medições dos gases e particulados efluentes ANTES das melhorias na Etapa de Planejamento, resta tão somente repeti-las APÓS a Etapa de Execução. CORRIGIR Valem aqui, idênticas considerações já realizadas para a etapa Corrigir de novos Sistemas de Despoeiramento. Vortex Consultoria Industrial Ltda. Pág.10 de 12

11 MAIS CONHECIMENTO SOBRE FILTROS DE MANGAS EXEMPLIFICAÇÃO DO PDCA Para exemplificar os conceitos até então apresentados, são citadas as variáveis de influência no projeto de um filtro de mangas, as quais devem ser muito bem avaliadas na Etapa de Planejamento, vide Fig.7. Usual Alta performance Variáveis para projeto de Filtros de Mangas Densidade Absoluta, Emissão < 50 mg/nm3 5 mg/nm3 Partículas Densidade Aparente, Granulometria, composição química, formato. Perda de carga < 170mmCA Vazão, temperatura, 130 a 150 Gás composição química, mmca concentração de partículas. Partículas* > 30 m > 1 m Processo Faixa de variação das variáveis acima com o tempo em função do processo de geração de pó. Fig.7: Distinção entre um filtro de mangas usual e outro de alta performance e listagem das variáveis de interesse no seu projeto. Alteração Aumento da Relação Ar- Pano Falta de Limpeza Excesso de Limpeza Redução da permeabilidade ou porosidade das mangas Aumento da concentração de pó Diminuição da granulometria das partículas Aumento da Temperatura gasosa Aumento da Velocidade Ascendente Perda de carga, exponencialmente!, pois aumenta a concentração média de pó nas mangas., na medida em que o pó atravessa a manga., pois aumenta a resistência à passagem do ar., pois aumenta a concentração média de pó nas mangas., pois aumenta a concentração média de pó nas mangas., pois aumenta a viscosidade gasosa., pois diminui a taxa de decantação das partículas finas., pois o pó tende a atravessar a manga pelo excesso de perda de carga., pois aumenta a pré-capa de filtração., pois quebra a pré-capa de limpeza, levando o pó a atravessar a manga., pois substitui parcialmente a pré-capa de filtração., pois aumenta a pré-capa de filtração., pois o pó tende a atravessar a manga pelo excesso de perda de carga., desde que as partículas se aglomerem na superfície das mangas, senão diminui. Fig.8: Correlação entre algumas variáveis de projeto e processo e sua influência na performance de filtros de mangas. Vortex Consultoria Industrial Ltda. Pág.11 de Eficiência de retenção

12 O devido conhecimento de causa, ou seja, o conhecimento das equações matemáticas que relacionam as variáveis de processo e projeto com os resultados de sua performance é exemplificado na Fig.8, onde são apresentadas somente as relações qualitativas para facilidade de entendimento. Por fim, a prova cabal de que é jogar dinheiro fora comprar um Sistema de Despoeiramento de Alta Performance (cujo preço é de 5 a 10 vezes o preço de um Sistema Usual de despoeiramento para o processo gerador de particulado) se não há cultura de manutenção e operação compatível com o mesmo, vide Fig.9. Emissão Eficiência de filtração Concentração de pó na entrada do filtro 1000 mg / Nm 3 Filtro de mangas de Alta Performance 5 mg / Nm 3 99,5% Evento falha de vedação da manga +10 a 25 mg / Nm 3 98,5 a 96,5% Evento furo em alguma manga +15 a 50 mg / Nm 3 98 a 94,5% Evento manga caída na tremonha +30 a 80 mg / Nm 3 96,5 a 91,5% Evento muitas mangas caídas +100 mg / Nm 3 < 89,5% Concentração de pó na entrada do filtro 1000 mg / Nm 3 Filtro de mangas de Performance Usual 50 mg / Nm 3 94,5% Evento falha de vedação da manga +10 a 25 mg / Nm 3 94 a 92,5% Evento furo em alguma manga +15 a 50 mg / Nm 3 93,5 a 89,5% Evento manga caída na tremonha +30 a 80 mg / Nm 3 96,5 a 87% Evento muitas mangas caídas +100 mg / Nm 3 < 85% Fig.9: Emissão de particulado adicional devido a falhas de partida ou manutenção do filtro.. Nesta figura, é possível observar os valores típicos de emissão adicional àquela nominal do equipamento devido a falhas de vedações na partida de jogos de mangas novas ou devido a falhas de manutenção preventiva. CONCLUSÕES Ao final deste artigo, verificam-se diferentes ferramentas para adoção da Metodologia PDCA para um novo Sistema de Despoeiramento em relação a um já existente. Além disso, foi demonstrado que a inclusão no Ciclo PDCA após o equipamento ter sido adquirido, sempre terá um custo maior do que a aplicação do PDCA antes de sua aquisição. Por fim, é possível visualizar uma alternativa para correção rápida e eficaz ou coibição de falhas de Sistemas de Despoeiramento, atendendo assim, ao anseio da Sociedade por ambientes de trabalho salubres e atividade industrial sustentável ecologicamente. Vortex Consultoria Industrial Ltda. Pág.12 de 12

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