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EGF aumenta em 48% eficiência OEE e 20% da Produção em Cortadeiras de Papel Cartão com Estudos de Engenharia!

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Se na sua empresa existe um problema crônico, que causa enormes perdas de produção, é conhecido e convivido por todos, está presente há mais de 10 anos e ainda não foi resolvido... Calma! Acontece nas melhores empresas e existe solução! Neste artigo você vai saber como foi solucionado um problema crônico que ocasionava um enorme gargalo de produção em uma das maiores fábricas de Papel e Celulose do Estado de São Paulo e que operava com o mesmo problema há quase 15 anos! O resultado do trabalho significou um aumento efetivo de 48% do OEE e um impacto total de 20% a mais na produção dessas máquinas. Saiba como!

RESUMO

Em uma grande empresa de Papel e Celulose no Estado de São Paulo, Setor de Acabamento de Papel Cartão, duas cortadeiras não conseguiam atingir a velocidade nominal de trabalho desde o "Start Up", há cerca de 14 anos. A velocidade linear nominal havia sido projetada para 335 m/min, mas acima de 230 m/min o sistema de corte provocava bordas serrilhadas no perímetro do papel cartão acabado. Era percebida vibração elevada nas regiões de corte longitudinal e transversal, forçando a redução da velocidade para minimizar o problema de qualidade. O fornecedor do equipamento havia instalado um sofisticado sistema eletrônico anti-vibratório, dentro dos cilindros de facas para corte transversal, objetivando gerar uma vibração de intensidade e fase contrária à vibração geral existente, tentando forçar o amortecimento da mesma. Acreditava-se tratar de excitação da frequência natural dos cilindros de facas. Mas essa estratégia não obteve solução satisfatória e as Cortadeiras se tornaram problema gargalos crônicos de produção ao longo dos anos. O problema foi resolvido através de Estudo de Engenharia e Análise de Vibrações, identificando a causa raiz, projetando e instalando amortecedores específicos para o caso, permitindo produzir papel cartão de qualidade e na velocidade nominal

 

​INTRODUÇÃO

Esse tipo de cortadeira é um equipamento de conversão de papel que transforma bobinas em papel cartão, cortado sob diversos formatos, passando por três etapas:

- Desenroladeira;

As bobinas de papel são abastecidas na desenroladeira nos cabeçotes desenroladores, em dispositivos de fixação de tubetes (mandris). Estes cabeçotes possuem sistemas de freio conjugado com a cortadeira, cujo objetivo é manter o tensionamento do papel. Em seguida o papel passa por rolos guia e rolos abridores, e depois pelas barras desencanoadoras, para eliminar a curvatura do papel no final do desbobinamento.

- Cortadeira com sistema de corte longitudinal e transversal;

Em seguida o papel é introduzido no sistema de corte longitudinal, o qual é composto por facas e contra-facas circulares, que efetuam o corte na largura do papel e eliminam o refilo lateral. Logo após, o papel passa pelos rolos puxadores (inferior e superior), também chamado de rolo prensa e cuja função é tracionar o papel, e segue para o sistema de corte transversal. Este sistema é composto de dois cilindros de corte, com facas planas inseridas em ranhuras helicoidais. A função deste sistema é cortar o papel no sentido do comprimento. O sincronismo entre as facas é mecânico, pois os cilindros são engrenados um ao outro, e o sincronismo entre as facas e a velocidade do papel em função do formato é obtido eletronicamente.

- Transporte e empilhamento de folhas.

Finalmente as folhas de papel já cortadas são sobrepostas umas às outras na seção de remontagem e são transportadas até a seção de empilhamento, onde são empilhadas em "palets" e formando fardos com até 5.000 folhas.

 
Potencial de ganho:

- Aumento de 48,0% no OEE de duas cortadeiras;
- Redução significativa da necessidade de envio de produto para corte externo;
- Aumento na vida útil dos facões;
- Redução de Perdas por Corte Irregular;
- Redução de Custos com Facas;
- Redução de Perdas por Variação de Formato/Esquadro;

​ESTRATÉGIA DO ESTUDO DE ENGENHARIA E ANÁLISE DE VIBRAÇÕES

 Partimos de estudos anteriores realizados entre cliente e fornecedor do equipamento, que indicavam a necessidade de troca do sistema de corte transversal, alterando os cilindros de corte, mudando o material original em aço carbono para fibra de carbono.

O cenário local era de forte tendência de classificar o caso como sendo problema de projeto do conjunto eixo-cilindro de corte, sob suspeita de trabalhar dentro de uma região crítica com frequência natural torsional excitada. Esta solução não havia ainda avançado devido ao custo inicial básico elevado, na faixa de um milhão de dólares.

Consideramos que o Sistema de Amortecimento de Vibração DSV (Damping System Vibration) instalado à época pelo fabricante, não obteve sucesso.

 No entanto, conduzimos as análises no sentido de "provar" que o problema era de origem do conjunto eixo-cilindro do sistema de facas para corte do transversal:

• Análise de vibrações em condição de velocidade nominal e velocidades reduzidas.
• Ensaio estático de ressonância, localização de frequências naturais em diversas partes dos principais sistemas, regiões de corte e acionamentos.
• Ensaio dinâmico de ressonância, técnica de elevação e redução da velocidade, através de análise de ordem, tentando localizar as frequências e amplitudes, que pudessem representar passagem por frequência natural e localizar o componente responsável por este efeito.
• Inspeção detalhada das condições de montagem e ajustes mecânicos nos conjuntos e componentes principais.
• Estudo do histórico de ocorrências de manutenção no equipamento. Análise de Falha, Iskikawa, Matriz de Comparação, Árvore de Falha.
• Estudo do histórico de ocorrências e controle operacional no equipamento.

 EXECUÇÃO DOS ESTUDOS, ANÁLISE E SOLUÇÃO DO PROBLEMA

 No entanto, não encontramos evidências que confirmassem as hipóteses sugeridas nos laudos anteriores, de que a causa do problema estivesse localizada no conjunto eixo-cilindro do sistema de facas para corte do transversal.

 Localizamos como fonte principal de vibração, o ponto traseiro de cada motor de acionamento dos cilindros do sistema de facas, principalmente na direção radial vertical, com valores próximos a 7,2 mm/s RMS.

  Conseguimos uma pequena redução de ~4,0% em amplitude de vibração, instalando um apoio improvisado conforme ilustrado na foto acima.

  Conseguimos uma redução significativa em amplitude 35,0% , instalando um dispositivo melhor elaborado, embora provisório, com o objetivo de reduzir o grau de liberdade do motor e aumentar a rigidez do sistema na direção radial vertical.

​SOLUÇÃO DEFINITIVA

 Solução definitiva: Para aumentar a rigidez na fixação dos motores de acionamento do Sistema de Corte Transversal, foram instalados dois suportes e dois elementos de amortecimento. Conseguimos uma redução de 75,0% na amplitude de vibração após a instalação e ajuste do sistema de amortecimento.

Foram realizados testes para verificar a qualidade do corte com o aumento da velocidade e constatado grande melhora.
Velocidade operação anterior: 200 a 230 m/min.
Aumento gradativo da velocidade de operação para: 215; 232; 265 e 330 m/min.
Após estes testes, também foram feitos:
Ajustes no Grupo de Pega (correias após o sistema de facas)
Troca do "encoder" do motor do grupo de pega
Substituição do mancal do rolo prensa
Eliminação de vazamento em engrenagem no acoplamento do motor principal

 Estas modificações e melhorias permitiram um aumento da velocidade para próximo da nominal, sem variação de esquadro e ou serrrilhamento nas bordas da folha.

​CONCLUSÃO E RESULTADOS

 A causa raiz está na excitação de frequência natural do corpo do motor de acionamento do sistema de corte transversal e seus cilindros de facas, notadamente na traseira do motor que fica em balanço, direção radial vertical.

A solução desenvolvida e aplicada com sucesso foi aumentar a rigidez neste ponto, na direção radial vertical, para reduzir o grau de liberdade para amplitude da vibração, além de promover o amortecimento de vibração residual, com instalação de dois amortecedores especiais para o caso.
Aumento nos indicadores de OEE
Elevação da Média de Produção
Redução da Perda por Qualidade de Corte
Eliminação Perda Esquadro/Formato
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