Universidade Federal de Minas Gerais
Visita t�cnica �
Frederico Spagnol de Miranda
Lucas Costa Oliveira Santos
�ndice
4.Controle de processos na Aracruz
Por incentivo do Colegiado do curso de engenharia de controle e automa��o da Universidade Federal de Minas Gerais, foi requerido, atrav�s do nosso coordenador, � empresa Aracruz Celulose permiss�o para fazermos um est�gio de uma semana (40 horas) na mesma.
O objetivo dessa visita t�cnica foi de proporcionar um primeiro contato com o ambiente de trabalho de uma ind�stria e receber no��es sobre o controle de processos. Tais objetivos foram plenamente alcan�ados devido � boa receptividade e orienta��o dadas pelos funcion�rios da Aracruz.
Foram cinco dias em contato com ambiente de trabalho da ind�stria nos quais nos foram passadas no��es gerais sobre o processo de fabrica��o de celulose, informa��es sobre v�lvulas (atrav�s da empresa Neles Controls), sistemas de controle, instrumenta��o e tamb�m sobre a estrutura administrativa da empresa.
O controle de processos se d� por muitas raz�es, dentre elas podemos citar: seguran�a, especifica��o de produtos, regulamenta��es ambientais, restri��es operacionais e otimiza��o econ�mica. Um sistema de controle tem como objetivos suprimir a influ�ncia de perturba��es externas, garantir a estabilidade do processo e otimizar o desempenho do mesmo.
A Aracruz Celulose, por ser uma empresa qu�mica, necessita fazer um preciso controle da especifica��o de produto, uma vez que o produto qu�mico � vendido por sua faixa de pureza (ou de outra caracter�stica associada). Se o produto final se encontrar fora desta faixa, ele pode ser comercializado com um pre�o abaixo de seu valor de mercado, pode ser usado para fun��es menos nobres ou ainda pode ser reprocessado.
O ideal seria que o produto tivesse exatamente as caracter�sticas m�nimas exigidas pela faixa, uma vez que caracter�sticas mais elaboradas podem ser sin�nimo de maior gasto energ�tico ou menor rendimento de processo.
Como esta exatid�o n�o � poss�vel, procura-se dar uma pequena folga e trabalha-se com o set-point da opera��o um pouco acima da especifica��o (o set-point � o valor fornecido para o controlador). Deve-se ressaltar que esse "pouco" depende da qualidade do controle.
Com um controle pouco eficiente tem-se um maior desvio padr�o na sa�da, uma menor proximidade entre o set-point e a especifica��o al�m de uma menor otimiza��o.
Vari�vel de controle de processo ao longo da tempo (controle pouco eficiente)
Com um controle mais eficiente tem-se um menor desvio padr�o na sa�da, uma maior proximidade entre o set-point e a especifica��o, obtendo, portanto, uma maior otimiza��o.
Vari�vel de processo ao longo do tempo (controle eficiente)
A empresa Aracruz Celulose S.A., localizada no munic�pio de Aracruz, � uma ind�stria que produz celulose a partir do eucalipto. Sua base territorial � de 213 mil ha, dos quais 132 mil s�o de plantio de eucalipto e 61 mil de reservas nativas. Seu raio operacional m�dio � de 150 km.
Os 4 milh�es de m3 de madeira consumidos por ano pela empresa geram uma produ��o m�dia de mais de 1 milh�o de toneladas de celulose. Em 96 esse n�mero atingiu 1.080.000 ton e em 97, 1.058.000 ton.
As exporta��es correspondem a aproximadamente 94% do total de celulose comercializada, destinando 39% � Europa, 36% � Am�rica do Norte, 17% � �sia e 8% � Am�rica do Sul.
Apesar da atual redu��o de pessoal vigente na empresa, ela ainda possui 2.180 empregados, sem mencionar os setores terceirizados, como manuten��o, transporte e alimenta��o.
A empresa come�ou, no in�cio da d�cada de 90, um projeto de moderniza��o que foi respons�vel por um aumento do volume produzido e uma significativa redu��o dos custos de produ��o. Essa moderniza��o se baseou num grande investimento na �rea de controle e automa��o industrial, fazendo da Aracruz uma das empresas mais automatizadas do pa�s.
Os principais constituintes da madeira s�o: celulose, lignina e extrativos. O objetivo da Aracruz � separar a celulose desses demais componentes se danific�-la.
A madeira � extra�da das reservas da Aracruz e, ao chegar na ind�stria, s�o descascadas e picadas atrav�s de um processo mec�nico formando pequenos peda�os de madeira chamados cavacos.
Num primeiro est�gio � acrescentado ao cavaco um licor branco constitu�do por soda ca�stica (NaOH) e sulfeto de s�dio (Na2S). Essa mistura vai para um digestor onde � feito um cozimento. Durante este est�gio a celulose � separada quimicamente de parte da lignina e de todos os extrativos, formando uma pasta marrom.
Num segundo est�gio esta pasta � lavada, ocorrendo a separa��o mec�nica da celulose de quase todos os outros componentes. Tal lavagem ocorre no difusor e dela resulta uma pasta marrom claro formada por celulose e res�duos de lignina.
J� no terceiro est�gio ocorre o branqueamento da pasta resultante da lavagem atrav�s de sucessivas adi��es alternadas de cloro e soda c�ustica. Neste processo os res�duos s�o totalmente retirados, resultando numa pasta branca constitu�da de celulose.
No �ltimo est�gio � feita a secagem da pasta branca obtendo folhas de celulose que s�o empacotadas e encaminhadas para o dep�sito da f�brica.
Abaixo � mostrado um esquema mais detalhado do processo.
No esquema acima est� inclu�da a parte energ�tica da ind�stria, na qual atrav�s de caldeiras de recupera��o a Aracruz obt�m cerca de 80% da energia que consome.
4.Controle de processos na Aracruz
Elementos prim�rios s�o aqueles que est�o em contato com a vari�vel e utilizam ou absorvem energia do meio controlado para dar ao sistema de medi��o uma resposta em fun��o da varia��o da vari�vel controlada. � a parte do centro de medi��o que produz um efeito em resposta a mudan�a do valor da vari�vel controlada.
Na Aracruz os principais elementos prim�rios constituintes da malha de controle s�o sensores (medidores) de vaz�o, temperatura, press�o, densidade, umidade, Ph e viscosidade, pois essas s�o as vari�veis mais importantes a serem controladas no processo. Existem tr�s gera��es desses elementos: os pneum�ticos (press�o-20 a 100kPa), o eletr�nico anal�gico (4 a 20 mA) e os eletr�nicos digitais (fieldbus).
Um dos sensores utilizado para medir umidade da pilha de cavaco, que vai para o digestor, faz essa medi��o atrav�s de um emissor de ondas eletromagn�ticas que, dependendo da quantidade de �gua no cavaco, ter�o sua intensidade modificada.
Recebem o sinal do controlador e modificam a vari�vel controlada ou o agente de controle. � a parte do sistema de controle que muda diretamente o valor da vari�vel manipulada. O elemento final de controle mais importante encontrado na Aracruz � a v�lvula.
V�lvulas s�o instrumentos que controlam a vaz�o de fluidos. Na p�gina seguinte est� o esquema de v�lvula, com seus principais componentes. Entre estes est� o obturador, que � o componente respons�vel pelo fechamento mec�nico da v�lvula. As v�lvulas se classificam pelo tipo de obturador em:
Nas v�lvulas, o atuador pode ser controlado ou n�o. Na Aracruz Celulose est�o sendo implementados posicionador inteligentes ND800 (Neles Controls) que proporcionam um controle r�pido e mais preciso. Isto ocorre porque este atuador faz um controle preventivo, n�o deixando que a performance da v�lvula ultrapasse um n�vel de alerta, gerando uma m�nima variabilidade no processo.
Juntamente com o ND800, est� sendo implantado na empresa um software chamado Valve Manager, que atua junto com o atuador permitindo um diagn�stico completo da v�lvula tanto para fins de monitora��o quanto para teste.
Esquema estrutural de uma v�lvula
Ao contr�rio dos demais dispositivos, que se encontram no "campo" pr�ximos dos equipamentos do processo, o controlador � usualmente localizado na sala de controle, a uma certa dist�ncia do processo. Ele � conectado com o campo atrav�s de fios, que trazem os sinais dos transmissores e levam os sinais do controlador para o elemento de controle.
Na Aracruz est�o implementados atualmente uma arquitetura de controle SDCD (Sistema Digital de Controle Distribu�do) conjugada com controlador CLP (Controlador L�gico Program�vel). O SDCD faz o controle de processos atrav�s de c�lculos PID, al�m de l�gicas de controle de processos e motores. J� o CLP � mais veloz por que n�o faz os c�lculos de processo, trabalha apenas com l�gica boleada e, por isso, � utilizado em equipamentos el�tricos (motores).
Um controlador, para ter sua performance estabilizada, precisa estar adequadamente ajustado. Este processo de ajuste � chamado sintonia.
Sintonia � a combina��o das fun��es de ganho e tempo do controlador com o restante dos elementos na malha de controle (processo, transmissor, v�lvula, etc.). Existe um n�mero de formas te�ricas e praticas para se conseguir a sintonia de um controlador. Muitas equa��es matem�ticas podem ser usadas para predizerem os ajustes ideais: proporcional, integral e derivativo para um dado processo. A pr�tica predominante na industria de polpa e papel, � sintonizar os controladores p�r experi�ncia pr�tica e/ou p�r m�todo erro-tentativa (teste). Outra maneira existente na Aracruz � a auto sintonia feita por um PC atrav�s do software chamado Intune, que est� ligado em paralelo com a rede SDCD e sugere valores para corre��o de PID. Atualmente est� atuando apenas na �rea de branqueamento, pois esta � �rea que define a qualidade do produto, portanto precisa de uma sintonia mais eficiente. Existem projetos para implanta��o desse software em outras �reas da ind�stria.
Como mencionado anteriormente, esta visita superou as expectativas. Conforme est� explicado no relat�rio, ampliamos nossos conhecimentos no que se refere a um processo industrial, principalmente da celulose, pois tivemos uma vis�o completa do mesmo atrav�s da instru��o de v�rios profissionais da Aracruz Celulose.
Al�m da no��o de processo, outro fato talvez mais importante foram os conhecimentos que adquirimos na �rea de controle e automa��o da empresa, pois nos foram passadas as no��es gerais que constam nesse relat�rio.
Portanto, consideramos a experi�ncia muito v�lida e esperamos repeti-la assim que obtivermos maiores conhecimentos acad�micos para podermos aprofundarmos nas �reas de nosso interesse.