Planejamento Estratégico do Layout de Usina Siderúrgica para Produtividade Ótima

O projeto do layout geral de uma usina siderúrgica consiste em um mecanismo que envolve conhecimento dos requisitos de espaço para as instalações e seu arranjo adequado para que o movimento contínuo e estável do ciclo de produção ocorra. O layout geral da planta tem grande contribuição para a produtividade e eficiência da usina.

Importância do Layout Geral

Projetar o layout geral é atividade de extrema importância que exige máxima atenção. Uma vez concluída a construção da usina, a natureza básica do layout geral não pode ser alterada durante a vida útil da planta. Qualquer modificação posterior não só é difícil como envolve grande despesa de capital. Além disso, o desempenho da usina depende em grande escala de seu layout geral. Como erros de layout são de natureza permanente e caros, é essencial dedicar muito tempo e esforço durante a engenharia da planta para desenvolver o melhor layout. Um layout geral típico para usina siderúrgica (Usina Bethlehem Steel) é mostrado na Figura 1.

Definição e Escopo do Layout Geral

O termo "layout geral" representa o arranjo físico das várias instalações da usina, necessárias para a produção de produtos acabados a partir de matérias-primas, incluindo:

1. Instalações para recebimento de todos os materiais necessários para produção
2. Instalações de produção conforme requisitos tecnológicos
3. Instalações de apoio à produção
4. Instalações para movimento e comunicação de pessoas e materiais
5. Instalações para expedição de produtos
6. Instalações para armazenagem de diversos materiais e produtos
7. Instalações necessárias para administração
8. Instalações necessárias para bem-estar dos recursos humanos
9. Instalações necessárias para manutenção do meio ambiente
10. Instalações necessárias para segurança e proteção

O layout geral é o arranjo físico de suas instalações de produção e apoio: oficinas de produção, equipamentos, máquinas, edifícios, redes rodoviárias, ferroviárias e de tubulações. O layout determina como materiais e outros insumos (informações, etc.) fluem através da operação. Deve ser planejado para ter fluxo de processo tecnológico suave de materiais e utilidades com menor quantidade de manuseio, do recebimento de matérias-primas à expedição de produtos acabados. Envolve arranjo criterioso de todas as instalações necessárias para produção suave. Planejamento defeituoso na fase de engenharia leva a ineficiência, inflexibilidade, grandes volumes de estoques e trabalho em progresso e altos custos operacionais.

Objetivo Geral do Projetista

Projetar um arranjo físico que envolva alocação de espaço necessário e alocação de instalações e facilidades de forma a atender aos requisitos do produto final, tanto em qualidade quanto em quantidade, garantindo ao mesmo tempo a produção econômica dos produtos desejados.

Requisitos para Desenvolver Layout Adequado

O projetista precisa ter:

• Limitações associadas ao terreno
• Mapa do local mostrando estradas externas, vizinhança e limite do terreno
• Características do solo e mapa de contorno mostrando níveis
• Localização da disponibilidade de água, energia e outras utilidades
• Alinhamento do sistema rodoviário e ferroviário externo e direção do tráfego de entrada e saída, alinhamento para linha de transmissão externa e tubulação de água de entrada
• Conhecimento básico das tecnologias, processos, instalações e equipamentos selecionados
• Capacidades da usina e expansão futura planejada
• Requisitos estatutários

Objetivos do Layout Geral

1. Melhor uso das condições naturais locais combinado com uso racional do solo
2. Arranjo sistemático das unidades da usina para criar sinergias
3. Garantir esforços mínimos para várias atividades
4. Assegurar proteção efetiva do meio ambiente

Métodos de Projeto de Layout

Vários métodos são usados: (i) Planejamento Sistemático de Layout (SLP), (ii) algoritmos, (iii) simulação Arena. O método SLP é o mais adequado para usina siderúrgica.

Definições de Layout Geral de Planta

• Moore: "O plano ou o ato de planejar, um arranjo ótimo de instalações, incluindo pessoal, equipamentos operacionais, espaço de armazenagem, equipamentos de manuseio de materiais e todos os serviços de apoio junto com o projeto da melhor estrutura para acomodar estas instalações."
• Riggs: "O objetivo geral do layout de planta é projetar um arranjo físico que atenda mais economicamente à quantidade e qualidade de saída requeridas."
• J L Zundi: "Layout de planta envolve alocação de espaço e arranjo de equipamentos de forma que custos operacionais totais sejam minimizados."
• Dr. MN Dastur: "O layout geral de uma siderúrgica integrada é basicamente um exercício de fazer um arranjo racional das principais unidades de produção, redes de energia e oficinas auxiliares, dentro das limitações do local selecionado."

Princípios de Projeto de Layout Geral

O layout geral decide a localização de diferentes instalações de produção e instalações de comunicação entre elas. O layout de oficina de produção envolve localização detalhada de equipamentos e máquinas dentro de uma instalação de produção.

Oito princípios são usados:

1. Princípio do deslocamento mínimo — Garante movimento mínimo de pessoas e materiais, economizando tempo e desperdício de material durante movimentação.
2. Princípio da sequência ou fluxo — Unidades de produção arranjadas conforme fluxo de processo necessário pela tecnologia de produção. Evita movimento desnecessário de ida e volta de materiais.
3. Princípio do uso — Requisito de espaço baseado em sua utilização ótima.
4. Princípio da compacidade — Todos os fatores significativos devem ser totalmente integrados e relacionados para produzir layout geral bem integrado.
5. Princípio de segurança e satisfação — Layout deve ter provisões para segurança da usina, equipamentos e pessoas. Planejado baseado no conforto e conveniência dos trabalhadores. Deve atender todos os requisitos regulatórios. Inclui segurança contra incêndio e proteção.
6. Princípio da flexibilidade — Layout deve permitir melhorias com dificuldades e custos mínimos. Deve manter provisão para expansão futura.
7. Princípio da interdependência — Unidades interdependentes devem ser localizadas em proximidade próxima.
8. Princípio do investimento mínimo — Layout deve proporcionar menor investimento de capital fixo sem ignorar instalação de todas as facilidades requeridas e usando eficientemente as facilidades disponíveis.

Método SLP de Projeto de Layout

O método SLP é muito popular, usado não só para layout geral da usina, mas também para layout detalhado de oficinas de produção e layout de várias instalações.

Antes de projetar o layout geral, é essencial estudar o diagrama de rosa dos ventos da área. Este diagrama informa ao projetista sobre direções e frequências do vento na área da usina ao longo do ano. Outros aspectos importantes: (i) vários níveis do terreno dentro do limite, (ii) acessos para estrada e ferrovia conectando a usina à rede externa, (iii) acesso para tubulação de água de entrada, (iv) acesso para linha de transmissão para receber energia da rede externa, (v) áreas para disposição de resíduos sólidos e líquidos da usina. Nivelamento do terreno é grande tarefa e exige despesa considerável. Utilização do contorno do terreno disponível na finalização do layout é sempre desejável para reduzir custo de nivelamento.

Primeiro, considerar a relação entre os vários processos de produção necessários conforme tecnologia da usina e fluxo de materiais (sólidos, líquidos, gases). A prática normal é fazer diagrama de balanço de materiais e fluxo para a usina. Para isso, calculam-se requisitos de materiais (matérias-primas e auxiliares, combustíveis, materiais intermediários) baseados em rendimentos e reciclagem. Vários diagramas de balanço são necessários: diagrama de balanço de água, diagrama de balanço energético, etc. Finalmente, desenvolve-se relação abrangente após dar peso devido às várias atividades necessárias.

Etapas do Desenvolvimento do Layout

1. Divisão em blocos e unidades: Dividir a área da usina em blocos e unidades separados conforme fluxo de processo antes de localizar instalações da unidade na área. Produz o plano de lote da usina. Prioridade para localização de oficinas principais de produção conforme fluxo de produção, depois instalações de apoio. Layout nesta etapa = layout em blocos.
2. Localização de instalações nos blocos: Após layout em blocos satisfatório, localizar instalações necessárias conforme tecnologia de produção da unidade no bloco baseado no requisito de espaço. Manter distância mínima entre instalações para requisitos estatutários e movimentos de materiais (ex: ângulo de transportador de correia).
3. Instalações de armazenagem e fluxo de materiais: Decisão sobre localização para instalações de armazenagem e fluxo de materiais. Inclui recebimento de fontes externas e expedição de produtos. Nesta etapa, rede de tubulações, rede de transmissão de energia, redes rodoviária e ferroviária da usina são decididas. Redes mais longas = maior investimento e maiores perdas no transporte. Redes devem manter requisitos estatutários de distâncias mínimas.

Planejamento de Bom Layout em Projeto

A decisão sobre layout é de suma importância pois representa compromisso de longo prazo. Se a relação entre saída, área e processo tecnológico não for ótima, afeta a operação da usina por toda sua vida. Normas técnicas para projeto de bom layout:

• Integração — Arranjo próximo de pessoas, materiais, equipamentos e serviços de apoio para obter saída ótima dos recursos.
• Utilização do solo (espaço) — Utilização adequada de espaços horizontais e verticais. Altura e comprimento das instalações otimizados. Área da usina utilizada da forma mais econômica.
• Distância — Distâncias mínimas de deslocamento para pessoas e materiais. Distância total minimizada. Movimentos em linha reta preferidos.
• Layout das unidades de produção — Unidades arranjadas para que movimento de pessoas, materiais, produtos intermediários e acabados ocorra no sentido direto para estágio final conforme fluxo tecnológico.
• Coordenação — Entrada e saída de qualquer departamento planejadas de forma mais conveniente para ambos os departamentos despachantes ou receptores. Layout considerado como um todo.
• Flexibilidade — Provisão suficiente para modificar layout quando surgir necessidade de expansão.
• Acessibilidade — Todas as áreas da usina prontamente acessíveis para facilitar produção e manutenção.
• Segurança — Consideração devida a métodos de segurança industrial. Layout deve atender requisitos de segurança de pessoas, usina, segurança viária, gás, elétrica, incêndio e explosão.
• Manuseio de materiais — Reduzir manuseio de materiais ao mínimo. Nível excessivo afeta tempo de operação e custo de produção.

Outras questões básicas para preparação de bom layout geral: (i) facilitar processo de produção e atender necessidades operacionais, (ii) facilitar recebimento suave de matérias-primas, armazenagem e expedição de produtos finais, (iii) facilitar fluxo suave e armazenagem de produtos intermediários, (iv) permitir fluxo suave de todos materiais na usina, (v) permitir flexibilidade na operação, (vi) ajudar fluxo tecnológico suave para processo de produção, (vii) proporcionar conveniência e conforto aos trabalhadores, cuidando de bem-estar e saúde ocupacional, (viii) contribuir para eficiência, supervisão e controle dos empregados, (ix) atender todos requisitos estatutários, (x) ter espaço suficiente para expansão futura, (xi) ajudar a minimizar custos de capital e operacionais.

Um layout geral normalmente passa por série de revisões desde quando é feito pela primeira vez até quando a última fundação é concretada. Mesmo assim, o "layout final" é necessariamente um compromisso entre o desejo de cumprir vários critérios e limitações impostas por outros fatores. Mas quando o projetista tem visão conceitual para olhar além da necessidade presente e dificuldades imediatas, o layout resultante tem lógica, flexibilidade e capacidade de dar desempenho operacional necessário apesar de condições alteradas.

Layouts gerais das usinas de Fukuyama e Kurashiki no Japão mostrados na Figura 4 e usina de Visakhapatnam na capacidade de 3 milhões de toneladas por ano (Mtpa) na Figura 5.