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CONSERVA˙ˆO DE ENERGIA NA INDSTRIA DO PAPEL E CELULOSE ATRAVS DA IMPLEMENTA˙ˆO DE ESTRATGIAS DE CONTROLE AUTOM`TICO AVAN˙ADO Apresentador: Manuel J. S. Zamorano

Manuel Zamorano

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Page 1: Manuel Zamorano

CONSERVAÇÃO DE ENERGIA NA INDÚSTRIA DO PAPEL E

CELULOSE ATRAVÉS DA IMPLEMENTAÇÃO DE ESTRATÉGIAS DE

CONTROLE AUTOMÁTICO AVANÇADO

Apresentador: Manuel J. S. Zamorano

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Page 2: Manuel Zamorano

Manuel Zamorano engenheiro eletrônico com experiência de mais de 30 anosem processos industriais, principalmente na área de papel e celulose, comatuação em importantes empresas multinacionais, tendo desenvolvidoatividades profissionais em vários países.

Entre a experiência acumulada está o projeto de automatização de processos eo design de diversos sistemas e equipamentos de tipo mecatrônicos, voltadosprincipalmente para a área da termodinâmica aplicada, como sistemas de vapore sistemas para a recuperação de calores residuais.

Manuel Zamorano presta serviços de consultoria em sistemas térmicos e decontrole automático para diversos segmentos industriais e hoje está comrequerimento de patente ante o INPI por vários equipamentos.

APRESENTAÇÃO

Page 3: Manuel Zamorano

Esta apresentação foi possível graça aos dados conseguidos junto às seguintes

organizações:

ABTCP Associação Brasileira Técnica de Celulose e Papel

APPITA (technical association for the Australian and New Zealand pulp and paper industry)

PAPTAC (Pulp & Paper Technical Association of Canada)

TAPPI (US Technical Association of the Pulp & Paper Industry). Organização

da qual este apresentador é membro.

Os meus sinceros agradecimentos a todos eles.

AGRADECIMENTOS

Page 4: Manuel Zamorano

Nos dias de hoje num mercado globalizado a concorrência se tornou extremadamente

acirrada. Isto faz com que o industrial da área de Papel e Celulose, tenha que implantar

efetivos métodos de produção, de forma de diminuir os custos dos mesmos ao máximo,

para assim se tornar competitivo, isto não só é válido para o Brasil mas também se aplica

a nível global.

A eficiência na produção se consegue com a implantação de afinados métodos de

fabricação, modernos equipamentos e modernos estratégias de controle automático.

No que diz respeito ao controle automático, não mais é rentável pensar na implantação só

do controle clássico regulatório, mas sim de modernas e complexas estratégias de

controle avançado. Isto sim da grandes retornos a quem os implanta.

A regra é clara, quem se resiste a entrar na modernidade tende a amargar maus

resultados com seu negocio, num futuro muito próximo. Temos que lembrar que no Brasil,

as reservas de mercado, já faz muitos anos que terminaram!

INTRODUÇÃO

Page 5: Manuel Zamorano

A indústria do Papel e Celulose é uma das 6 maiores consumidoras de energia a nível do

Brasil e mundial.

A energia gasta no processo produtivo papeleiro, representa quase que o 35% do custo total de produção.

O consumo de energia específica nas máquinas de papel no Brasil é muito alto na maioria

das empresas, se comparado com países do �primeiro mundo�.

Devem ser feito esforços para melhorar este quadro, o qual é possível com a

implementação de modernos equipamentos e estratégias avançadas de controle

automático.

O controle de processo avançado (em inglês, advanced process control, APC) é uma das

opções mais indicadas para reduzir, não só o consumo específico de energia mas também a variabilidade do processo, que conduz à fabricação de produtos de melhor

qualidade, com economia considerável de matéria prima e insumos químicos.

APLICAÇÃO DA CONSERVAÇÃO DE ENERGIA NA INDÚSTRIA

DO PAPEL E CELULOSE

Page 6: Manuel Zamorano

A INDÚSTRIA DO PAPEL E CELULOSE: O PROCESSO PRODUTIVO

Page 7: Manuel Zamorano

Representação esquemática do processo produtivo

A INDÚSTRIA DO PAPEL E CELULOSE: O PROCESSO PRODUTIVO

O produto final �papel� depende da operacionalidade de

vários processos individuais, mas inter-relacionados

Page 8: Manuel Zamorano

Características típicas deste setor industrial:

Indústria de grande capital� Precisa de grandes investimentos.

Indústria de uso extensivo de energia� A maioria das operações tem

grande utilização de energia.

Indústria poluidora do meio ambiente� Grande quantidade de poluentes potenciais de solo, água e ar.

Características do processo:

Processo longo e complexo� muitas unidades de operação.

Grandes tempos de atraso entre os processos.

Composição da matéria prima incerta muito variada.

Operações interdependentes.

Interações das variáveis em todas as operações.

DESAFIOS NA INDUSTRIA DO PAPEL E CELULOSE

Page 9: Manuel Zamorano

OS OBJETIVOS DA INDUSTRIA DO PAPEL E CELULOSE

Redução do consumo específico de matéria prima, energia, insumos

químicos e água.

Redução dos custos de produção.

Redução da variabilidade do processo produtivo.

Redução dos desperdícios.

Maximização da utilização de seu parque industrial instalado.

Cumprir com as normas que regulam o meio ambiente.

Conseguir o conhecimento completo do seu processo.

Page 10: Manuel Zamorano

Vapor: 8.00 tons/ton de papel terminado no primeiro mundo

Polpagem lavagem

Branqueamento

Evaporação LN

Caldeira recuperação

Recalcificação e forno cal

Máquina de papel

Máquina secadora celulose

CONSUMO DE ENERGIA NA INDUSTRIA DO PAPEL E CELULOSE

Outros

Vapor:11.8 tons/ton de papel terminado no Brasil

Page 11: Manuel Zamorano

Energia elétrica: 1300 KWh/ton de papel terminado, no primeiro mundo

Picagem

Digestores

Lavagem e peneragem

Branqueamento

Preparação de massas+ máquina de papel

Caldeiras

Tratamento de águas

Recuperação (evap+ cald. recup, recalcificação)

Tratamento de efluentes

Iluminação oficinas outros

CONSUMO DE ENERGIA NA INDUSTRIA DO PAPEL E CELULOSE

Energia elétrica: 1470 KWh/ton de papel terminado, no Brasil

Page 12: Manuel Zamorano

CONTROLE AVANÇADO DE PROCESSO

APC

Page 13: Manuel Zamorano

SOLUÇÕES DE AUTOMAÇÃO DE PLANTA:

HIERARQUIA, DIVERSOS NÍVEIS DO CONTROLE AUTOMÁTICO

Nível 3 � MES

(Manufacturing execution

system)

Nível 1- Controle básico

Regulatório

Nível 0 - Sensores e Atuadores

Hiera

rquia

da a

utom

ação

Integração a ERP

(Enterprise resources planning)

Controle de Otimização

Nível 2

Controle Supervisório

Page 14: Manuel Zamorano

Malha

Controle local

(Variável única)

Cascata

Controle indireto

(Variável única)

Supervisório

Controle multi-malhas

(Otimização)

Simulação, Monitoramento e

Diagnósticos

(Toda planta)

Nível

DCS/PLC

A POSIÇÃO DOS APC NA HIERARQUIA DA AUTOMAÇÃO

Page 15: Manuel Zamorano

CONTROLE AVANÇADO DE PROCESSO:

UM POUCO DE HISTORIA

O controle avançado de processos APC foi desenvolvido primeiramente

para aplicação na área petroquímica.

Os primeiros desenvolvimentos remontam ao ano de 1970.

É uma técnica relativamente nova no setor de Papel e Celulose, sendo

que as primeiras aplicações no �primeiro mundo� foram implantadas no

começo da década de 90.

Até os dias de hoje existe mais de 10.000 aplicações instaladas no

mundo, maiormente na área petroquímica 65%, celulose-papel representa ~5% deste total.

Page 16: Manuel Zamorano

O QUE É APC ?

É o nome genérico dado a uma serie de estratégias avançadas de controle de

processos industriais.

MPC, CMPC, Expert Systems, Fuzzy Logic, DMC, SPC e Advanced Regulatory

Control, são todos estratégias APC.

CMPC: Cascade Model Predictive Control

MPC: Model Predictive Control

DMC: Dynamic Matrix Control

SPC: Statistical Process Control

Page 17: Manuel Zamorano

O QUE É APC ? CONT...

É uma estratégia de controle de processos para:

Solucionar os pontos fracos do tradicional sistema de controle tipo single-loop (nível-1, ou regulatório) como:

− A interação de multivariáveis.

− Os gargalos ou restrições da planta.

− Os tempos mortos.

− Os atrasos nas medidas de tempo real.

A maximização do despenho do processo �sem a adição de novos equipamentos�

Tomar controle da planta, comandando o sistema de controle de nível -1 (regulatório).

É uma solução de Software que:

Comunica com o nível-1.

Contém algoritmos de controle muito complexos que permite:

− A modelagem do processo.

− A otimização dos próprios algoritmos.

− O desenvolvimento de sensores virtuais (soft sensors).

APC não requer de hardware adicional a aquele já

instalado no processo.

Page 18: Manuel Zamorano

Maneja processos complexos de multivariavéis em forma natural.

Permite um controle otimizado para restrições ou gargalos específicos no processo

produtivo:− Os ganhos são conseguidos operando próximo ou nos gargalhos.

− Por exemplo, porquê operar o nível de um tanque, num determinado set-point (como no PID) quando o que se quer e o fluído esteja disponível desde um

mínimo possível ate um máximo.

A habilidade que tem de otimizar os set-points.

A habilidade que tem para tratar com tempos de retardo prolongados.

CONTROLE AVANÇADO DE PROCESSO:

RAZÕES PARA O SUCESSO

Page 19: Manuel Zamorano

Aumento da transformação (matéria prima => produto).

Aumento da recuperação de matéria prima e insumos.

Diminuição do consumo de energia.

Diminuição dos produtos fora de especificação.

Redução das perturbações a outros processos interligados.

Redução da mão de obra operacional.

Aumento da flexibilidade da planta.

CONTROLE AVANÇADO DE PROCESSO:

OS BENEFICIO NO PROCESSO PRODUTIVO

Page 20: Manuel Zamorano

O QUE O APC OFERECE?

Enxergar o processo completo como uma entidade única a ser controlada

Usando a modelagem do processo (conhecimento).

A modelagem captura a interação entre as multivariáveis.

Controlar �o agora� e �o futuro�

Usando o poder preditivo dos modelos.

Otimizar o desempenho

Alcançando o balanço entre a transformação e a qualidade.

Lidando com os gargalhos.

Reduzindo a variabilidade em operação.

Facilitar ao controle preditivo (feedforward)

�Sensores soft� (ou virtuais) podem ser utilizados para estimar importantes

variáveis que não podem ser medidas.

Page 21: Manuel Zamorano

SENSORES SOFT: MEDEM O QUE NÃO PODE SER MEDIDO

Sensores soft

Senso soft é a predição das variáveis de saída utilizando valores e históricos

das variáveis de entrada - saída num horizonte predefinido.

Os sensores soft contem um mecanismo para incorporar correções periódicas no

valor predito.

� Disponibilidade para medições off-line.

� Possibilidade de adaptação dos parâmetros do sensor para melhorias do

desempenho.

Crucial para situações onde a freqüência do controle é maior que a freqüência das

medições.

Page 22: Manuel Zamorano

ESTRATÉGIAS APC ESTABILIZAM E OTIMIZAM

80

85

90

95

100

105

Antes do APC APC On line Objetivo para cima

Lim

ite

%

Limite de especificação

Desviações

padrão

reduzidas

Page 23: Manuel Zamorano

Precisa construir primeiro um modelo de processo de multivariáveis:

O modelo descreve como cada entrada afeta todas as saídas.

Há um modelo para cada produção.

Pode mostrar gargalhos em cada entrada e saída.

APC inclui a otimização que determina set-points otimizados de objetivos com os gargalhos específicos.

CONTROLE AVANÇADO DE PROCESSO APC:

ALGUMAS CARACTERÍSTICAS IMPORTANTES

Page 24: Manuel Zamorano

Entradas (causas)

MATRIZ DE CAUSA E EFEITO: NA RESPOSTA A UM PULSO

Saídas (Efeitos)

− Precisa determinar que variável tem de ser incluída no

controlador.

− As MV são normalmente set-points das malhas PID.

− Deve-se escolher a ordem do modelo, tipo e comprimento dos retardos.

− Que elementos são zero?Variáveis preditas

(PV)

Variáveis

manipuladas (MV)

Variáveis controladas (CV)

Page 25: Manuel Zamorano

O objetivo do controle avançado MPC (Model Predictive Control) é executar cálculos

que permitam fazer uma seqüência de saídas de controle das variáveis CV de maneira

a seguir uma predição dada pela modelagem do processo para levar as MV ao valor de

setpoint numa forma otimizada.

Os cálculos do controle são baseados nas medidas atuais das variáveis do processo e

na predição dos valores futuros das variáveis de saída.

As predições são realizadas baseadas em modelos dinâmicos do processo

Os algoritmos de controle utilizam uma técnica chamada de Receding Horizon

Approach � isto é uma seqüência de saídas de controle M que são calculados a cada

intervalo de execução, mas onde só o primeiro movimento e realmente implementado

Set-point (Objetivo)

Passado Futuro

Horizonte de controle M

Horizonte predito P

Movimento de controle u

O MPC UMA ESTRATÉGIA DE CONTROLE AVANÇADO

Page 26: Manuel Zamorano

O QUE É MPC ?

Arquitetura do sistema

O MPC é um método baseado em

controle ótimo, isto é, que seleciona

as entradas de controle de forma a minimizar uma função objetivo. O

cálculo da função objetivo baseia-se tanto em valores atuais de saídas do

processo quanto em valores preditos por um MODELO EXPLÍCITO do

processo.

Por ser implementado em sistemas digitais, a abordagem é discreta no

tempo

A estratégia MPC

Page 27: Manuel Zamorano

CONTROLE AVANÇADO DE PROCESSO:

MPC A ESTRATÉGIA MAIS UTILIZADA DENTRO DOS APC

Os algoritmosOs blocos

Page 28: Manuel Zamorano

OPORTUNIDADES DE OTIMIZAÇÃO NO SETOR DE

PAPEL E CELULOSE COM APC

Page 29: Manuel Zamorano

Soluções APC nas seguintes áreas produtivas:

Digestores (bateladas e contínuos)

Seção de recuperação

− Caldeira de recuperação

− Forno de cal− Evaporação licor

Re-calcificação

Lavagem

Máquina de papel

Caldeiras

OTIMIZAÇÃO NAS PLANTAS DE PAPEL E CELULOSE

Page 30: Manuel Zamorano

Polpagem lavagem

Aumento do ganhoMenos madeira, químicos e

vapor ou aumento da produção

Diminuicao dos residuosMenor custo com químicos,

menor custo na recuperação

Controle da lavagemMenor custo com químicos e

perdas, menor custo na recuperação

Qualidade consistenteMelhor corrida na máquina de

papel

Programação dinâmicaDiminuição das paradas e

perdas de produção

Planta de refugos

Otimizacao hidrapulper Aumento da saída

Melhoria do controle de toda a unidade

Menor tempo parada, menor derramamento

Recuperação / recaustificação

Controle da evaporação

Conteúdo sólidos mais

consistente, redução na

queima de gás

Programação parada

evaporadorMenor consumo vapor, aumento da transformação

Otimizacao da sopragemMenor consumo vapor, maior geração de vapor

Otimizacao forno cal Menor consumo gás

Caldeiras

Co-geraçãoDiminuição energia elétrica

comprada

Distribuição cargas Minimiza a máxima demanda

Controle vapor distribuidor Diminui custo energia

Otimizacao caldeira/turbina Diminui custo energia

Controle excesso O2 Diminui custo energia

OTIMIZAÇÃO NAS PLANTAS DE PAPEL E CELULOSE:

BENEFÍCIOS COMA IMPLANTAÇÃO DE ESTRATÉGIAS APC

ÁREA CELULOSE

Page 31: Manuel Zamorano

Máquina de papel

Troca de tipo papelRedução de quebras, aumento

produção

Controle consistencia massa Redução variabilidade produto

Controle refinaçãoRedução consumo energia,

freeness mais consistente

Otimização velocidade máquina Aumento a transformação

Controles transversaisAumento produção, diminuição

consumo fibra

Controle retenção Redução custo químicos

Adição aditivos Redução custo químicos

DrenagemRedução consumo energia,

redução consumo químicos,

aumenta a transformação

Controle umidade adaptativoAumenta a transformação,

redução consumo fibras

Controle propriedades físicasRedução consumo fibra, reduze

consumo químicos e energia

Controle floculação

Redução variabilidade, menos

quebras, melhora formação e

resistência

OTIMIZAÇÃO NAS PLANTAS DE PAPEL E CELULOSE:

BENEFÍCIOS COMA IMPLANTAÇÃO DE ESTRATÉGIAS APC CONT...

ÁREA MÁQUINAS DE PAPEL

Page 32: Manuel Zamorano

O QUE O APC OFERECE?

As melhorias atingíveis com APC depende das condições de processo.

Grandes benefícios podem ser conseguidos quando o processo é complexo, quando apresenta muita variabilidade, quando não é uniforme.

Benefícios

Alta taxa de transformação: sem agregar novos equipamentos. Típico aumento de 5-12%.

Minimização do consumo de energia: Redução de energia/ consumo combustível.

Típico 5-10% de redução.

Redução de matéria prima: Redução típica de fibra e aditivos entre 5-10% .

Qualidade consistente: Melhoria na qualidade do produto. Redução típica da

variabilidade entre 40-80%

Redução de produções fora de especificação durante troca de fabricação: típico

entre 10-20%

Operação mais suave

Alta disponibilidade da planta (redução de paradas)

Menor custo de produção

Page 33: Manuel Zamorano

ALGUNS EXEMPLOS DE OPORTUNIDADES DE REDUÇÃO

DO CONSUMO DE ENERGIA NO SETOR DE CELULOSE COM APC

Page 34: Manuel Zamorano

Necessidades e desafios:

Reduzir a variação de Kappa.

Estabilizar o processo. Ter uma melhor visão e controle do

processo.

CELULOSE, SECÇÃO DE DIGESTORES:

COM ESTRATÉGIAS DE CONTROLE MPC

Resultados:

Redução da variabilidade de 50% a 85%.

Aumento da produção.

Melhor qualidade. Melhorias na operação de lavagem.

Menor custo químico na secção de

branqueamento. Menor necessidade de manutenção.

Operação mais uniforme.

DIGESTORES

Page 35: Manuel Zamorano

CELULOSE, SECÇÃO DE BRANQUEAMENTO:

COM ESTRATÉGIAS DE CONTROLE MPC

Necessidades e desafios:

Operar os estágios com o menor pH

possível para minimizar o consumo

cáustico.

Manter configurações otimizadas de pH

nos estágios para minimizar o consumo

de ClO2 ou H2O2. Otimizar o controle de Alvura nos

estágios para manter as especificações

do produto evitando excessos de branqueamento e consumo de ClO2 ou H2O2.

Resultados: Redução da variabilidade de 50% a 80%.

Redução do uso de produtos químicos gerando

mais lucros. Obtenção de um controle preciso de Alvura e pH.

Em controle automático mesmo durante mudanças

de produto ou produção.

Operação mais estável.

Page 36: Manuel Zamorano

CELULOSE, SECÇÃO DE RECUPERAÇÃO:

COM ESTRATÉGIAS DE CONTROLE MPC

Necessidades e desafios:

Melhorar a economia de vapor. Maximize a taxa de transferência de calor.

Reduzir a variabilidade na concentração do

LN. Assegurar uma consistente concentração do

LN. Recuperar máxima quantidade de NaOH.

Diminuir paradas por limpeza dos trocadores de calor.

Diminuir a tendência ao scaling que reduz a transferência de calor nos evaporadores de

LN.

Page 37: Manuel Zamorano

Desafios:

Aumentar a produtividade.

Aumentar o uso de combustíveis alternativos.

Reduzir em forma significativa e consistente os custos de operação.

Criar uma cultura de continuas melhorias.

Resultados conseguidos

Aumento da produtividade, até 4.5% aumento real

produção.

- Atingindo um tempo de produção tão alto

quanto 90%.

- Menor tempo de forno devido alta temperatura.

Aumento do uso de combustíveis alternativos

(biomassa metanol, tall oil).

Redução das emissões de SOx e NOx.

- Melhor controle de temperatura.

Melhoria do controle de cal livre (CaO).

SOLUÇÕES APC PARA O FORNO DE CAL

Page 38: Manuel Zamorano

Destaques das melhorias

Redução da variabilidade:

− Temperatura do lado quente - 86%.− Temperatura do lado frio - 82%.− Excesso oxigênio- 90%.− Energia específica- 90%.

Benefícios econômicos

Redução da energia específica, típico 8.5%

significa grande economia de combustível.

O aumento taxa de transferência energética do

forno típico 22% e a melhoria da qualidade do

carbonato de cálcio (CaCo3) típico 25%, resulta

em grandes economias anuais na compra do cal bruto.

Redução de energia e químicos utilizados no licor

de cozimento.

Resultados típicos com APC do tipo MPC

SOLUÇÕES APC PARA O FORNO DE CAL CONT...

Page 39: Manuel Zamorano

OPORTUNIDADES DE REDUÇÃO DE ENERGIA

EM MÁQUINA DE PAPEL COM APC

Page 40: Manuel Zamorano

ESPECÍFICOS FABRICAÇÃO DE PAPEL

Brasil �Primeiro mundo�

Vapor: 1.5 - 1.9 Ton vap / Ton papel

Eletricidade: 350 - 480 kWh / Ton papel

Água fresca: 2 - 8 M3 / Ton papel

Papéis kraft e liner, valores médios

Vapor: 1.8 � 3,2 Ton vap / Ton papel

Eletricidade: 420 - 550 kWh / Ton papel

Água fresca: 8 - 15 M3 / Ton papel

Page 41: Manuel Zamorano

A indústria do papel e celulose é uma alta

consumidora de energia

A grande maioria dos processos da indústria

do papel e celulose que hoje operam foram projetados quando a energia era barata.

Mais de 250 máquinas operam hoje no Brasil

Cada máquina custa algumas dezenas de

milhões de dólares; Não é fácil trocar

tecnologia em forma rápida.

Nos últimos anos varias máquinas de papel

foram desativadas por terem altos custos de produção o mesmo tem acontecido na Europa

e US.

Consumo de energia por tipo de papel

no Brasil

Embalagem: 3 � 4.2 MWhr/ ton

Jornal: 3.5 � 4.5 MWhr/ton

Tissue: 6 � 8.5 MWhr/ton

Papéis finos: 5 � 10 MWhr/ton

Papéis especiais até 25 MWhr/ton

CONSUMO DE ENERGIA NA INDÚSTRIA DO PAPEL NO BRASIL

Consumo de energia por tipo de papel

media �primeiro mundo�

Embalagem: 2 � 3 MWhr/ ton

Jornal: 3 � 4 MWhr/ton

Tissue: 4 � 7.5 MWhr/ton

Papéis finos: 4 � 8 MWhr/ton

Papéis especiais até 20 MWhr/ton

Page 42: Manuel Zamorano

P&ID DE UMA SECÇÃO DE SECAGEM COM APC

Page 43: Manuel Zamorano

Uso de energia em máquina de papel

O processo da máquina de papel e do tipo de multivariável.

Possível melhoria do desempenho da máquina de papel com APC do tipo MPC:− Melhoria na estabilidade => na corrida ↑, na produção↑, no requerimento de energia↓

− Redução nas variações no sentido máquina de gramatura e umidade.

− Melhoria no controle de tom (papéis brancos e coloridos).

− Redução do tempo de trocas de fabricação: mais produção, menos quebra.

− Redução da energia gasta: otimizando drenagem e vapor nas secarias.

− Melhorias nas secarias: melhora na eficiência e redução da energia utilizada, controle

da umidade mais estável.

RESUMO

Page 44: Manuel Zamorano

Preparação de massas

Massas e aditivos

Refinação

Taxa uso refugo

Consistência massa

Aditivos retenção

Fluxo massa

Controle caixa entrada

Velocidade tela

Vácuo mesa

Recuperação fibra

Vapor usado secagem

Recuperação condensado

Gramatura

Umidade

Espessura

Brilho

Cor

Opacidade

Porosidade

Formação

Retenção

Conteúdo cinzas

Resistência

Produção

Uso energia

Máquina de Papel

AS MÁQUINAS DE PAPEL APRESENTAM UM

PROCESSO DE MULTIVARIÁVEIS

Page 45: Manuel Zamorano

Para ter um desenvolvimento exitoso na redução do consumo de energia na fabricação do papel, precisa se fazer um uso coordenado e coerente de um universo de

variáveis de todas as áreas do processo produtivo:

Refinação da massa.

Caixa de entrada.

Desaguamento que inclui:

− Taxa de uso dos químicos de apoio ao desaguamento.

− Vácuo correto dimensionamento dos elementos envolvidos.

Parâmetros de prensa (normalmente não utilizados em tempo real)

Secagem otimização de: pressões, pressões diferenciais, temperaturas e taxas de

recuperação de condensado (normalmente não utilizado no controle do processo)

Como a máquina de papel apresenta um quadro de multivariáveis e não de simples

variáveis que sejam controladas apenas por malas PID.

Como muitas destas variáveis tem de ter ranges fixos de operação.

Há então oportunidades de otimizar a operação destas máquinas com:

Controle avançado do processo que possui ferramentas que permitem fazer todas

as correções em tempo real.

REQUERIMENTOS DO SISTEMA DE CONTROLE PARA REDUZIR O CONSUMO DE ENERGIA NA MÁQUINA DE PAPEL

Page 46: Manuel Zamorano

Problemas de controle no processo papeleiro requerem de soluções baseados em

estratégias de controle multivariáveis:

As máquinas de papel tem muitas variáveis de controle que nunca se utilizam porque

no final não fica claro como utilizar elas num controle de tipo PID.

Por exemplo:

Formação e drenagem: são afetadas pelas mesmas variáveis de entrada.

Variáveis que são chaves são normalmente controladas com malhas de tipo PID

que lidam só com uma malha quando a necessidade é de controlar um conjunto

delas já que todas estão inter-relacionadas e afetam significativamente a qualidade.

Gramatura e umidade: estão inter-relacionadas e afetadas por um grupo das mesmas variáveis as quais são controladas por malhas PID individuais!

Por outro lado o processo papeleiro apresenta uma característica típica que são os

retardos (típico 30 a té 120 segs) de variáveis que afetam o comportamento das

variáveis de saída.

Todos estes problemas são efetivamente solucionados com uma estratégia de

controle avançado de processo!

CONTROLE AVANÇADO DO PROCESSO NA FABRICAÇÃO DE PAPEL

Page 47: Manuel Zamorano

Para otimizar uma melhor utilização da energia no processo papeleiro é

necessário um primeiro passo: a parte úmida da máquina isto não é um fato novo

e mais que conhecido.

Consistência da água branca, retenção, conteúdo de cinzas, formação e

drenagem.

Todas estas variáveis são afetadas por certos número de variáveis do circuito de

aproximação e por variáveis da máquina, muitas destas variáveis tendo um

grande impacto na utilização de energia no processo papeleiro :

Os objetivos de energia especifica nos refinadores.

Os fluxos e consistências de pastas virgens, refugo e fibra recuperada.

As taxas de dosagem de químicos incluindo retenção e aditivos.

Os parâmetros da caixa de entrada tais como abertura do lábio e jato/tela.

Vácuo na mesa.

O objetivo nesta área: manter estabilidade da água branca em consistência,

retenção, e cinzas.

Um controle avançado tal como um do tipo multivariavel preditivo é muito bem

indicado para controlar esta área que apresenta uma característica

multidimensional e de problemas potenciais de otimização.

REDUÇÃO DO CONSUMO DE ENERGIA NO PROCESSO PAPELEIRO:

O ROL DA MELHORIA NA ESTABILIDADE DA PARTE ÚMIDA

Page 48: Manuel Zamorano

Dissemos que melhorar a estabilidade da parte úmida é o objetivo primário de tudo

esforço para diminuir o consumo de energia na máquina de papel, mas também isto

significa aumentar produção, isto em razão do seguinte:

Da melhor corrida da máquina (runnability).

Da diminuição da produção de papéis fora de especificação.

Da possibilidade do aumento das metas, por exemplo umidade. Da possibilidade de aumento da velocidade da máquina.

Só com a implementação de uma estratégia de controle APC pode isto ser alcançado, já

que com a mesma se pode:

Um melhor controle dos rolos prensa para manter uma posição estável no papel isto

permite aumentar a velocidade. O melhor desaguamento o que significa diminuir a carga na secagem eliminando

gargalos que ali hajam, permitindo com isto aumentar a velocidade. O controle transversal de gramatura encima da caixa de entrada assim como o controle

transversal de umidade em mesa ou prensas o que permite o aumento da meta de umidade e a eliminação de papéis fora de especificação por perfil variado.

AUMENTO DE PRODUÇÃO NO PROCESSO PAPELEIRO:

O ROL DA MELHORIA NA ESTABILIDADE DA PARTE ÚMIDA CONT...

Page 49: Manuel Zamorano

Um sistema APC foi implantado numa máquina de papel jornal:

Produção: ~ 300,000 tons/ano de 100% reciclado de jornal.

É uma maquina moderna correndo a ~1700 m/min, 9.2 m largura.

A máquina já tinha controle regulatório PID da área úmida que forneceu as

variáveis e o controle básico, agora o APC fornece os set-points para as malhas.

Objetivos do sistema APC:

Estabilizar a operação na área úmida:

− Controlar de estabilidade da água branca e também a consistência da massa

para a caixa de entrada.

− Por o controle da carga e turbidez dentro de uma determinada range.

− Minimizar o uso de floculante mantendo a retenção.

− Assegurar boas propriedades da folha mantendo boa: formação, opacidade,

porosidade.

− Fornecer um controle efetivo do sistema de refugo.

− Gerenciar os set-points de consistência para refugo �fresco� (refilo),

recuperação de fibra e outros refugos de maneira a fornecer um melhor

controle de consistência na caixa de entrada.

MELHORIA NA ESTABILIDADE DA PARTE ÚMIDA COM APC:

UM CASO EM PAPEL JORNAL

Page 50: Manuel Zamorano

Controle regulatório (11.5 horas) APC (7 horas)

Sinal de

quebra de

folha

Fluxo refugo

0-10000 l/min

Nível torre

refugo

0-60%

Consistência

água branca

3.35-3.65 g/l

Perturbações na consistência da água

branca durante 9 horas após quebras

Grande mudança em fluxo de refugo

A torre chegou ao nível 20%

Redução do fluxo refugo quando

torre chega nível de 20%

Perturbações insignificantes na

consistência da água branca

Aumento do fluxo de refugo a 8000 l/min

Fluxo refugo aumento a 5100 l/min em passos

4 quebras em 60 mins

MELHORIA NA ESTABILIDADE DA PARTE ÚMIDA COM APC:

UM CASO EM PAPEL JORNAL RESULTADOS 1

3 quebras em 60 mins

Nota: Os resultados aqui apresentados foram encima de um processo que já

tinha um controle regulatório com controle supervisório com rotinas de

desacoplamento e algum controle anticipativo.

Page 51: Manuel Zamorano

Regulatório

Desvio padrão

(10 dias)

APC Desvio padrão

(20 dias)

Redução desvio

padrão

Consistência água branca (g/l) 0.0754 0.0249 67%

Consistência caixa entrada (g/l) 0.0702 0.0418 60%

Retenção mesa plana (%) 0.487 0.378 22%

Retenção cinzas (%) 0.918 0.797 13%

Desempenho do controlador

Também redução da variabilidade na

enroladeira, em:

Gramatura Umidade Espessura Opacidade

MELHORIA NA ESTABILIDADE DA PARTE ÚMIDA COM APC:

UM CASO EM PAPEL JORNAL RESULTADOS 2

Page 52: Manuel Zamorano

Controle regulatório (24 horas) Controle APC (24 horas)

Estabilização da consistência da água branca

MELHORIA NA ESTABILIDADE DA PARTE ÚMIDA COM APC:

UM CASO EM PAPEL JORNAL RESULTADOS 3

Page 53: Manuel Zamorano

COMPARAÇÃO DE RESPOSTA DEPOIS DE UMA QUEBRA

UMA MAQUINA DE PAPEL FINO:

Sinal de quebra

1= quebra

Consist água branca

Range 1.4 g/l

Cinza

9.5-11%

Taxa polímero

24-32 t/h

Fluxo aditivo

7.6-14 m3/h

Taxa de refugo

10-35%

Nível de C8

0.9-3.3m

Quebra curta(12 mins)

SD 0.385 g/l

SD 0.129%

SD 0.05 %

SD 0.1 g/l

Controle regulatório Controle APC

Pequeno efeito nas cinzas e

consistência de água branca

Page 54: Manuel Zamorano

Numa máquina de papel Kraft de tela dupla na Austrália fabricando papéis de 100 �

220 gsm, APC permitiu:

Uma grande redução na variabilidade: O desvio padrão dos parâmetros da parte

úmida foram reduzidos em 75% - 90%. Uma boa economia de energia: O consumo de vapor foi reduzido 10% em media. Para aqueles tipos de papeis cuja taxa de produção estava limitada por secagem

reduziu o consumo especifico de vapor => significando aumento de produção.

Melhora na corrida da máquina => um aumento extra de produção de 1.2%.

Uma máquina de papel jornal no Canadá fabricando papeis de 48 � 58 gsm, APC permitiu:

Redução do consumo especifico de vapor de 7.8%.

Redução do desvio padrão da consistência da água branca de 55% � 65%. Um significativo melhoria no controle de tom.

REDUÇÃO NO CONSUMO ENERGIA COM ESTABILIDADE NA PARTE ÚMIDA:

UM PROJETO NA AUSTRÁLIA E OUTRO NO CANADÁ COM APC

Nota: Os resultados aqui apresentados foram encima de processos que já

tinham um controle regulatório com controle supervisório com rotinas de

desacoplamento e alguma controle anticipativo.

Page 55: Manuel Zamorano

APC permite uma aproximação coerente e coordenada para chegar na otimização da

energia, utilizando todas variáveis que afetam o consumo da mesma como são:

A refinação das massas.

As propriedades da caixa de entrada. A drenagem que inclui:− A tacha dos químicos de ajuda ao desaguamento.

− Vácuos.

Parâmetros de prensa (nunca utilizados em tempo real).

Otimização dos secadores, incluindo pressões, pressões diferenciais e taxas de

recuperação de condensado (também nunca utilizados).

Otimização da umidade e temperatura das coifas e pocket ventilators.

A otimização de todas estas áreas do sistema produtivo da máquina de papel

permite que seja possível até 20% de redução no consumo de energia

REDUÇÃO DO CONSUMO DE ENERGIA NA MÁQUINA DE PAPEL:

O BENEFICIO DE UMA APROXIMAÇÃO COORDENADA

Page 56: Manuel Zamorano

As máquinas de papel consomem entre 40% e 50% de toda a energia gasta numa planta de papel

e celulose.

Parte desta energia é elétrica a qual é utilizada para o sistema de acionamento, bombas de vácuo,

bombas de massas e desagregadores. Mas vapor é o que tem maior participação.

O conteúdo de água na folha:

99.1% é o conteúdo de água quando a folha entra em formação seguidamente foils e caixas de vácuo drenam uma boa parte.

78% é o conteúdo de água na folha que entra nas prensas.

~50% é o conteúdo de água que entra nos secadores.

8% é o conteúdo de água na folha quando entra na enroladeira.

A três maneiras de reduzir o consumo de vapor empregando uma estratégia de controle

automático de tipo multivariavel avançado :

Aumentando o teor de secos na folha que entra nos secadores fazendo um melhor controle do desaguamento da mesma.

Reduzindo o consumo específico de energia, maximizando a produção.

Melhorando a eficiência da secagem a traves de um melhor entendimento do processo de

secagem como:- Utilizando as pressões , as pressões diferenciais e a taxa de recuperação de condensado.

O CONSUMO DE ENERGIA NAS PLANTAS DE PAPEL E CELULOSE

Page 57: Manuel Zamorano

Secagem 55% Drenagem (formação e prensas) 25% Refinação (não pressurizados) 10% Preparação de massas %5 Outros 5%

DISTRIBUIÇÃO DO CONSUMO DE ENERGIA NA MÁQUINA DE PAPEL

Page 58: Manuel Zamorano

É sabido que a secagem:

reduze o conteúdo da umidade, M, de ~50% para ~8%Para isso consome 55% de toda a energia gasta na fábrica

mas remove apenas 1% de toda a água da folha

M = Água/(Água+ Fibra)

Consideremos 100 gm de massa saindo da caixa de entrada:

Então 0.9 gm de sólidos totais e 99.1 gm

de água

Nos secadores, M ~ 50%:ainda temos 0.9 gm sólidos e somente

0.9 gm de água

98.2 gm de água há sido removidos

porém menos de 1 gm de água

permanece nos secadores para ser removida.

Proporção de

energia

consumida

Proporção de

água removida

Formação

Prensagem

Secagem

O VAPOR NOS SECADORES:O GRANDE SUPRIDOR DE ENERGIA NA MÁQUINA DE PAPEL

Page 59: Manuel Zamorano

Consideremos 100g de massa com consistência de 0.9% se depositando na tela

Calculemos o que acontece com a umidade M:M = Pesos da água na folha/(peso total dos sólidos+ peso da água)

Na caixa de

entrada

Na saída do

couch

Na entrada

secadores

Na segunda

bateria

Na

enroladeira

Umidade da folha 99.1 % 88% 50% 45% 8%

Água na folha 99.1 g 6.6 g 0.9 g 0.736 g 0.078 g

Sólidos na folha 0.9 g 0.9 g 0.9 g 0.9 g 0.9 g

Água removida 92.5 g 5.7 g 5.86 g 0.658 g

A tela drena mais de 92% de água, a prensa < 6%, os secadores < 1% !!!Suponhamos que reduzimos a umidade da folha que entra nos secadores em 5%, então a água que tem de ser removida nos secadores se reduze de 0.822g para 0.658g. Ou seja 5% ↓ na umidade da folha => 20% ↓ na carga nos secadores

Isto significa então que 1% de redução na umidade da folha que entra nos

secadores resulta em 4% de redução da carga dos mesmos!

O OBJETIVO PRIMÁRIO DE MELHORIA DO CONTROLE:

A PARTE ÚMIDA DA MÁQUINA...PORQUÊ?

É por esta razão que a implantação de uma estratégia de

controle automático avançado na área úmida da máquina deve ter

sempre prioridade em qualquer projeto de otimização de energia

na máquina de papel!

Page 60: Manuel Zamorano

Dado que 1% de redução na umidade que entra nos secadores resulta em 4% de redução da carga de vapor, há uma decisão a ser tomada:

Mais energia consumida no vácuo=> melhor desaguamento=> menos vapor necessário nos secadores

Mais consumo energia elétrica Menos consumo energia térmica

REDUÇÃO NO CONSUMO DE ENERGIA NA MÁQUINA DE PAPEL:

VÁCUO OU PRESSÃO DE VAPOR, QUAL A ESCOLHA?

Page 61: Manuel Zamorano

O consumo de energia aparece após analisar os dados no histórico, 1 Abril 2009 a 1

Outubro 2009:

A análise destes dados confirmava claramente que deveria se fazer esforços para

reduzir o consumo de energia. Foi analisado o consumo de vapor nos secadores: O consumo específico de vapor estava na casa de 1.7 ton vapor/ton papel terminado

(Este valor já era muitíssimo melhor que a media conseguida na maioria das máquinas

no Brasil...). Tendo o teor de secos na entrada dos secadores como 50% e a meta de umidade em

8%, havia 0.8405 toneladas de água para ser evaporada desde a folha nos secadores o

que significava => eficiência na secagem= (0.8405/1.7) x 100% = 49.44% A variabilidade da umidade e da gramatura sob o a estratégia de controle existente foi

anualizada se chegou a conclusão que em media:

− existia um sobre secado da folha em 0.32% (energia perdida)− a gramatura da folha ficava 1% mais pesada que o setpoint existente (fibra e energia

perdida)

ANTES DE ATUAR É NECESSÁRIO UMA AUDITORIA NO PROCESSO:

UM CASO NUMA MÁQUINA DE PAPEL KRAFT EM USA

Page 62: Manuel Zamorano

Fazendo a simulação com um software avançado de controle, no caso uma estratégia MPC

revelou que se poderia:

Melhorar a estabilidade da máquina.

Reduzir a variabilidade da consistência da água branca para ambas camadas da folha

(tela dupla). Otimizar o consumo de aditivos químicos, especialmente aqueles que permitia maior

drenabilidade, para economizar vapor nos secadores. Maximizar a drenagem otimizando o controle do sistema para economizar vapor nos

secadores. Aumentar o teor de secos antes da entrada dos secadores , para economizar vapor nos

mesmos. Minimizar o consumo de vapor com um melhor controle da gramatura e a umidade. Reduzir o sobre secado.

Realizando todas estas melhorias o simulador revelou que seria possível até um 20% de

economia no consumo de vapor.

OBJETIVO DO PROJETO:UM CASO NUMA MÁQUINA DE PAPEL KRAFT

Page 63: Manuel Zamorano

Melhor controle da drenagem significa:

Balanço do consumo de energia no sistema de vácuo para maximizar o conteúdo de

sólidos na folha que entra nos secadores => para reduzir o consumo de vapor (1 ponto

porcentual da umidade da folha que entra nos secadores reduze o consumo de vapor em ~4%).

Permitir um melhor controle da umidade da folha. Melhor grau de refinação, taxa de aditivos químicos (especialmente aqueles que

permitem melhor drenabilidade), consistência das massas, parâmetros de operação da

caixa de entrada, pressão nas prensas.

Estes parâmetros afetam também outras características da folha e não só umidade.

E como são difíceis de manejar em seu conjunto então precisam de um controle

avançado multivariável para permitir um controle coordenado.

O controle da parte úmida da maquina é complexo por isto precisa de maior inteligência.

A mesma permitirá não só a redução no consumo de energia mas também melhor

qualidade do papel produzido.

REDUÇÃO DO CONSUMO DE ENERGIA NA MÁQUINA DE PAPEL:

O ROL DE UM MELHOR CONTROLE DA DRENAGEM

Page 64: Manuel Zamorano

O tradicional controle regulatório para controlar a secagem da máquina de papel

normalmente utiliza malhas de três termos o arqui conhecido PID. Como esta estratégia

de controle age:

A diferença entre o valor de set-point e o valor real de pressão controla a pressão de 3

a 7 baterias de secadores, normalmente todas em cascata.

O controle multivariável APC por exemplo aquele do tipo MPC se comporta em forma

diferente, ele se baseia na construção de modelos de processo separados (todos

aqueles que afetam a umidade):

A pressão em cada secção ou bateria de secadores

O diferencial de pressão entre as baterias de secadores

A taxa de recuperação de condensado de cada bateria (no caso as mesmas serem

independentes)

O sistema de controle de tipo regulatório sobre a pressão dos secadores ignora

importantes variáveis que influenciam a operação da secagem.

REDUÇÃO DO CONSUMO DE ENERGIA NA MÁQUINA DE PAPEL:

MELHORANDO A EFICIÊNCIA DA SECAGEM

Só uma estratégia de controle de tipo multivariável que tem a

capacidade de modelar os processos, poderá permitir a

redução real do consumo de energia nas máquinas de papel.

Page 65: Manuel Zamorano

A secagem: de 30 a 150 cilindros secadores; o vapor entra no interior dos mesmos.

Os cilindro são agrupados em baterias. Entre 2 a 5 : 2 baterias com aquecimento fixo e

pelo menos 3 sob controle normalmente da 3era a última.

Há um diferencial de pressão entre as baterias; normalmente mudado pelo operador.

Este diferencial após uma mudança inicial o operador nunca mais mexe.

Em muitas máquinas, a taxa de extração de condensado não é otimizada nem se quer

controlada o que reduz em forma absurda a eficiência energética.

UMA MÁQUINA DE PAPEL TÍPICA

CARACTERÍSTICAS DA SECAGEM

Page 66: Manuel Zamorano

A pressão diferencial entre baterias e a taxa de recuperação de condensado são

raramente consideradas nas estratégias de controle tipo malha realimentada no

controle regulatório.

Hoje em dia existem porem desenvolvimento de controle avançadas considerando também

estas variáveis na modelagem do processo.

Tal temos explicado nesta apresentação quanto mais variáveis que afetam a operação de

um processo forem consideradas na estratégia de controle maiores serão os benefícios:

− Para melhorar a eficiência da secagem => que reduz o consumo de vapor.

− Para acabar com os gargalhos => permitindo o aumento da produção.

− Para melhor controle do perfil de umidade no sentido máquina e transversal => permitindo

o aumento da meta da mesma o que ainda permite mais redução no consumo de vapor,

além da redução do consumo de fibra.

ENTENDENDO MELHOR A OPERAÇÃO E O CONTROLE DA SECAGEM

Page 67: Manuel Zamorano

Normalmente as máquinas operam numa velocidade fixa.

Em razão das múltiplas restrição no processo:

Sistema de acionamento. Capacidade na preparação de massas.

Circuito de aproximação.

Sistema de vácuo.

Prensas. Secagem.

A implementação de uma estratégia de controle avançado porém permite, que a velocidade

da máquina seja sempre maximizada em tempo real, em razão de que todas as áreas e as

variáveis que afetam a produção estarão sendo consideradas. A estratégia APC monitora

todas estas condições e em função delas calcula a máxima taxa de velocidade/produção

possíveis.

REDUÇÃO DO CONSUMO DE ENERGIA NA MÁQUINA DE PAPEL:

OTIMIZAÇÃO DA VELOCIDADE DA MÁQUINA

Page 68: Manuel Zamorano

OUTROS CASOS DE OTIMIZAÇÃO DE PROCESSO DE

FABRICAÇÃO DE PAPEL COM ESTRATÉGIAS DE

CONTROLE AVANÇADO MPC

Page 69: Manuel Zamorano

Velocidade da máquina até 1000 m/min, largura 3.5m, produção ~ 100,000 tons/ano

Quatro tipos principais: 60, 80, 120 e 160 gm/m2, tipos cópia brilhante, papéis de escritura

e coloridos. Aditivos parte úmida: agente retenção, fillers, colagem, biocida, corante, OBA e amido

catiônico.

Se encontrou grande interatividade entre o controle de cinzas e o agente de retenção

O sistema de refugos possuía tanques limitados em capacidade:

Os refugos provinham de três fontes: refugo parte úmida, refugos parte seca + refugo da

conversão.

Os refugos produziam alterações na estabilidade da parte úmida. Assim que a taxa de

refugo subia antão:

− as cinzas na massa ↑ a taxa de adição de fillers↓− a formação piorava.

− a consistência da água branca↑, retenção↓; o sistema de recuperação de fibras se

alterava o que afetava o controle de velocidade do filtro pressurizado.− A luminância e o brilho↓, os fluxos de corante e OBA eram alterados.

MELHORIA NA ESTABILIDADE NA PARTE ÚMIDA UTILIZANDO APC:

UM CASO EM PAPEL FINO, SITUAÇÃO ANTIGA

Page 70: Manuel Zamorano

MELHORIA NA ESTABILIDADE NA PARTE ÚMIDA UTILIZANDO APC:

UM CASO EM PAPEL FINO, RESPOSTA APÓS QUEBRA

Sinal de quebra

1= quebra

Consist água branca

Range 1.4 g/l

Cinza

9.5-11%

Taxa polímero

24-32 t/h

Fluxo aditivo

7.6-14 m3/h

Taxa de refugo

10-35%

Nível de C8

0.9-3.3m

Quebra curta(12 mins)

SD 0.385 g/l

SD 0.129%

SD 0.05 %

SD 0.1 g/l

Controle regulatório Controle APC

Pequeno efeito nas cinzas e

consistência de água branca

Page 71: Manuel Zamorano

O controle de cinzas na estratégia de controle antiga (controle regulatório):

Uma malha PID ajusta o fluxo de fillers, em função da medida de cinzas do papel acabado

na enroladeira (scanner) Mas o conteúdo de cinzas é afetado por variações de fluxos do agente de retenção.

As duas malhas �lutavam uma contra a outra� produzindo oscilações.

O fluxo de fillers e do agente de retenção são de fato duas das entradas do número de

variáveis do circuito de aproximação, que na parte úmida determinam:

O conteúdo de cinzas do papel; notar que variações na cinzas na massa criam variações

na drenagem e na gramatura. A retenção que é umas das variáveis que determina o perfil de gramatura.

E outras variáveis de qualidade.

O controle APC do tipo MPC forneceu os seguintes benefícios neste caso:

Grande redução na variações de cinzas.

Isto habilitou a subida da meta de cinzas: o conteúdo pico de cinzas do papel foi reduzido

mas a media de conteúdo de cinzas foi incrementado => isto significou economia de fibras.

O melhor controle das cinzas significou que as taxas de refugos podiam ser ajustadas com mais flexibilidade.

MELHORIA NA ESTABILIDADE NA PARTE ÚMIDA UTILIZANDO APC:

UM CASO EM PAPEL FINO, REDUÇÃO NA VARIAÇÃO DE CINZAS

Page 72: Manuel Zamorano

Dados linha de base, antes do APC, durante 1 mês, após APC 2 meses

Paradas de máquina e trocas de tipo papel foram excluídos em ambos casos.

Nota se uma grande redução das variações nas cinzas e conteúdo de sólidos na água

branca.

Variável Unid Desvio Padrão

Antes APC com APC

Redução

%

Consistência água branca g/l 0.53 0.09 83

Consistência caixa entrada g/l 0.53 0.08 85

Conteúdo de cinzas % 0.27 0.08 70

Retenção de fibras % 2.91 1.08 63

Retenção de cinzas % 2.71 1.05 61

Nível tanque mistura m 0.14 0.01 93

Nível tanque água branca m 0.04 0.04 0

Nível no filtro pressurizado m 0.05 0.01 80

MELHORIA NA ESTABILIDADE NA PARTE ÚMIDA UTILIZANDO APC:

UM CASO EM PAPEL FINO, DESEMPENHO DOS CONTROLADORES

Page 73: Manuel Zamorano

A máquina fabrica papéis entre 90 � 240 gm, com três formadoras, fibra proveniente de

100% reciclados. Os aditivos na parte úmida incluíam: amido para aumentar resistência e polímero para a

retenção de fibras.

A consistência das 3 massas de cada camada oscilava com o tempo, isto causava a

oscilação na consistência da caixa de entrada e na consistência da água branca.

Se implementou uma estratégia MPC até simples:

MVs: para fluxos de polímeros e massas frescas de cada camada.

FFs: para taxa de adição de amido, potência aplicada na refinação, consistências de cada

massa. CVs: Gramatura de cada camada. O controle MPC da parte úmida permitiu aumentar a estabilidade da mesma o que

produziu uma considerável aumento de produção!

MELHORIA NA ESTABILIDADE NA PARTE ÚMIDA UTILIZANDO APC:

UM CASO EM PAPEL LINER, SITUAÇÃO ANTIGA

MPC: Model predictive controller (controlador preditivo)

MV: Measurement variable (variável medida)

FF: Feedforward variable (variável preditiva)

CV: Control variable (variável controlada)

Page 74: Manuel Zamorano

MELHORIA NA ESTABILIDADE NA PARTE ÚMIDA UTILIZANDO APC:

UM CASO EM PAPEL LINER COM TRÊS TELAS, RESPOSTA DOS

CONTROLADORES

Page 75: Manuel Zamorano

Os dados foram coletados durante 3 semanas:

Foram feitos no período papéis de gramatura baixa (LW), gramatura media (MW) e

gramatura alta (HW).

O desvio padrão das gramaturas foram realizados para situação antes e depois do APC: a

tabela mostra as reduções, para dada tipo e camada. Os benefícios foram:

Um aumento de produção de 7%.

Aumento da estabilidade da parte úmida o que proporcionou uma corrida estável, e uma

redução nas quebras.

A operação estável significou a melhoria na eficiência da secagem, com aumento da

velocidade da máquina.

Houve uma considerável redução do desvio padrão das variáveis controladas.

GSM TL FL BL

LW 100-117 36% 49% 65%

MW 125-150 61% 67% 70%

HW 170-220 53% 84% 67%

MELHORIA NA ESTABILIDADE NA PARTE ÚMIDA UTILIZANDO APC:

UM CASO EM PAPEL LINER COM TRÊS TELAS, DESEMPENHO

Page 76: Manuel Zamorano

Nos dias atuais mais e mais fabricantes de papel adotam estratégias de controle do tipo

APC nos processos produtivos das suas plantas.

As razões para esta tomada de decisão são principalmente:

O fraco desempenho em termos de otimização de produção e diminuição do consumo

de energia, proporcionado pelo controle de tipo regulatório (malhas PID).

As significativas reduções no consumo de energia utilizada no processo produtivo que

proporcionam as estratégias APC.

O significativo aumento na qualidade do produto que se consegue. A redução no consumo de matéria prima e aditivos.

O aumento de produção.

CONCLUSÕES

Page 77: Manuel Zamorano

ABB

3d MPC, Optimize IT Adersa

Predictive Functional Control (PFC)Hierarchical Constraint Control (HIECON)GLIDE (identification package)

Aspentech

DMCplusDMCplus-Model

Capstone Technology Corporation

MACS� Cutler Technology

MAX APC GE

Kn³ � MVC

GE Fanuc

Proficy Process Systems (PPS) Honeywell

Robust MPC Technology (RMPCT) MDC Technology (Emerson)

SMOC (licensed from Shell)Delta V Predict

Metso

Control Zone Predictive Control Limited (Invensys)

Connoisseur Rockwell Automation (Pavilion Technologies)

Pavilion8 Yokogawa

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FORNECEDORES DE CONTROLE AVANÇADO DO PROCESSO

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Alguns estudos teóricos em trabalhos de

grado, mas nada de concreto.Precisam nossos estudantes de engenharia eletrônica, química,

computacional ou mecatrônica,

desenvolverem um SW de controle avançado Brasileiro!

Iniciativa Privada

Nada de concreto por em quanto.