Case Master Black Belt: disponibilidade de soda cáustica numa planta de cloro e soda

Uma planta de cloro e soda produz soda cáustica junto com o cloro, na mesma célula e na mesma proporção. Não dá para fabricar mais soda quando falta. A disponibilidade de soda cáustica para vendas depende de quanto produto se perde no caminho e de quanto a própria planta consome.

Este case acompanha um projeto da Voitto Química que atacou as duas saídas ao mesmo tempo. De um lado, a perda de licor nas eletrólises, com linha de base de 535 t/mês. Do outro, o consumo de soda no abatimento de cloro, com média de 725 t/mês.

O resultado declarado foi um saving de R$ 4,0 milhões por ano na área 325 e de R$ 250 mil por ano na área 225, além de perdas de licor reduzidas a uma fração do patamar inicial. O caminho passou por uma medição refeita, uma capabilidade com nível sigma de 0,49 e uma ANOVA entre turnos.

O relato segue as cinco fases do método DMAIC. Para cada análise, o texto explica como ler o resultado e que decisão ele produziu, incluindo o que a apresentação deixou em aberto.

Procedência: trata-se de um projeto real de aluno da formação Master Black Belt da Voitto, descaracterizado para proteger o cliente. Os números vêm da apresentação original. O que foi acrescentado para explicar, como o contexto do processo e exemplos de cálculo, está identificado como ilustrativo.

Cloro, soda e hidrogênio saindo da mesma célula: o processo por trás do problema

A Voitto Química opera uma planta de cloro e soda. O processo parte de uma salmoura, água com sal dissolvido, que passa por células eletrolíticas. A corrente elétrica separa a molécula de sal e gera três produtos ao mesmo tempo: cloro gasoso, hidrogênio e soda cáustica.

A soda sai da célula diluída, misturada com sal residual. Essa mistura é chamada de licor de célula. Depois ela é concentrada e vira o produto comercial que segue para clientes de papel, alumínio, química e saneamento.

Como os três produtos nascem juntos, a planta não decide produzir mais soda e menos cloro. A quantidade de soda é amarrada à carga das células. Toda tonelada que se perde no caminho é uma tonelada que já custou energia elétrica e sal, e não volta.

Existe ainda o consumo cativo. Parte da soda produzida é usada dentro da própria planta, no abatimento de cloro. É ali que o cloro residual, que não pode ir para a atmosfera, é neutralizado com soda. Cada tonelada usada assim deixa de ser vendida.

A explicação acima é o contexto geral do processo, montado para este artigo a partir da descrição das etapas na apresentação. Os números que aparecem nas próximas seções são os da apresentação original do projeto.

Duas saídas para a mesma soda: perda de licor e consumo no abatimento

O problema foi escrito assim na apresentação: baixa disponibilidade de soda para vendas devido a perdas e consumos cativos, elevando custos operacionais e despesas comerciais. A frase junta duas rotas diferentes pelas quais o produto some antes da expedição.

A primeira é a perda de licor nas eletrólises. Licor vaza de células, escorre para canaletas, chega a poços e à bacia de efluente alcalino. A segunda é o consumo de soda no abatimento de cloro, que cresce quando chega mais cloro residual às torres de lavagem.

O efeito comercial é direto. Com menor disponibilidade de soda cáustica, a área de vendas deixa de atender pedidos ou precisa comprar produto de terceiros para honrar contratos. Daí a menção às despesas comerciais, e não só ao custo de produção.

Um charter com KPI em tonelada e a linha da meta em branco

O objetivo declarado foi aumentar a disponibilidade de soda para vendas reduzindo perdas e consumo cativo. Os dois KPIs foram bem escolhidos: ambos em toneladas por mês, ambos ligados a um ponto físico da planta e ambos somáveis no mesmo saldo de produto.

A linha da meta, porém, ficou registrada como não identificada no projeto. É um achado relevante para quem estuda o case. Sem meta, a equipe não tem critério para dizer quando parar, e a controladoria não tem como comparar o resultado com o esperado.

Um charter completo amarra problema, métrica, meta, escopo, prazo e ganho estimado antes da primeira coleta. Ferramentas de apoio para essa redação aparecem em IA e project charter. Aqui, o ganho só foi quantificado no fim, a partir do que a melhoria entregou.

Isso não invalida o projeto. Mostra, porém, que o resultado financeiro foi lido depois, e não negociado antes. Num programa corporativo, essa ordem costuma gerar discussão na validação do saving.

Quatro pontos de fuga dentro do escopo e tudo o mais do lado de fora

O escopo de entrada listou quatro lugares. Perdas de licor de células nas eletrólises das áreas 220 e 320. Perdas de licor na bacia alcalina. Consumo de soda nos abatimentos das áreas 225 e 325.

O escopo de saída foi curto: outros produtos e reagentes, outras áreas, outros processos. A equipe deixou de fora, por exemplo, a concentração da soda e a expedição, mesmo sabendo que também existem perdas por lá.

A apresentação não traz um SIPOC desenhado. Um mapa de alto nível ajudaria a mostrar que eletrólise e liquefação de cloro são fornecedoras do abatimento. O passo a passo dessa ferramenta está em como fazer um SIPOC. Essa ligação entre etapas reaparece na fase de Melhoria.

Seis frentes de ataque declaradas ainda na Definição

A apresentação traz, ainda na fase de Definição, uma lista de seis frentes de estratégia. Ela funciona como o mapa de causas priorizadas do projeto. Cada frente aponta para um mecanismo físico de perda ou de consumo.

Duas frentes chamam atenção. A primeira e a quarta não reduzem perda nenhuma: são correções de medição. A equipe reconheceu cedo que parte do problema estava no número, e não no processo.

A última frente explica uma ligação pouco óbvia. Na liquefação, o cloro gasoso é resfriado até virar líquido. O que não condensa segue como gás residual para o abatimento. Liquefação mais eficiente significa menos cloro para neutralizar e, portanto, menos soda consumida.

A perda que era declarada, não medida: o salto de 206 para 535 t/mês

O primeiro gráfico da fase de Medição mostra a perda média mensal de licor na eletrólise. Os valores históricos eram 153 t/mês em 2005, 161 em 2006 e 206 de janeiro a novembro de 2007. Em dezembro de 2007, a linha de base saltou para 535 t/mês.

A nota no rodapé do gráfico explica o salto. Antes do plano de teste para medição de perdas, a planta declarava um valor constante por dia. O número histórico era uma convenção contábil, e não uma leitura do processo.

A diferença entre 206 e 535 é de 329 t/mês, um aumento de 159,7%. Nenhum vazamento novo apareceu em dezembro. O que apareceu foi a medição. É o mesmo princípio de uma análise do sistema de medição: antes de atacar o processo, garantir que o número descreve o processo.

A média dos três meses seguintes, 531 t/mês, confirma que 535 não foi um ponto isolado. A perda real era mais que o dobro da que constava nos relatórios.

725 t/mês no abatimento e uma série histórica que começa em 2000

O segundo KPI tem histórico mais longo. O gráfico mostra o consumo de soda no abatimento desde 2000: 2.031 toneladas naquele ano, 1.331 em 2001, depois uma faixa entre 1.098 e 1.260 até 2005, 962 em 2006 e 1.291 em 2007.

Dois marcos aparecem na série. O primeiro é um projeto de substituição do sistema de água gelada, entre 2000 e 2001. O segundo é a substituição dos sistemas de liquefação de cloro, entre 2007 e 2008. Os dois investimentos coincidem com quedas no consumo.

A média do primeiro trimestre de 2008, (792 + 682 + 702) / 3, dá 725,3 t/mês. Foi a linha de base adotada. A escolha faz sentido: depois do segundo investimento, o processo era outro, e misturar 2007 na base inflaria o ganho do projeto.

A leitura da série reforça a hipótese da frente de liquefação. Toda vez que a planta melhorou o frio, o consumo no abatimento caiu.

Capabilidade de um consumo que só tem limite superior: Box-Cox com lambda 0,5

A equipe rodou um estudo de capabilidade do consumo na área 325. Foram 282 registros, com média de 32,055 e limite superior de especificação de 12, na unidade do registro da planta. Não há limite inferior: consumir pouca soda no abatimento não é defeito.

Os dados não seguiam distribuição normal. O consumo é assimétrico, com muitos registros moderados e uma cauda longa de valores altos. Aplicar a fórmula normal direto nesse caso distorce a estimativa da fração fora do limite.

A saída foi a transformação de Box-Cox com lambda 0,5, que equivale a tirar a raiz quadrada de cada valor. O limite de 12 virou 3,4641, a raiz de 12. A média transformada ficou em 5,3459 e os desvios em 1,14834 no curto prazo e 1,86781 no longo prazo.

O raciocínio completo de índices e transformações está em capabilidade do processo. O ponto aqui é que a transformação não muda o processo. Ela só coloca os dados numa escala onde a curva normal descreve bem o comportamento.

Nível sigma 0,49 e 84% dos registros acima do limite: como ler o relatório

O relatório traz dois blocos. O primeiro, de capabilidade potencial, usa a variação de curto prazo. O segundo, de capabilidade global, usa toda a variação do período. Os dois contam histórias parecidas, com intensidades diferentes.

A conta confere: (3,4641 - 5,3459) / 1,86781 dá -1,0075, e dividido por três dá Ppk de -0,336. Com o desvio de curto prazo, o Cpk sai em -0,546. A curva normal com Z de -1,0075 deixa 84,3% acima do limite.

Índice negativo quer dizer que a média do processo está do lado errado do limite. Não se trata de um processo largo demais. Ele está centrado num patamar que a planta considera inaceitável. O nível sigma de 0,49 segue a convenção explicada em nível sigma.

Três turnos e uma pergunta: a ANOVA do consumo na área 225

Na fase de Análise, a pergunta foi se o consumo de soda no abatimento da área 225 dependia do turno. A planta opera em três turnos: das 7h às 15h, das 15h às 23h e das 23h às 7h. Se o turno pesa, a causa está em prática operacional, e não só em equipamento.

A ferramenta escolhida foi a ANOVA de um fator, que compara as médias de mais de dois grupos ao mesmo tempo. Em paralelo, a equipe rodou um teste de igualdade de variâncias, porque um turno pode ter a mesma média e operar de forma muito mais instável.

A tabela da ANOVA mostra soma de quadrados de 2.039 entre turnos e 166.508 dentro dos turnos, com 2 e 809 graus de liberdade. O quadrado médio entre turnos é 1.020 e o residual, 206. A razão F é 1.020 / 206 = 4,95, com valor-p de 0,007.

No teste de variâncias, Bartlett deu valor-p de 0,000 e Levene, 0,010. Média e variância diferem entre turnos. A lógica de leitura do valor-p está em teste de hipótese.

F de 4,95 com R² de 1,21%: diferença real, peso pequeno

O valor-p de 0,007 diz que a diferença entre turnos dificilmente é acaso. O R² de 1,21%, porém, diz que o turno explica pouco da variação total. A conta é 2.039 / 168.547. Os outros 98,8% vêm de dentro de cada turno.

Os dois números juntos produzem uma decisão precisa. O turno merece atenção, mas não é a causa principal. Trocar escala ou treinar só uma equipe não resolveria o consumo. O problema maior é a instabilidade que existe em todos os turnos.

O turno da madrugada teve a menor média, 5,92, e o menor desvio, 12,41. A diferença para o turno das 15h às 23h é de 3,69, ou 38,4% abaixo. O desvio da manhã, 15,71, é 1,27 vez o da madrugada.

Essa estratificação sugere uma leitura útil. A madrugada tem menos intervenções, menos manobras e carga mais estável. A prática da madrugada passou a servir de referência, e o acompanhamento turno a turno entrou no plano de controle.

Vazamento eliminado e licor recuperado: as distribuições da eletrólise 220

Na frente de perda de licor, as ações foram eliminar vazamentos nas células e recuperar a soda do poço de licor. O poço recebe drenagens com concentração abaixo de 50 g/l de NaOH, que antes seguiam como efluente para a bacia alcalina.

O resultado foi mostrado com curvas de densidade por trimestre. Cada curva representa a distribuição dos registros de perda daquele período. Curva mais alta e mais estreita significa perda menor e mais previsível.

A média caiu de 1,606 para 0,2245 t, redução de 86,0%. O desvio caiu 90,4%. A apresentação resume como redução de 1,6 t para 0,2 t/mês. A queda foi contínua trimestre a trimestre, sinal de ações que se somaram.

Vale um cuidado de leitura. A linha de base de 535 t/mês soma toda a eletrólise, e as médias acima são por registro. A apresentação não reconcilia as duas bases, e quem for replicar o case deve fazer essa ponte de forma explícita.

Por que a eletrólise 320 piorou antes de melhorar

A área 320 teve trajetória diferente. A média de 2007 era 1,552 t. No primeiro trimestre de 2008 subiu para 1,811 t e, no segundo, para 2,111 t. Só no terceiro trimestre caiu para 0,4754 t, com desvio de 0,2093 t.

A redução entre 2007 e o terceiro trimestre foi de 69,4% na média e de 77,2% no desvio. A apresentação arredonda para 1,5 t e 0,4 t/mês, o que dá 73,3%.

A alta dos dois primeiros trimestres não está explicada na fonte. Uma hipótese compatível com a nota da fase de Medição é que a nova rotina de medição passou a registrar perdas que antes não apareciam. Essa leitura é uma interpretação deste artigo.

A lição prática vale para qualquer projeto. Quando se melhora a medição e o processo ao mesmo tempo, o indicador pode subir antes de cair. Quem avalia o projeto pelo primeiro trimestre conclui o oposto do que aconteceu.

Selos de cloro e placa de vazão: a carta X barra S da área 325

No abatimento da área 325, as frentes foram normalizar o dimensional dos selos de cloro e corrigir o cálculo da placa de vazão. Selo com dimensão fora do padrão deixa passar cloro para o sistema de abatimento, e cada fuga consome soda.

O resultado foi mostrado numa carta de controle X barra S de janeiro a setembro de 2008, dividida em antes e depois. Essa carta acompanha a média e o desvio de cada subgrupo, e mostra se a mudança deslocou o processo de forma sustentada.

No trecho anterior, a linha central fica perto de 32, coerente com a média de 32,055 do estudo de capabilidade. Os pontos oscilavam entre perto de 0 e perto de 80. Depois da mudança, a linha central caiu para 10,3, com limite superior de 30,2 e limite inferior calculado de -9,6.

A queda da linha central de 32,055 para 10,3 equivale a 67,9%. A distância entre linha central e limites, 19,9 para cada lado, mostra uma faixa bem mais estreita que a do período anterior.

A carta também mostra dois surtos depois da mudança, em maio e em setembro, com pontos acima de 30,2. O processo melhorou de patamar, mas ainda tem causas especiais. O ganho registrado nesta área foi um saving de R$ 4,0 milhões por ano.

Dois graus e trinta e três décimos a menos no liquefator: o ganho da área 225

Na área 225, a equipe atacou a liquefação de cloro. Revisou as vazões de sucção e descarga, otimizou o set point de nível dos liquefatores e passou a controlar a temperatura de sub resfriamento do fluido refrigerante.

O indicador escolhido foi a temperatura de saída de cloro do liquefator terciário. Quanto mais frio o cloro sai, mais ele condensa, e menos gás residual chega ao abatimento.

A média caiu 2,33 °C e o desvio ficou praticamente igual. É uma mudança de posição, e não de dispersão. Com mais de 53 mil leituras, uma diferença dessa ordem é estatisticamente sólida, e ela tem um mecanismo físico que a explica.

O ganho registrado foi de 220 t/ano de soda a menos no abatimento, equivalente a R$ 250 mil por ano. Como exemplo ilustrativo, montado para este artigo, isso implica um valor de cerca de R$ 1.136 por tonelada de soda.

Historiador de processo, planilha turno a turno e gestão diária de alarmes

A fase de Controle teve três entregas. A primeira foi implantar o modelo do sistema de liquefação no historiador de processo da planta, o sistema que guarda as leituras dos instrumentos em tempo real. A operação passou a ver as variáveis da liquefação on-line.

A segunda foi uma planilha sistematizada de avaliação dos principais indicadores de desempenho, com acompanhamento turno a turno. Ela reúne dados de campo, análises de laboratório e dados do painel de controle num índice de desempenho por turno.

A terceira foi uma planilha de acompanhamento diário de gestão de alarmes. Ela conta os alarmes por hora e por turno e lista os mais frequentes. Alarme que dispara o tempo todo deixa de ser ouvido, e o desvio passa despercebido.

Cada mecanismo responde a um achado das fases anteriores. É a lógica de um plano de controle: medir o que sustenta o ganho e definir quem reage quando o indicador sai da faixa.

Placar do projeto: licor, consumo cativo e R$ 4,25 milhões por ano

O resumo de resultados junta as duas frentes. O ganho financeiro declarado soma R$ 4,0 milhões da área 325 e R$ 250 mil da área 225, total de R$ 4,25 milhões por ano.

Os percentuais das perdas de licor usam os números arredondados da própria apresentação. Pelas médias exatas dos gráficos, as reduções são de 86,0% e 69,4%.

Soda que se perde ou se consome sem necessidade é um caso típico de custo da má qualidade. A apresentação não detalha como o saving de R$ 4,0 milhões foi calculado. O roteiro para essa conta está em como calcular o retorno financeiro de um projeto Seis Sigma.

Como exercício ilustrativo, se o valor implícito de R$ 1.136 por tonelada da área 225 valesse também para a 325, o saving equivaleria a cerca de 3.520 t/ano. A fonte não traz esse número.

O que este case ensina a quem conduz um Master Black Belt em planta contínua

1. Medir a perda antes de reduzir a perda. O salto de 206 para 535 t/mês mostra que o histórico declarado escondia mais da metade do problema.
2. Ligar etapas que o organograma separa. O maior ganho do abatimento veio da liquefação, área que fornece o gás residual.
3. Ler valor-p e R² juntos. A ANOVA dos turnos deu diferença significativa com 1,21% de explicação, o que direciona sem exagerar.
4. Esperar o indicador piorar quando a medição melhora. A eletrólise 320 subiu dois trimestres antes de cair 69,4%.
5. Escrever a meta no charter. A meta em branco obrigou a ler o ganho só no fim.
6. Fechar cada ganho com um mecanismo de controle que alguém olha todo dia.

Um projeto Seis Sigma em indústria de processo contínuo raramente tem uma causa única. Este teve seis frentes, duas delas de medição, e o ganho veio da soma. O papel do Master Black Belt foi coordenar essas frentes sem perder a régua comum: a disponibilidade de soda cáustica para venda, em toneladas.