O PAPEL DA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL NA EXCELÊNCIA … · this application contributes to the Operational Excellence, a concept that is also briefly described. The main automation applica-

O PAPEL DA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL NA EXCELÊNCIA OPERACIONAL DO REFINO DE

PETRÓLEO

LINCOLN F. L. MORO

PETROBRAS - EDISP

Av. Paulista 901,01311-100, 4º Andar, São Paulo - SP

E-mails:[email protected]

ANTONIO C. ZANIN

PETROBRAS - EDISP

Av. Paulista 901,01311-100, 4º Andar, São Paulo - SP

E-mails:[email protected]

Abstract This work describes the application of industrial automation to the refining area of PETROBRAS, as well as how

this application contributes to the Operational Excellence, a concept that is also briefly described. The main automation applica-

tions, which are used in an integrated way, are also presented, as well as the management process responsible for ensuring that

the potential benefits are obtained and that these applications, responsible for the online optimization of the refineries, are really

effective. It also describes the process that PETROBRAS used to reach the current situation, a process characterized by massive

investments in the development of advanced skills and by the execution of several research and development projects involving

universities that allowed the use of leading-edge online optimization technology as a significant competitive factor for the com-

pany.

Keywords Operational Excellence, Industrial Automation, Advanced Control, Optimization, Oil Refining.

Resumo Este trabalho descreve a aplicação da automação industrial na área de refino da PETROBRAS e como essa aplicação

contribui para a Excelência operacional, conceito que é também descrito de modo simplificado. São apresentados os principais

aplicativos de automação industrial utilizados de modo integrado, bem como o sistema de gestão responsável pela garantia da

obtenção dos resultados potenciais e da efetividade desses aplicativos, responsáveis pela otimização online das refinarias. Tam-

bém é descrito o processo pelo qual a PETROBRAS atingiu o estado atual, caracterizado por maciços investimentos em capaci-

tação avançada de seu pessoal e pela realização de projetos de pesquisa e desenvolvimento envolvendo universidades, o que

permitiu utilizar o estado da arte da tecnologia de otimização de processos como um diferencial competitivo para a empresa.

Palavras-chave Excelência Operacional, Automação Industrial, Controle Avançado, Otimização, Refino do Petróleo.

1 Introdução

Em função da globalização e da natureza dinâ-

mica do mercado, as empresas são continuamente

pressionadas a otimizar os seus negócios. Neste con-

texto, ganha destaque a excelência operacional que é

a maximização da rentabilidade das unidades de pro-

cesso através da operação dos seus ativos com inte-

gridade, confiabilidade e eficiência, melhorando a

segurança e o meio ambiente.

A contribuição da automação industrial na exce-

lência operacional do refino de petróleo consiste na

disponibilização de infraestrutura (hardware) e apli-

cações (software) para aumentar a eficiência operaci-

onal do processo, buscando maior rendimento de

produtos mais nobres e minimização do consumo de

energia e de emissões atmosféricas (fator ambiental).

As aplicações podem ser de três tipos:

Aplicações que atuam diretamente sobre o

processo de produção, como o controle re-

gulatório e avançado do processo, os siste-

mas de mistura em linha e a otimização em

tempo real.

Aplicações que visam melhorar a qualidade

da informação. Nesta categoria podem ser

citados os bancos de dados de processo, os

sistemas de reconciliação de dados e balan-

ço material e inferências de propriedades fí-

sico-químicas, etc.

Aplicações de treinamento operacional co-

mo os simuladores dinâmicos de processos,

de diagnósticos e sintonia de controle regu-

latório e avançado.

Este trabalho está organizado em seis partes. Na

seção 2 é apresentado o conceito da excelência ope-

racional e como ela está relacionada com a automa-

ção industrial. Na seção 3 são descritos os aplicativos

de automação industrial utilizados no Refino da

PETROBRAS. A seguir é apresentado o sistema de

gestão focada na obtenção dos resultados potenciais e

efetividade das tecnologias de otimização online. Na

seção 5, é enfatizada a importância de desenvolvi-

mento e pesquisa com universidades de forma a pro-

ver o estado da arte da tecnologia de otimização de

processos como um diferencial competitivo para a

empresa. Finalmente, a seção 6 fornece as conclusões

e uma visão futura do controle de processo.

Anais do XX Congresso Brasileiro de Automática Belo Horizonte, MG, 20 a 24 de Setembro de 2014

3790

2 Excelência Operacional no Refino

De acordo com Lafraia (2012), a excelência ope-

racional, cujo diagrama chave está representado na

figura 1, é a gestão sistemática da segurança de pro-

cessos, segurança pessoal, saúde, meio ambiente,

confiabilidade e eficiência dos ativos para alcançar

um desempenho de classe mundial.

No Refino da PETROBRAS, os três objetivos

específicos da excelência operacional são:

Confiabilidade na operação dos ativos;

Integridade dos ativos;

Eficiência na utilização dos ativos e recursos

naturais.

Figura 1. Diagrama chave da excelência operacional

Em relação à confiabilidade e integridade das

unidades de processos os aplicativos de automação

atuam para:

Monitorar as variáveis operacionais de for-

ma a sinalizar desvios que possam ocasionar

situações anormais;

Manter a unidade de processo, através da

excelência no sistema de controle, operando

dentro de janelas operacionais, de forma a

respeitar os limites dos equipamentos e das

especificações dos produtos;

Monitorar de forma detalhada equipamentos

críticos que possam impactar o fator opera-

cional da unidade.

A eficiência na utilização dos ativos e recursos

naturais é obtida através dos aplicativos online com a

finalidade de:

Estabilizar o processo (redução do efeito de

acoplamento entre variáveis) e padronizan-

do procedimentos operacionais;

Otimizar o processo através da busca de

maior rendimento de produtos mais nobres,

minimização do consumo de energia e de

emissões atmosféricas (fator ambiental).

3 Aplicativos de Automação Industrial utiliza-

dos na excelência operacional

Os resultados da utilização de soluções avança-

das de software no refino do petróleo consistem na

melhoria da segurança operacional, confiabilidade e

eficiência do processo.

A excelência operacional permite que o sistema

de controle e a operação conduzem o processo, sem

incidentes, em seu máximo desempenho. Ela utiliza,

no refino do petróleo, principalmente os seguintes

aplicativos:

• Simulador de treinamento: competência opera-

cional;

• Controle avançado e otimização online: efici-

ência do processo;

• Gerenciamento de alarme: segurança operacio-

nal;

• Gerenciamento de ativos: confiabilidade;

• Mistura em linha e gerenciamento de movimen-

tação: otimização, segurança e confiabilidade.

A seguir, são realizados pequenos comentários

sobre esses aplicativos.

Simulador de treinamento

De acordo com a ASM (Gerenciamento de Situ-

ações Anormais) 40% dos incidentes são causados

por pessoas (erros de procedimentos, ações incorretas

e práticas inconsistentes) e 40% pela falha de equi-

pamentos. Neste caso, 76% desses equipamentos

operavam fora de seus ranges operacionais.

O simulador de treinamento é uma ferramenta de

excelência operacional, a qual é impulsionada pela

competência da operação, conforme está ilustrado na

figura 2 (Ross, 2013).

Figura 2. Pirâmide da excelência operacional

Há dois tipos de treinamento: básico para novos

operadores e atualização de conhecimentos para os

outros operadores. São quatro tipos de treinamento

básico, cada qual com duração de uma semana:

• Familiarização com o controle e processo;

• Partida e parada da unidade;

• Prevenção de incidentes e procedimentos

críticos;

• Recuperação de falhas.

A figura 3 (Ross, 2013) ilustra o nível de manu-

tenção do simulador para manter os seus benefícios

em relação ao início de sua operação. É importante a

busca de novas oportunidades de forma que seus be-

nefícios extrapolam aqueles inicialmente previstos.

Os simuladores de treinamento que modelam

com maior fidelidade a unidade, embora tenham um

custo relativamente mais elevado, são economica-

mente viáveis em função de seus maiores benefícios.


3791

Eles também são utilizados para análise do controle

regulatório e estudos de processo.

Figura 3. Sustentabilidade dos benefícios do simulador

Na PETROBRAS o simulador de treinamento

mais utilizado é INDISS da empresa RSI.

Controle avançado e otimização online

O controle avançado amplamente utilizado na

indústria de processo é geralmente do tipo multivari-

ável preditivo (Cutler and Ramaker, 1979), o qual

possui um modelo linear do processo e é efetuado por

dois algoritmos distintos executados sequencialmente

e na mesma frequência, conforme ilustrado na figura

4. Os referidos algoritmos, associados à solução dos

problemas estático e dinâmico do controle do proces-

so, são descritos como:

1) Otimização do estado estacionário: corres-

pondente à solução do problema estático e à realiza-

ção da busca de um valor ótimo para as variáveis

manipuladas, resolvendo uma função objetivo linear

ou quadrática de maximização do lucro operacional.

A solução deste problema tem que atender as restri-

ções de máximo e mínimo nas variáveis controladas e

manipuladas no estado estacionário previsto. O valor

ótimo resultante é passado para a função objetivo do

problema dinâmico.

Figura 4. Otimizador linear e controle dinâmico

2) Controle dinâmico: resolve o problema dinâ-

mico mantendo o processo dentro da região operaci-

onal, compensando as frequentes perturbações que o

atingem e que tenderiam a conduzir a planta a violar

suas restrições. Além disso, conduz o processo para

suas restrições operacionais, as quais são os valores

ótimos informados pela solução estática do primeiro

algoritmo.

A limitação do controle multivariável consiste na

sua incapacidade de encontrar a solução ótima quan-

do a mesma se encontra no interior da região opera-

cional, uma vez que o algoritmo de programação

linear ou quadrática do controlador somente encontra

solução nos vértices do poliedro que limita a região

operacional do processo.

O SICON (Moro, 1997), desenvolvido pela

PETROBRAS, é o principal software para a configu-

ração do controle avançado em suas refinarias. Sua

última versão, denominada SICON20, conforme ilus-

trado na figura 5 (Zanin et al; 2014), apresenta entre

as novas funcionalidades: interface de engenharia de

acesso remoto via WEB; banco de dados relacional

mais seguro e consistente; e concentrador OPC inte-

ligente e robusto, com redundância e reconexão.

Figura 5. Estrutura do SICON20

Para complementar as aplicações de controle

avançado, principalmente em relação ao balanço

energético em fracionadoras e condições operacio-

nais em reatores, é adicionada a camada otimização

em tempo real (RTO). Esta possui um modelo rigoro-

so do processo, constituído por equações não lineares

que buscam representar com fidelidade o seu estado

estacionário. Sua função objetivo consiste num mo-

delo econômico do sistema que reflete a sua lucrati-

vidade. A solução ótima é obtida através de um algo-

ritmo de programação não linear, cuja solução pode

estar no interior da região operacional.

Rotava e Zanin (2005) descrevem as equações

matemáticas das duas camadas do controlador multi-

variável e sua integração com o RTO.

Nas refinarias, as principais aplicações de RTO

estão concentradas nas unidades de destilação do

petróleo e craqueamento catalítico. Os dois principais

fornecedores mundiais do software são as empresas

AspenTech e Invensys, com os produtos Aspen Plus

e ROMeo, respectivamente.

Gerenciamento de alarmes

Gerenciamento de alarmes consiste em um pro-

cesso no qual os alarmes são “engenheirados”, moni-


3792

torados e gerenciados, tendo como objetivo a segu-

rança e confiabilidade operacional.

O processo passa por uma primeira fase de raci-

onalização de alarmes, na qual a taxa de alarmes

(ocorrência por unidade de tempo) é reduzida signifi-

cativamente.

Após a fase de racionalização de alarmes, são

recomendadas boas práticas para manter os seus be-

nefícios, as quais são:

Operação:

• Analisar a cada turno os alarmes de segurança

(alta prioridade) e as respectivas ações implementa-

das;

• Analisar a cada turno o relatório dos alarmes

não normalizados;

• Reunir semanal com a manutenção para a aná-

lise do relatório de alarmes.

Engenharia:

• Analisar os eventos que ocasionam os alarmes

mais frequentes: sintonia dos alarmes, agarramento

de válvulas, saturação dos controladores PID, projeto

de controle, etc;

• Analisar alterações efetuadas dos parâmetros

de sintonia dos alarmes efetuada pela operação;

• Analisar as principais causas de alarmes após a

racionalização;

• Analisar a taxa de alarmes verificando oscila-

ções e períodos de troca de carga e campanha e mu-

dança de turno.

A maioria das refinarias utiliza o sistema de ge-

renciamento de alarmes desenvolvido pela

PETROBRAS denominado BRAlarmExpert.

Gerenciamento de ativos

O gerenciamento de ativos consiste de aplicati-

vos que oferecem uma melhor visibilidade do desem-

penho e integridade dos ativos do sistema de controle

e equipamentos industriais, ajudando a reduzir inci-

dentes e manutenção através da antecipação na de-

tecção de falhas. O software integra informações do

processo, sistema de monitoração de equipamentos

como vibrações, termografia e detectores de corro-

são.

O gerenciador de ativos está integrado com mo-

delos de detecção de falhas e de equipamentos. Atra-

vés de informações online é determinado o desempe-

nho de equipamentos e realizada a predição de futu-

ras falhas no sistema de ativos. Ele tem interface com

diversos bancos de dados e permite o acesso a docu-

mentos de projetos e manutenção dos ativos. Podem

ser fornecidos relatórios sob demanda.

No estágio atual, o gerenciamento de ativos está

sendo utilizado pelas refinarias para a manutenção

preditiva da instrumentação interligada ao Sistema

Digital de Controle Distribuído (SDCD). Além dos

elementos primários das malhas de controle, também

são monitorados os Controladores Lógicos Progra-

máveis (PLC) e os Sistemas Instrumentados de Segu-

rança (SIS) de sistemas dedicados, como o Bently

Nevada de vibração de equipamentos.

Mistura em linha e gerenciamento de movi-

mentação

As crescentes exigências de qualidade combina-

das com o desejo de reduzir a sobre especificação

nos produtos finais fizeram com que os sistemas de

mistura em linha se tornassem uma tecnologia chave

nas refinarias de petróleo.

Esses sistemas se baseiam na manipulação de

vazões de correntes com qualidade conhecida para

gerar uma mistura cuja qualidade é estimada e con-

firmada por análises em linha, conforme figura 6.

A PETROBRAS vem desenvolvendo o aplicati-

vo GOMM (Gerenciado e Otimizador de Misturas e

Movimentações), ilustrado na figura 7, o qual consis-

te basicamente de um gerenciador de alinhamentos,

um módulo de otimização e outro de controle avan-

çado. O sistema possui interface com sistemas de

dados da estocagem, movimentação e qualidade.

Figura 6. Mistura em linha de diesel

Figura 7. Gerenciador e Otimizador de Misturas e Movimentação

4 Gestão da Automação no Refino

A história da implantação de automação indus-

trial no Refino da PETROBRAS pode ser dividida


3793

em três fases. A primeira iniciou-se em 1986, com a

adoção de uma política de troca de instrumentação

analógica por eletrônica digital, o que exigiu maciços

investimentos em hardware. Em 1989, a emissão do

primeiro Plano Diretor de Automação Industrial,

voltado para a atratividade dos investimentos, repre-

sentou o início da segunda fase. Já havia ficado claro

que investimentos em hardware só geraria o adequa-

do retorno financeiro se houvesse a implantação de

sistemas para otimizar em tempo real a operação das

refinarias.

Tal otimização decorre do uso de medições fre-

quentes e abrangentes do estado das unidades de pro-

cesso para gerar uma grande quantidade de dados.

Esses dados são usados em modelos matemáticos e

outras ferramentas analíticas que fornecem uma com-

paração entre o desempenho atual e o desejado e que

permitem planejar ações para o futuro com maior

confiança. Assim, a principal característica da refina-

ria automatizada é o processo de decisão e atuação

baseado na melhor previsão disponível do futuro,

enquanto que o esquema tradicional se caracteriza

por reações ao que acaba de acontecer.

Essa segunda etapa se caracterizou pelo investi-

mento maciço em capacitação de pessoal técnico e

em desenvolvimento de aplicativos. Posteriormente

houve a implantação em larga escala de sistemas de

controle avançado e alguns projetos envolvendo mis-

tura em linha e outras tecnologias, Os benefícios au-

feridos foram consideráveis, resultantes do aumento

de rendimentos de produtos mais nobres, economia

de energia, maior confiabilidade de produção, etc.

A terceira etapa se iniciou por volta do ano 2000

e que se caracteriza pelo foco na garantia da efetivi-

dade dos resultados obtidos com as tecnologias de

otimização em consonância com os objetivos da ex-

celência operacional. Essa garantia pressupõe uma

série de ações, entre as quais podemos citar a criação

de uma metodologia de avaliação dos resultados de

cada tipo de aplicativo de otimização, o acompanha-

mento rigoroso dos resultados obtidos, a assistência

técnica para resolver os problemas que reduzem a

efetividade das soluções e a melhoria contínua da

tecnologia e dos softwares que constituem as solu-

ções.

Para que seja possível garantir essa efetividade

dos resultados deve-se reconhecer que as aplicações

da automação industrial são suportadas por um con-

junto de fatores interligados, como os elos de uma

corrente, entre os quais estão: tecnologia, operabili-

dade e segurança, treinamento ao usuário, assistência

técnica, monitoração de desempenho e documenta-

ção. Sendo assim, o enfraquecimento de qualquer um

dos oito anéis desta corrente, implica na redução dos

benefícios econômicos do aplicativo ao longo do

tempo. Como mostra a figura 8 (Ruel, 2013), a mai-

oria dos projetos tende a reduzir os seus benefícios

após o comissionamento em função do falta de supor-

te técnico e manutenção.

Qualquer ferramenta de automação requer recur-

sos humanos para seu adequado funcionamento, cuja

alocação demanda um comprometimento da gerência

na busca dos benefícios.

Nesta secção, é descrita a gestão de automação

do sistema de controle avançado do Refino da

PETROBRAS. A metodologia utilizada para garantir

a efetividade das soluções implantadas é divida em

duas fases: (1) criação do índice de desempenho eco-

nômico para avaliar de forma mais abrangente o de-

sempenho do sistema de controle avançado, e (2)

desenvolvimento do software MONICA para monito-

ração do referido sistema de forma mais detalhada.

Figura 8. Benefícios das aplicações ao longo do tempo

Índice de desempenho econômico

O ganho econômico do controle avançado está

diretamente relacionado com a ativação das restri-

ções ou variáveis controladas do processo dentro de

sua região de operação, a qual se refere a um polie-

dro de dimensão igual ao número de variáveis mani-

puladas. Desta forma, o índice de desempenho eco-

nômico consiste no acompanhamento do PCAT (Per-

centagem de Controladas Ativas) o qual é configura-

do como uma variável auxiliar da aplicação do con-

trole multivariável. Seu valor, determinado na mesma

frequência que o algoritmo de controle, é armazena-

do na base de dados de processo. O PCAT é determi-

nado pela seguinte equação (zanin e Moro, 2004):

SMANIPULADA de Total

100 x ATIVAS SCONTROLADA de NÚMEROPCAT

(1)

Uma vez que nem toda manipulada corresponde

a um grau de liberdade efetivo para ativar restrição e

que as perturbações fazem com que a unidade não

possa permanecer continuamente nas restrições, para

cada aplicação é determinado um PCAT ótimo viá-

vel, o qual é utilizado para o cálculo dos benefícios

da respectiva aplicação:

PCAT

PCATx $BENEFÍCIOCAV$

ótimo

(2)

Sendo $CAV e $BENEFÍCIO, respectivamente,

o benefício calculado e o de referência (obtido atra-

vés de análise estatística de dados antes e após a im-


3794

plantação do projeto) do controle avançado, por uni-

dade de vazão de carga.

O PCATótimo é calculado de acordo com a

equação (3):

SMANIPULADA de Total

100 x ATIVAS SCONTROLADA de POTENCIAL NÚMERO x fdótimoPCAT

(3)

onde fd é um fator menor que 1, usado para compen-

sar as transições da unidade devido às perturbações,

que fazem com que as variáveis se afastem das res-

pectivas restrições. O número potencial de controla-

das ativas na equação (3) é definido em função dos

objetivos de otimização e do potencial do controlador

em atuar sobre essas variáveis.

MONICA: monitoração detalhada

Esta ferramenta, construído no PI da Osisoft, é

um portal de monitoração online do controle avança-

do com acesso através da web. Ela permite, de forma

rápida, detectar a perda de desempenho das aplica-

ções e disparar as ações de correção que se mostra-

rem necessárias.

Além dos indicadores globais do sistema como o

fator de utilização e índice econômico, o painel de

monitoração fornece informações detalhadas das va-

riáveis que fazem parte do controle multivariável:

• Percentual de tempo com controle (% tempo

com controle): o tempo em que a variável permane-

ceu ligada em relação ao tempo total em que o con-

trolador permaneceu ligado;

• Percentual da variável operando ativa (% ati-

va): é o percentual de tempo em que a variável esteve

sobre um dos seus limites em relação ao tempo em

que esteve ligada;

• Percentual dentro da faixa (% dentro da faixa):

indica o percentual de tempo em que a variável este-

ve entre os limites máximo e mínimo;

• Percentual fora da faixa (% fora da faixa): é o

percentual de tempo em que a variável esteve acima

do limite máximo ou abaixo do limite mínimo, ambos

em relação ao tempo em que a variável esteve ligada.

Na figura 9, gerada pelo MONICA, é sinalizado

em laranja uma variável controlada desligada e em

vermelho três variáveis cujo limite superior é prati-

camente todo o tempo violado. Na mesma figura, os

valores sinalizados com azul indicam que as respecti-

vas variáveis estão sendo otimizadas (ativas) na qua-

se totalidade do tempo.

Existem, também, indicadores estatísticos relaci-

onados à média, ao desvio-padrão e aos valores má-

ximos e mínimos atingidos pelas variáveis enquanto

ligadas ou desligadas, o que possibilita o usuário uma

visualização também do comportamento geral das

variáveis no que tange às variações devidas ao pro-

cesso, ao controle e à instrumentação.

Figura 9. Análise das variáveis controladas

Moro et al. (2014) fornecem uma descrição deta-

lhada do MONICA.

5 P&D e Integração com Universidades

Desde a emissão do Plano Diretor de Automação

Industrial de 1989, a estratégia adotada pela

PETROBRAS para a automação industrial da área de

refino segue o mesmo caminho dos grandes refinado-

res de petróleo, como ExxonMobil e Shell, e envolve

uma abordagem híbrida em relação ao fornecedor de

tecnologia, a qual pode ser comercial padronizada ou

desenvolvida internamente, a depender de uma séria

de fatores.

A utilização de soluções comerciais pode ser

considerada como o caminho natural, quando estas

soluções forem consagradas, padronizadas e ampla-

mente aceitas pelo mercado. Este é o caso dos siste-

mas básicos de automação como os SDCDs e PLCs,

além de aplicativos como, por exemplo, bases de

dados de processo, sistemas de reconciliação de da-

dos, etc.

Quando as soluções comerciais não estão ainda

disponíveis, são excessivamente custosas ou necessi-

tam de extensa adaptação para que sejam adequada-

mente utilizadas, a empresa tem, em muitos casos,

lançado mão do desenvolvimento interno, frequente-

mente suplementado pela cooperação com institui-

ções de ensino e pesquisa e empresas do ramo.

Em ambos os casos, isto é, independente da tec-

nologia ser comercial ou desenvolvida internamente,

a PETROBRAS considera necessário que seus pro-

fissionais tenham a capacidade de configurar, ajustar

e adaptar as aplicações às condições de uso, além de

atuar para garantir sua efetividade.

Para que essa estratégia seja viável a formação

de recursos humanos é prioritária. Inicialmente, ainda

no final dos anos 1980, devido à falta de programas

de treinamento específicos, a PETROBRAS organi-

zou cursos de Especialização em Automação e Con-

trole Avançado com a Universidade de São Paulo

(USP), com a Universidade Federal do Rio de Janei-

ro (UFRJ) e com a Universidade Federal de Minas


3795

Gerais (UFMG). A partir daí, a capacitação em nível

avançado prosseguiu através de programas de mes-

trado e doutorado e de novos cursos de especializa-

ção em intervalos regulares. Em algumas situações

são também realizados programas de capacitação em

universidades do exterior, na forma de doutorados e

pós-doutorados.

Fica claro então que a capacitação avançada de

pessoal próprio tem papel chave na integração com

universidades, mas não esgota esse processo. Essa

integração é também peça fundamental no desenvol-

vimento da tecnologia através de projetos de P&D.

Os projetos de P&D, como regra geral, são co-

ordenados pelo Centro de Pesquisas da

PETROBRAS (CENPES) e acompanhados pela área

cliente dos resultados. Frequentemente, uma parcela

importante do trabalho de pesquisa e desenvolvimen-

to é realizada em universidades e centros de pesquisa

através de termos de cooperação ou convênios espe-

cíficos. Na área de automação do refino é usual que

pessoal próprio participe diretamente do esforço de

pesquisa através de programas de pós-graduação li-

gados ao assunto em estudo. Essa abordagem facilita

sobremaneira a posterior aplicação da tecnologia

desenvolvida nas instalações industriais.

Visando incrementar os resultados da abordagem

citada acima, a PETROBRAS utiliza complementar-

mente os Centros de Excelência Tecnológicos. Esses

centros buscam uma colaboração permanente entre a

empresa e as universidades para complementar a

forma pontual que ocorre durante os projetos de

P&D. Nestes centros as Universidades adquirem um

papel crucial e por isso há uma Universidade Âncora

para cada um deles. Em alguns casos o centro está até

mesmo localizado fisicamente fora da PETROBRAS

e este é o caso, por exemplo, do CETAI - Centro de

Excelência em Automação industrial – criado em

2000 e que desde 2008 funciona em instalações na

Escola Politécnica da USP.

Essa abordagem recebeu um impulso com o fim

do monopólio do petróleo e criação da ANP (Agên-

cia Nacional de Petróleo), pois dentro dos contratos

de concessão de campos de produção foi colocada a

exigência de investimentos em P&D proporcionais

aos resultados obtidos. Estes recursos podem ser

aplicados parcialmente nas estruturas internas de

pesquisa da PETROBRAS (até o valor de 50%), mas

uma parcela (no mínimo 50%) deve ser direcionada

para Universidades e Instituições de Pesquisas. Com

isso, a partir de 2006, um volume substancial de re-

cursos ficou disponível para ser investido nas Uni-

versidades Brasileiras.

No entanto, constatou-se que a maioria das uni-

versidades não dispunha de infra-estrutura adequada

para executar projetos de pesquisa e desenvolvimento

na abrangência e profundidade necessárias para aten-

der as expectativas da PETROBRAS. Por este moti-

vo, foi então criado o mecanismo das chamadas redes

temáticas, que visavam promover investimentos em

infra-estrutura laboratorial nas universidades em

áreas relacionadas a diversos assuntos de interesse da

empresa. A área de automação foi coberta pela

IACOT – Rede Temática de Instrumentação, Auto-

mação, Controle e Otimização, que inicialmente con-

gregava as seguintes universidades nacionais: USP,

UFRJ, URFN, UFCG e UFRGS.

Após essa fase de melhoria da infra-estrutura de

pesquisa, a ênfase se deslocou para a execução de

projetos de pesquisa e desenvolvimento. Esta situa-

ção perdura até o momento atual, sendo que vários

projetos na área de automação já foram executados

ou estão em andamento, envolvendo temas diversos

como, por exemplo, gerenciamento de alarmes, avali-

ação de desempenho de sistema de controle regulató-

rio e avançado, algoritmos de controle preditivo de

horizonte infinito, sistemas de mistura em linha, oti-

mização em tempo real, etc.

6 Conclusões e Visão de Futuro

No médio prazo uma moderna refinaria de petró-

leo será um sistema onde os controles de processos

não serão mais individualizados, mas sim integrados

visando à otimização global. Isto resultará em enor-

mes ganhos energéticos e ambientais e diminuirá

significativamente a quantidade de insumos consumi-

dos para gerar os derivados de petróleo.

No médio prazo é altamente provável que o

principal objetivo de uma refinaria ainda será a pro-

dução de combustíveis. No entanto, haverá um au-

mento significativo na obtenção de matérias primas

contidas no petróleo para uso na indústria petroquí-

mica. Nesta refinaria do futuro a operação das unida-

des se baseará em informações moleculares do petró-

leo e será constituída de sistemas totalmente integra-

dos de energia e massa.

A refinaria do futuro no longo prazo não será

mais um supridor de combustível para queima e pro-

dução de energia, mas sim uma provedora de maté-

rias primas para indústria petroquímica e química e

será integrada com em uma cadeia envolvendo maté-

rias primas renováveis. No futuro poderemos usar

cada uma das milhares de substâncias contidas no

petróleo para o uso mais nobre possível, evitando ao

máximo sua simples queima para produção de ener-

gia.

Para que essa situação possa ser alcançada será

necessário desenvolver tecnologias que permitam

caracterizar em tempo real e com altíssima resolução

em termos de espécies químicas o petróleo que é ali-

mentado às unidades de destilação. Ao mesmo tem-

po, serão necessários sistemas que acompanhem,

também em tempo real, o desempenho das instala-

ções industriais de modo que seja possível ajustar

modelos precisos e capazes de prever o comporta-

mento dessas instalações quando operando em condi-

ções diversas das atuais. De posse dessas informa-

ções e modelos será possível determinar as condições

ótimas de operação de todo o sistema produtivo de


3796

modo a maximizar a lucratividade. Naturalmente a

automação é a tecnologia subjacente a todos esses

sistemas, e maciços investimentos em capacitação e

desenvolvimento tecnológico serão necessários para

atingir este estágio.

Agradecimentos

Agradecemos à comunidade de automação das refi-

narias e do CENPES, sem as quais a automação in-

dustrial não teria atingido o alto grau de desempenho

atualmente verificado.

Referências Bibliográficas

Cutler, C. R. and Ramaker, B. L. (1979). Dynamic

matrix control: a computer control algorithm.

In: AIChE 86th National Meeting, paper 51-B,

Houston.

Lafraia, J. R. B. (2012). Folder: Sistema de Gestão

de Excelência Operacional. PETROBRAS AB-

RE/EO.

Moro, L. F. L. (1997). SICON – Uma solução cliente

servidor para controle avançado. IV Congresso

PETROBRAS de Informática e

Telecomunicações - INFTEL, São Paulo.

Moro, L. F. L; Zanin, A. C; Gomes, A. N; Santos, E.

S. e Oliveira Jr, H. G. (2014). Monitoração On-

Line do Desempenho do Controle Avançado. 4º

CICAP – Congresso de Instrumentação,

Controle e Automação da PETROBRAS, Rio de

Janeiro.

Ross, M. (2013). Driving Operations Excellence

through Better Operator Competency. 2013

Honeywell Users Group Americas, Phoenix,

USA.

Rotava, O. and Zanin, A. C. (2005). Multivariable

control and real-time optimization – an industrial

practical view. Hydrocarbon Processing, Jun.,

61-71.

Ruel, M. (2013). Best Practices with Control

Performance Monitor. 2013 Honeywell Users

Group Americas, Phoenix, USA.

Zanin, A. C e Moro, L. F. L. (2004). Gestão da

Automação Industrial no Refino. Rio Oil & Gas,

Rio de Janeiro.

Zanin, A. C; Moro, L. F. L; Gomes, A. N e Santos, E.

S. (2014). Evolução do Sistema Integrado de

Controle Avançado - SICON. 4º CICAP –

Congresso de Instrumentação, Controle e

Automação da PETROBRAS, Rio de Janeiro.


3797

Documents

O PAPEL DA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL NA EXCELÊNCIA … · this application contributes to the Operational Excellence, a concept that is also briefly described. The main automation applica-