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O gêmeo digital que é um gênio!

Um raio X do sistema que controla as principais operações industriais, gerando ganhos de eficiência em 34 usinas brasileiras

O que é?

O S-PAA é o único sistema de Otimização em Tempo Real (RTO – Real Time Optimization) do setor sucroenergético. É uma ferramenta para modelagem, simulação e otimização on-line dos processos de cogeração e produção de açúcar e etanol. Com o software é possível realizar uma otimização global do processo industrial e de suas utilidades, operando de fato como Usina 4.0.

Devido à grande variabilidade de matéria-prima inerente ao setor, é necessário um sistema on-line que simule o comportamento da planta e preveja o desdobramento das ações, indicando ao longo do tempo qual a melhor forma de operá-la.

Seu robusto e exclusivo algoritmo de otimização é executado on-line, definindo em tempo real quais parâmetros operacionais levam a uma melhoria do desempenho do processo e, consequentemente, a uma maior rentabilidade.

Estes parâmetros operacionais, também conhecidos como set-points, são recomendados aos operadores para que estes façam os ajustes na planta, em Laço Aberto, ou o próprio S-PAA faz os ajustes automaticamente, em Laço fechado, utilizando os sistemas de automação e controle instalados na planta.

Que tecnologia utiliza?

O RTO baseia-se num modelo da planta, um gêmeo digital, e um exclusivo algoritmo genético – a técnica mais avançada e evolutiva em otimização, segundo a Wikipédia – para simular e “explorar” regiões próximas da operação atual e encontrar a melhor condição de operação segundo as metas de produção, para então definir os valores de set-point mais adequados para alcançá-las.

Operando assim, o S-PAA aumenta a Eficiência Industrial e reduz o custo operacional e permite que as empresas maximizem a rentabilidade nas diversas condições da planta.

Como ele obtém e dissemina os dados?

O S-PAA captura, trata e unifica os dados dos PLCs via sistema supervisório, dos bancos de dados de qualidade e de projeto dos equipamentos em um gêmeo digital, além de disseminar dados calculados pelos balanços de massa e energia durante a execução de simulação e otimização. Para tanto, gera Medidores Virtuais calculados em tempo real, como do ART em processamento, por exemplo, que podem retornar a qualquer base de dados da usina e contribuir para a efetiva gestão de todo o processo de produção industrial.

Como funcionam os Laços Fechados?

Os Laços Fechados são controles avançados exclusivos do S-PAA que escrevem set-points remotos nas malhas de controle da usina, mantendo a operação em modo automático em áreas estratégicas da planta.

A operação em Laço Fechado tem a vantagem de acelerar o processo de captura dos ganhos previstos pelo software e, normalmente, agrega ganho adicional nas operações onde a atuação manual demandaria um esforço e uma prontidão além do razoável. Há também os casos em que vários cálculos de equilíbrio devem ser executados no intervalo de segundos com precisão acima da capacidade do ser humano, como nos controles da cogeração e vapores de escape, por exemplo.

Os seguintes Laços Fechados já foram implementados com o S-PAA:

– Carga dos Geradores de Energia e Válvulas do Sistema de Vapor

– Válvulas de Dessuperaquecimento

– Embebição da Moenda

– Combustão das Caldeiras

– Fluxo de Caldo

– Controle de Inversão de Açúcar no Processo

– Carregamento de Dornas mantendo ART Constante

– Resfriamento das Dornas de Fermentação

– Centrifugação e Recentrifugação de Fermento

– Controle de Brix do Mosto

– Equilíbrio Termodinâmico das Colunas de Destilação Hidratada

– Equilíbrio Termodinâmico das Colunas de Destilação Anidra

– Temperatura dos Condensadores das Colunas

– Controle de Dosagem de Produtos Químicos

Em quais usinas o S-PAA está instalado?

O S-PAA pode ser implantado em módulos, inicialmente na parte de Energia / Cogeração e depois Processos. Também há módulos para otimização de setores específicos, como de peneiras moleculares e da produção de etanol de milho (UPG).

Na safra atual (2019/20), 34 usinas estão utilizando o S-PAA, sendo que a maioria possui mais de um módulo instalado, somando mais de 58 módulos até o mês de agosto. Em setembro está prevista a entrada em operação da primeira planta na região Nordeste, a UTE da Caeté Matriz, em São Miguel dos Campos (AL) e outros 5 projetos já comercializados estão sendo modelados para operação na próxima safra.

Quais os exemplos de ganhos obtidos?

Listamos aqui alguns dos ganhos de eficiência proporcionados pelo S-PAA, e amplamente divulgados pelas usinas clientes.

– Extração da Moenda:

O S-PAA permite um controle automático da embebição da moenda. Esta atuação on-line garante a manutenção da constância da embebição % fibra da usina e por consequência o aumento da extração da moenda, uma vez que o S-PAA analisará a variação da fibra da cana processada, POL e umidade do bagaço, e seus impactos no controle da vazão de embebição.

O ajuste da quantidade ideal de água garante a melhor extração da moenda, sem excesso de água, que afeta umidade do bagaço que está sendo queimado na caldeira. A quantidade correta de embebição evita que seja gerado excesso de caldo que, na sequência, consumirá vapor no seu tratamento e que também pode desequilibrar a operação do processo.

– Redução Consumo Vapor:

O módulo S-PAA Energia permite acompanhamento on-line dos sistemas de vapor e energia da planta, monitorando em tempo real os consumos e eficiências, indicando as variáveis que mais influem nestes. O acompanhamento das tendências aumenta o entendimento dos equipamentos e de seu papel no balanço.

Com o mapeamento on-line da planta, o sistema atua em Laço Fechado e mostra ao operador como atuar em cada momento, de uma maneira integrada e pensando no todo, e não apenas em um determinado setor ou equipamento. O S-PAA Energia tem como objetivo a otimização global e busca levar a planta a um novo patamar de estabilidade e eficiência energética.

– Aumento de Exportação de Energia:

Como parte do módulo de Energia, o sistema atua em Laço Fechado ou mostra ao operador em qual set-point os geradores devem operar a cada momento, de modo a aproveitar a entalpia disponibilizada pelas caldeiras sem afetar a estabilidade das mesmas. Ajuda ainda a identificar vazamentos, corrigir discrepâncias e estabilizar os consumos e processos da planta.

O S-PAA calcula o fornecimento da energia térmica requerida pelo processo a todo instante, sem excessos, com isso é obtida uma redução no consumo e cujo potencial o sistema direciona esta energia para gerar excedentes de exportação ou para economizar bagaço. Devido à assertividade e robustez da ferramenta, geralmente o S-PAA traz uma redução do valor médio e do desvio padrão do vapor de escape, permitindo a manutenção ou aumento dos volumes de produção de açúcar e etanol.

– Carregamento de Dornas mantendo ART Constante:

O S-PAA garante a manutenção da constância do carregamento de mosto nas dornas, respeitando a curva de fermentação e por consequência o aumento do rendimento fermentativo e redução do consumo de insumos, uma vez que o S-PAA analisará a variação do ART que está sendo carregado nas dornas e seus impactos no controle da vazão de carregamento de mosto.

A alimentação manual de ART nas dornas gera picos ou falta de disponibilização de mosto como podem ser observados nos gráficos ao lado.

– Equilíbrio Termodinâmico das Colunas de Destilação:

Neste setor o S-PAA tem por objetivo manter o controle de carga de vinho, consumo de vapor e retirada de álcool, de modo e manter o melhor equilíbrio termodinâmico dos conjuntos de destilação de acordo com a disponibilidade de vinho e de vapor em cada momento. Com a ferramenta, são reduzidas as perdas nos conjuntos de destilação e maximização da produção de etanol em cada condição de vapor e de disponibilidade de vinho que a planta estiver operando.

Desenvolvido desde 2009 e rapidamente difundido nas usinas por conta, principalmente, da otimização online e controle da operação, nos últimos anos o S-PAA vem se consolidando como uma completa e integrada ferramenta de gestão industrial avançada.

O case da Usina Pitangueiras, publicado nesta edição, mostra o poder do RTO como facilitador do trabalho das diversas equipes em rodar o PDCA Online, planejando, executando, checando e aprimorando a engenharia, os processos e os procedimentos operacionais para obter a máxima eficiência da cogeração e dos processos de produção de açúcar e etanol.

A maturidade da tecnologia e a diversidade de cases de sucesso demonstram que, com o S-PAA, as usinas podem contar com um gêmeo digital que, de fato, é um gênio!

*Nelson Nakamura, diretor da Soteica, é engenheiro mecânico com pós-graduação em produção, especialização em engenharia química e PHD em administração de empresas.

*Douglas Castilho Mariani, é engenheiro químico com doutorado em engenharia química na área de simulação e otimização de processos industriais e consultor da Soteica.

*Josias Messias é jornalista e presidente da ProCana Brasil.

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