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UNICESUMAR - CENTRO UNIVERSITÁRIO DE MARINGÁ
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS TECNOLÓGICAS E AGRÁRIAS
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO
ESTUDO DA VIABILIZAÇÃO DO REUSO AUTOMATIZADO DE SABÃO INDUSTRIAL EM ESTEIRAS DE FÁBRICAS DE ÓLEOS VEGETAIS
BLENDA RODRIGUES FIDELIS BELTRAME Acadêmico do Curso de Engenharia de Controle e Automação do Centro Universitário Cesumar – UNICESUMAR, Maringá. blendafidelis@hotmail.com	
MARINGÁ
2019
Blenda Rodrigues Fidelis Beltrame
ESTUDO DA VIABILIZAÇÃO DO REUSO AUTOMATIZADO DE SABÃO INDUSTRIAL EM ESTEIRAS DE FABRICAS DE ÓLEOS VEGETAIS
Artigo apresentado ao Curso de Graduação em Engenharia de Controle e Automação da Unicesumar – Centro Universitário de Maringá como requisito parcial para a obtenção do título de Bacharel em Engenharia de Controle e Automação, sob a orientação do Prof. Dr. Thiago Marques de Andrade
MARINGA
2019
FOLHA DE APROVAÇÃO 
BLENDA RODRIGUES FIDELIS BELTRAME
ESTUDO DA VIABILIZAÇÃO DO REUSO AUTOMATIZADODE SABÃO INDUSTRIAL EM ESTEIRAS DE FABRICAS DE ÓLEOS VEGETAIS
Artigo apresentado ao curso de graduação em Engenharia de Controle e Automação da Unicesumar – Centro Universitário de Maringá como requisito parcial para a obtenção do título de bacharel em Engenharia de Controle e Automação, sob a orientação do Professor Dr. Thiago Marques de Andrade.
 Aprovado em: ____ de _______ de _____. 
BANCA EXAMINADORA
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 Nome do professor – (Titulação, nome e Instituição) 
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 Nome do professor - (Titulação, nome e Instituição)
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 Nome do professor - (Titulação, nome e Instituição)
RESUMO
Como objetivo do presente artigo é a redução de custos do setor de envase de óleos assim como promover a sustentabilidade de modo a menor agressão possível, mantendo altos padrões de produção e rendimento. Devido aos altos custos e demanda na utilização de sabão industrial, porém crucial no desenvolvimento da produção, foi efetuado um estudo para reduzir gastos em uma fábrica de envase de óleos vegetais, promovendo a sustentabilidade e reduzindo assim a agressão ao meio ambiente. De acordo com levantamento em 606 dias, foram gastos o valor de R$ 70.450,00 com produção a 15 horas/ dia por linha, sendo 2 linhas de produção existentes. O Dicolube 200 é um sabão industrial utilizado pela empresa estudada e possui PH básico, diferentemente da água, neutro, e do óleo, ácido. Sendo utilizado para lubrificação e limpeza de esteiras transportadoras de garrafas de vidro e plástico. Para não sobrecarregar mão de obra no processo de fabricação, foi estudada uma maneira totalmente automatizada não fazendo necessário tempo integral de um operador, sendo ele responsável apenas para partir e desligar o processo através de 3 botões.
Palavras-chave: processo; sustentabilidade; redução de custos.
ABSTRACT
STUDY OF THE VIABILITY OF THE AUTOMATED REUSE OF INDUSTRIAL SOAP IN TREADMILLS OF GREEN OIL
The purpose of this article is to reduce the costs of the oil filling, as well as promoting sustainability in as little aggression as possible, maintaining high production and yield standards Due to the high costs and demand for using industrial soap, but crucial in the development of production a study was carried out to reduce expenses in a green oil filling plant, promoting sustainability and thus reducing aggression to the environment. According to survey in 606 days. R$ 70.450,00 was spent on production at 15 hours / day per line, 2 existing production lines. Dicolube 200 is an industrial soap used by the company studied and has basic PH, unlike water, neutral and oil, acid. Being used for lubrication and cleaning of glass and plastic bottle conveyor belts In order not to overload labor in the process of a fully automated way was studied not making a full time operator required being responsible only for starting and shutting down the process through 3 buttons
Key-words: Process; sustainability; reduce the costs
INTRODUÇÃO
Após análise do setor de envase de óleo vegetais em uma empresa de grande porte durante os anos de 2018 e 2019, constatamos que os seus gastos estão mais elevados que o normal e isso se dá devido à grande demanda de energia, automação e pelos produtos extremamente caros utilizados desde o envase propriamente dito, até a sua manutenção.
Um dos gastos mais significativos foi de sabão industrial, da marca Dicolube 200. No rótulo desse produto, bem como no site da ProfiLine (2018), seu distribuidor, há informações sobre a sua composição, expostas no excerto a seguir: 
Sabões, Solubilizantes, Tensoativo não-iônico, Sequestrante, Preservante e Água, é um produto concentrado à base de sabão destinado à limpeza e redução do atrito de esteiras transportadoras de garrafas de vidro em Indústrias de Bebidas e Indústrias Alimentícias em geral. É próprio para águas de baixa dureza. (PROFILINE, 2018)
Em apenas 18 meses, com 18.408 horas de produção, foram gastos mais de 70 mil reais apenas com esse produto, que é utilizado para lubrificação e limpeza das esteiras por onde passa as garrafas de óleo de Politereftalato de etileno (PET).
Neste trabalho, estudaremos o processo de dosagem de produto químico na linha de lubrificação que limpa o óleo existente nas esteiras, quebra as suas moléculas e faz com que as garrafas PETs deslizem de forma a não enroscarem nessa, causando transtornos, atrasando o resultado e, consequentemente, trazendo complicações tais como a parada de equipamentos.
Todos os tipos de materiais orgânicos ou inorgânicos afetam de alguma maneira o meio ambiente. Algumas pesquisas constataram que o sabão industrial, por conter tensoativos, sabões e solubilizantes, afetam diretamente a fauna e flora. 
Os agentes tensoativos interferem nas taxas de aeração, pela redução da tensão superficial do meio, que faz com que as bolhas de ar permaneçam um menor tempo que o previsto em contato com meio. Além disso, a formação de espuma na superfície com o movimento das águas impede a entrada de luz nos corpos d'água, essencial para a fotossíntese dos organismos subaquáticos. Outro prejuízo causado pelo sabão e detergente no meio ambiente, é a interferência que provocam nas aves aquáticas. Elas possuem um revestimento de óleo em suas penas e boiam na água graças à camada de ar que fica presa debaixo delas. Quando esse revestimento é removido, essas aves não conseguem mais boiar. (ECYCLE, 2019)
Devido ao alto custo do produto, sabendo que pode haver prejuízo ao meio ambiente por haver compostos químicos e observando o seu desperdício de forma significativa, coletamos amostras durante um pico de produção e estudamos, assim, o pior caso de concentração de óleo, impurezas e produtos, para que essa solução possa retornar a linha a fim de evitar gastos excessivos e contribuir com a sustentabilidade. 
Durante o período citado, foi coletado 1,5 litros de solução. Nela foi encontrada água, Dicolube, óleo vegetal e impurezas. Através de análises laboratoriais dentro da própria empresa, constatamos, além disso, que existe uma concentração de 0.5% de óleo, 96.5 % de sabão com água e 3% de impurezas, que pode afetar o bom funcionamento do processo caso fosse reutilizado sem um tratamento adequado, bem como causar o entupimento do fluxo e deixar o produto ineficiente. 
O envase possui diversas regras mediante as normativas, como a ISO 22000 (2018), devido à produção alimentícia, que requer a utilização de materiais não tóxicos e inertes. Portanto o material escolhido para o processo é o aço Inox, o qual possui maior durabilidade e pouca reação com a solução, além dos requisitos do controle de qualidade.
O sistema de reaproveitamento automático de água é feito através de tanques para armazenamento, canaletas para captação, tubulações para transporte aos tanques e agitador para que o produto continue sempre em movimento, quebrando as moléculas existentes de óleo e evitando incrustações. O processo também é compostopor peagâmetro para controle da quantidade de produto, motobomba para recirculação e fluxo de água, bomba dosadora de produto, válvulas de entrada e saída de água automática, sensores e botoeiras.
1 DESENVOLVIMENTO
O fluxo do processo existente é: água industrial tratada, com Dicolube 200 adicionado, que circula pela linha industrial, diminui o atrito do PET com as esteiras e conclui na estação de tratamento de efluentes. Já o fluxo proposto é: água industrial e sabão, que realizará a limpeza e diminui o atrito do PET com as esteiras, encaminhado, através de canaletas, até um tanque secundário, e, após atingir o nível estipulado, é bombeado através de um filtro tipo cume, seguindo para um reservatório principal. Na Figura 1 observa-se o lado esquerdo do sistema físico.
Figura 1 – Visão lateral esquerda do sistema físico
Fonte: desenvolvida pela autora no software Inventor (2017), versão para estudante.
	A Figura 2 demonstra como é a visão lateral direita do sistema físico desenvolvido para essa nova proposta de fluxo.
Figura 2 – Visão lateral direita do sistema físico 
Fonte: desenvolvida pela própria autora no software Inventor (2017), versão para estudante.
O tanque principal possui um agitador e um peagâmetro que monitora e controla o PH da solução através de uma bomba dosadora de produto e uma válvula de entrada de água, no momento em que o PH é baixo (X<9) não possui quantidade suficiente de produto e aciona, assim, a bomba dosadora até que o PH seja suficiente (X>9). Quando o PH atinge valor elevado (X>11) é acionado a válvula de entrada de água para diminuir a concentração de Dicolube 200. Ainda, para evitar entupimento na linha de lubrificação, deve ser instalada uma peneira na saída do fluxo para a linha devido a possível existência de resíduos sólidos. 
A fim de verificar a viabilização do projeto, foi realizado o mapeamento do local para dimensionamento, além de um estudo de custos. De acordo com Fialho (2011), foi possível realizar o dimensionamento das motobombas e de todo circuito hidráulico através da fórmula da vazão absorvida, em que a vazão é a razão do volume de absorção, multiplicado pela rotação e mil vezes o rendimento volumétrico, , juntamente a tabela para seleção de bombas e motobombas, disponibilizada por Scheneider (2013). 
 No total calculado, é necessária a utilização de 28 metros de canaletas 200x100mm e 12 metros de tubulação de ¾’’, tudo em aço inox, para a captação da água das esteiras. Durante 30 segundos de pico de produção, foi coletada a quantidade de 1,5 litros por linha de solução e, para que o tanque de armazenamento fique constantemente em um nível médio, foi calculado que se tenha dimensões de 1m³ para armazenamento de tanque principal e um tanque de 1/2m³ para fluxo de filtragem.
Para que o produto entre no tanque de forma limpa, foi necessário acrescer um filtro do tipo cume que permite uma filtragem rápida e eficiente. Devido a existência de óleo, foi, também, dimensionado um pequeno agitador que é capaz de quebrar suas moléculas através da mistura com o sabão. 
Durante 606 dias, com produção média de 15 horas/dia por linha, foram utilizados 4.050 litros de sabão industrial Dicolube 200 e gasto um valor de 70.450,00 reais. Na Tabela 1 estão presentes os dados obtidos através das amostras retiradas e analisadas em laboratório.
 Tabela 1 – PH dos produtos encontrados no processo atual
	PRODUTO
	PH
	Dicolube 200
	13.02
	Água industrial
	7.38
	Solução de entrada do processo
	9.13
	Solução de saída do processo 
	8.85
	Óleo vegetal 
	4.30
 Fonte: Própria autora
Observa-se, então, que o PH caiu apenas 0.28, ou seja, 3%. Para conseguir regular o PH em 9,13 foi necessário adicionar 0.4648mg de Dicolube 200 a cada 500ml, como se constata na Tabela 2.
 Tabela 2 – Relação da quantidade de água e dicolube
	Água(L)
	Dicolube 200 (mg)
	0.5
	0.4648
	1 
	 0.9296
	1000
	92
 Fonte: própria autora
A Tabela 3 demonstra o gasto de água atual, antes do reuso.
 Tabela 3 – Demonstração da quantidade de água gasta no processo aberto
	Água (L)
	Tempo
	360L
	1 hora
	1.800L
	5 horas
	66.026.880 L
	18.408 horas
 Fonte: própria autora
Ao criar 1m³ de reservatório principal, sabendo da quantidade de produto necessário para adicionar à solução, a cada 200 horas de produção o tanque é esgotado para higienização. De acordo com Daniel (2006), se o ambiente que possuir umidade controlada em 40% e temperatura ambiente em torno de 23ºC, a evaporação será mínima, além de se tratar de um processo em sua maioria fechado. Na Tabela 4 é representado o gasto de água no sistema fechado. 
Tabela 4 – Demonstração da quantidade de água gasta no sistema fechado 
	 Água (L)
	Tempo
	360
	1ª hora
	2.000
	5 horas
	184.000 
	18.408 horas
 Fonte: própria autora
Na Tabela 5 há descriminado o possível gasto calculado de produto após implantação do sistema de reuso.
 Tabela 5 – Relação da quantidade de produtos gastos por tempo em sistema fechado
	Dicolube
	Água
	Horas
	3.76ml
	500ml
	10 segundos
	7,52ml
	1 L
	20 segundos
	15,040 L
	2 m³
	5ª hora
	15,184 L
	2m³
	200 horas
	1.397,53
	184.000 L
	18.408 horas
 Fonte: própria autora
Houve uma redução de 4.050 litros de Dicolube para 1.397,5 litros, tendo, então, uma economia de 65% e, ainda assim, mantendo uma boa higienização para evitar mau cheiro e proliferação de bactérias. Poderia, porém, ter economizado em sabão da marca Dicolube 200, nos valores representados na Tabela 6. 
 Tabela 6 – Relação da quantidade de Dicolube 200 e seu gasto anterior ao sistema de reuso
	VALOR DO GALÃO
	 NUMERO DE GALÕES
	HORA DE PRODUÇÃO
	VALOR GASTO
	870,00
	81
	18.408
	70.470,00
 Fonte: própria autora
Após o processo, os gastos diminuíram significativamente, 65% mais precisamente, como se observa na Tabela 7.
 Tabela 7 – Relação da quantidade de Dicolube 200 e seu gasto após a implementação do sistema de reuso
	VALOR DO GALÃO
	 NUMERO DE GALÕES
	HORA DE PRODUÇÃO
	VALOR GASTO
	870,00
	28
	18.408
	24.360,00
 Fonte: própria autora
Por se tratar de um sistema automático, também é necessário ser levado em consideração o gasto com a eletricidade. As motobombas, para suprir as vazões necessárias, devem ser de ¼ cv de potência quando o gasto com a energia elétrica for de R$ 4.400,00, supondo, ainda, que a tarifa seja de R$ 0,65 e que trabalhe 18.408 horas. O motor do agitador, por não ter que suportar altas cargas, apenas ¼ cv já atende os requisitos para manter o líquido de baixa dureza em movimento, consumindo R$ 2.200,00 a cada 18.408 horas. 
De acordo com levantamentos, para a implementação do sistema estudado, seria necessário um investimento em torno de R$ 30.000,00 em parte de caldeiraria, motobombas, tanques e todos os outros materiais. Na Figura 3 está exposta a forma como se compõe a programação do sistema.
Os elementos que integram esse sistema são:
· Três botões: liga, desliga e limpeza;
· Três sensores de nível, para o tanque principal (tanque 2) um sensor baixo, médio e limite;
· Dois sensores de nível para o tanque secundário (tanque 1), um sensor baixo e alto;
· Duas motobombas para cada tanque;
· Uma bomba dosadora;
· Duas válvulas automáticas: entrada e saída de água.
Figura 3 – Entradas e saídas do sistema
Fonte: desenvolvida no software Zelio Soft pela própria autora. 
Ao ser pressionado o botão liga, é testado todos os sensores e, caso ele seja baixo e o sensor médio do tanque 2 não estiver em nível alto, é acionado a válvula de entrada de água e a bomba dosadora, como se observa na Figura 4.
Figura 4 – Acionamento da bomba dosadora e válvula de entrada de água através do botão liga
Fonte: desenvolvida no software Zelio Soft pela autora. 
Ao atingir o sensor médio é, então, acionado a bomba do tanque 2 em que inicia o bombeamento de água para o sistema de esteiras, vide Figura 5 e Figura 6.
Figura 5 – sensor baixo do tanque 2 em nível alto
Fonte: Desenvolvida no software Zelio Soft pela própria autora.Figura 6 – Sensor médio do tanque 2 em nível alto acionando a motobomba do tanque 2
Fonte:Desenvolvida no software Zelio Soft pela própria autora. 
A medida que a solução enche o tanque 1 e após acionar o sensor_baixo_tq1 após 10 segundos ou atingindo o nível_alto_tq1 é acionado uma motobomba que direciona o fluxo de água através do filtro tipo cume sendo redirecionado para o tanque 2 novamente (Imagem 7).
Figura 7 – Bombeamento tanque1 e tanque2 ativo através do sensor_baixo_tq1 e sensor_anto_tq1
Fonte: desenvolvida no software Zelio Soft, fonte propria.
A partir desse momento se inicia o monitoramento do PH da solução.
Em função da tensão (0 a 10V) conforme o livro é possível definir o PH.
De 0 a 1,9V é acionado a bomba dosadora ( PH<9) (Imagem 8).
Figura 8 – PH abaixo de 9 ( 0 – 1,9V)
 Fonte: desenvolvida no software Zelio Soft, fonte propria 
De 7.8 a 10V (PH >11) é acionado a válvula de entrada de água. (Imagem 9)
Figura 9 – PH acima de 11 ( 7.8 – 10V)
Fonte: desenvolvida no software Zelio Soft, fonte própria 
Após verificar a possibilidade das motobombas funcionarem a seco foram adotados cuidados através de lógica para impedir que as mesmas danifiquem os selos mecânicos. 
Podendo também ocorrer o enchimento excessivo de solução aciona-se a válvula de descarte de água, caso isso aconteça é acionado uma lâmpada para indicar que o descarte da solução está sendo realizado. (Imagem 10)
Figura 10 – Descarte de água e acionamento da lâmpada.
Fonte: Desenvolvida no software Zelio Soft . fonte própria 
Durante o descarte também foi colocado um sistema para que seja interrompido a dosagem de água e sabão no tanque até que ela seja desativada, impedindo o desperdício. ( Imagem 11)
Figura 11 –Interrupção da bomba dosadora e da válvula de entrada de água durante o descarte de água.
Fonte: desenvolvida no software Zelio Soft, fonte própria.
Também foi criado um sistema de limpeza para que toda vez que pressionado o botão seja feito o descarte da solução. (Imagem 12)
Descarte da solução através do acionamento do botão limpeza
Fonte: desenvolvida no software Zelio Soft 
CONSIDERAÇÕES FINAIS 
Portanto os custos com o projeto viabilizam a implementação, considerando os valores do investimento bem como os gastos com a energia elétrica, podendo ser possível diminuir significativamente os custos e desperdícios inclusive com a água durante o período estudado.
Com o valor de 70.450,00 gastos anteriormente apenas com o sabão industrial, Dicolube 200, durante 18.408 horas, é possível diminuir o montante para R$ 30.960,00.
Com o custo monetário reduzido em 56%, utilizando65% a menos de Dicolube 200 e 99% menos água é visível a vantagem de implementar o processo colaborando com a redução de custo desse produto através de um meio a priorizar a sustentabilidade e a lucratividade.
Os estudos apontam que após 18.000 horas já é possível obter retorno total do investimento
REFERENCIAS
- Daniel Fonseca de Carvalho, Leonardo Duarte Batista da Silva, Apostila Hidrologia (2006)
- Tabela para seleção de bombas e motobombas, disponível em < http://www.altercom.com.br/blog/wp-content/uploads/2013/06/schneider.pdf>
- Fialho, Arivelto Bustamante -São Paulo: Erica, 2011. 6ª edição
- ProfiLine Soluções em Higienização, disponível em < http://www.profiline.com.br/industria-lubrificantes-esteiras.php> Acesso em 20/09/2018
- Sabão e detergente: conheça seus impactos ambientais, disponível em https://www.ecycle.com.br/2288-impactos-do-sabao-e-detergente> Acesso em 10/08/2019