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UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE
CENTRO DE ENGENHARIA ELÉTRICA E INFORMÁTICA
UNIDADE ACADÊMICA DE ENGENHARIA ELÉTRICA
______________________________________________________
IV SEMINÁRIO DE ELETROTÉCNICA APLICADA À
SUSTENTABILIDADE
CAMPINA GRANDE, PARAÍBA 05 A 29 DE JUNHO DE 2012.
Automação e a Indústria Petroquímica
Anderson dos Santos Formiga1
Luis Reyes Rosales Montero2
1
Graduando do curso de Engenharia Química;
Andersondossantos1991@hotmail.com
2
Professor da Unidade Acadêmica de Engenharia Elétrica da UFCG,
professorluisreyes@hotmail.com
1 – Introdução
A palavra automação está diretamente ligada ao controle automático, ou seja, ações
que não dependem da intervenção humana. Este conceito é discutível, pois a “mão do
homem” sempre será necessária, pois sem ela não seria possível a construção e
implementação dos processos automáticos. Entretanto não é o objetivo deste trabalho
este tipo de abordagem filosófica, ou sociológica.
Historicamente, o surgimento da automação está ligado com a mecanização, sendo
muito antigo, remontando da época de 3500 e 3200 a.c., com a utilização da roda. O
objetivo era sempre o mesmo, o de simplificar o trabalho do homem, de forma a
substituir o esforço braçal por outros meios e mecanismos, liberando o tempo disponível
para outros afazeres, valorizando o tempo útil para as atividades do intelecto, das artes,
lazer ou simplesmente entretenimento (Silveira & Santos, 1998). Enfim, nos tempos
modernos, entende-se por automação qualquer sistema apoiado em microprocessadores
que substitua o trabalho humano.
Atualmente a automação industrial é muito aplicada para melhorar a produtividade e
qualidade nos processos considerados repetitivos, estando presente no dia-a-dia das
empresas para apoiar conceitos de produção tais como os Sistemas Flexíveis de
Manufatura e até mesmo o famoso Sistema Toyota de Produção.
A automação industrial pode ser entendida como uma tecnologia integradora de três
áreas: a eletrônica responsável pelo hardware, à mecânica na forma de dispositivos
mecânicos (atuadores) e a informática responsável pelo software que irá controlar todo
o sistema. Desse modo, para efetivar projetos nesta área exige-se uma grande gama de
conhecimentos, impondo uma formação muito ampla e diversificada dos projetistas, ou
então um trabalho de equipe muito bem coordenado com perfis interdisciplinares. Os
grandes projetos neste campo envolvem uma infinidade de profissionais e os custos são
suportados geralmente por grandes empresas.
Petróleo e gás natural são normalmente percebidos pelo grande público como sendo
essencialmente fontes primárias de combustíveis, seja para uso em meios de transporte
na forma de gasolina, diesel ou mesmo gás, seja para geração de calor industrial por
combustão em fornos e caldeiras. Partindo geralmente ou da nafta, que é uma fração
líquida do refino do petróleo, ou do próprio gás natural tratado, os sofisticados
processos petroquímicos são capazes de quebrar, recombinar e transformar as moléculas
originais dos hidrocarbonetos presentes no petróleo ou no gás, gerando, em grande
escala, uma diversidade de produtos, os quais, por sua vez, irão constituir a base
química dos mais diferentes segmentos da indústria em geral. Atualmente, é possível
identificar produtos de origem petroquímica na quase totalidade dos itens industriais
consumidos pela população tais como embalagens e utilidades domésticas de plástico,
tecidos, calçados, alimentos, brinquedos, materiais de limpeza, pneus, tintas,
eletroeletrônicos, materiais descartáveis e muitos outros.
A indústria petroquímica surgiu na década de 1920, nos Estados Unidos, como
resultado de pesquisas que visavam à transformação de produtos naturais. Em 2000 a
petroquímica representava 60% da indústria química do Brasil. Produz o equivalente a
13% do PIB da indústria brasileira de transformação, gera, aproximadamente, 310 mil
empregos diretos e recolhe cerca de 15% de taxas e impostos do total dos setores
produtivos.
2 – Sistemas Automatizados
Os sistemas automatizados podem ser aplicados em simples máquina ou em toda
indústria, como é o caso das usinas de cana e açúcar. A diferença está no número de
elementos monitorados e controlados, denominados de “pontos”. Estes podem ser
simples válvulas ou servomotores, cuja eletrônica de controle é bem complexa. De uma
forma geral o processo sob controle tem o diagrama semelhante ao mostrado na figura
1.1, onde os citados pontos correspondem tanto aos atuadores quanto aos sensores.
Figura 1 – Diagrama simplificado de um sistema de controle automático
(http://pt.scribd.com/doc/3020515/Apostila-Automacao-Industrial)
Os sensores são os elementos que fornecem informações sobre o sistema,
correspondendo às entradas do controlador. Esses podem indicar variáveis físicas, tais
como pressão e temperatura, ou simples estados, tal como um fim-de-curso posicionado
em um cilindro pneumático. Os atuadores são os dispositivos responsáveis pela
realização de trabalho no processo ao qual está se aplicando a automação. Podem ser
magnéticos, hidráulicos, pneumáticos, elétricos, ou de acionamento misto. O
controlador é o elemento responsável pelo acionamento dos atuadores, levando em
conta o estado das entradas (sensores) e as instruções do programa inserido em sua
memória. Esses elementos serão denominados de Controlador Lógico Programável
(CLP).
A completa automatização de um sistema envolve o estudo dos quatro elementos da
figura 1, seja o sistema de pequeno, médio ou grande porte. Estes últimos podem atingir
uma a complexidade e tamanho tal que, para o seu controle, deve-se dividir o problema
de controle em camadas, onde a comunicação e “hierarquia” dos elementos são
similares a uma estrutura organizacional do tipo funcional. A figura 1.2 mostra de forma
simplificada este tipo de organização.
Figura 2 – Arquitetura de rede simplificada para um sistema automatizado
(http://pt.scribd.com/doc/3020515/Apostila-Automacao-Industrial)
Nota-se que os elementos mostrados na figura 1 pertencem a primeira e segunda
camada. Na terceira camada estão os sistemas supervisórios, operados pela “mão
humana”, onde são tomadas decisões importantes no processo, tal como paradas
programadas de máquina e alterações no volume de produção. Esses também estão
integrados com os sistemas gerenciais, responsáveis pela contabilidade dos produtos e
recursos fabris.
2.1 – Variáveis de Controle
Conceitualmente designam-se os sensores de entradas e os atuadores de saídas,
sendo que ambas podem ser representadas matematicamente por variáveis. Em
automação, estas podem ser dividias em analógicas e digitais.
As variáveis analógicas são aquelas que variam continuamente com o tempo,
conforme mostra a figura 3(a). Elas são comumente encontradas em processos químicos
advindas de sensores de pressão, temperatura e outras variáveis físicas. As variáveis
discretas, ou digitais, são aquelas que variam discretamente com o tempo, como pode
ser visto na figura 3(b).
Figura 3 – Variáveis analógicas e digitais (http://pt.scribd.com/doc/3020515/Apostila-
Automacao-Industrial).
Dessa forma podemos definir o Controle Analógico como aquele que se destina ao
monitoramento das variáveis analógicas e ao controle discreto como sendo o
monitoramento das variáveis discretas. O primeiro tipo englobar variáveis discretas,
consistindo assim em um conceito mais amplo.
Ainda no controle analógico podemos separar entradas convencionais, tais como
comandos do operador, ou varáveis discretas gerais, das entradas analógicas advindas
de sensores ligados diretamente as saídas do processo. Estas últimas serão comparadas a
uma referência que consiste no valor estável desejado para o controle (ver figura 4).
Essa referência também é conhecida como “ set-point ”. Neste tipo de controle, onde as
saídas são medidas para cálculo da estratégia de controle dizemos que há uma
“realimentação”. Esse sistema é conhecido como sistema em “malha fechada”. Se não
há a medição das saídas dizemos que o sistema tem “malha aberta”.
Figura 4 – Estratégia de controle analógico com realimentação
(http://pt.scribd.com/doc/3020515/Apostila-Automacao-Industrial).
2.2 - Diferentes tipos de entradas e saídas
Entradas discretas
São aquelas que fornecem apenas um pulso ao controlador, ou seja, elas têm apenas
um estado ligado ou desligado, nível alto ou nível baixo, remontando a álgebra boolena
que trabalha com uns e zeros. Alguns exemplos são mostrados na figura 2.3, dentre elas:
as botoeiras (5a), válvulas eletropneumáticas (5b), os pressostatos (5c) e os termostatos
(5d).
Figura 5 – Tipos de entradas discretas (http://pt.scribd.com/doc/3020515/Apostila-
Automacao-Industrial).
Entradas multi-bits
São intermediárias as entradas discretas e as analógicas. Estas se destinam a
controles mais precisos como no caso do motor de passo ou servomotores. A diferença
para as entradas analógicas é que estas não exigem um conversor analógico digital na
entrada do controlador. Um exemplo clássico é o dos Encoders, utilizados para medição
de velocidade e posicionamento (figura 6).
Figura 6 – Exemplos de entradas multi-bits – Encoders
(http://pt.scribd.com/doc/3020515/Apostila-Automacao-Industrial).
Entradas analógicas
Como o próprio nome já diz elas medem as grandezas de forma analógica. Para
trabalhar com este tipo de entrada os controladores tem conversores analógico-digitais
(A/D). Atualmente no mercado os conversores de 10 bits são os mais populares. As
principais medidas feitas de forma analógica são a temperatura e pressão. Na figura 7
tem-se se mostra o exemplo de sensores de pressão ou termopares.
Figura 7 – Exemplos de entradas analógicas – Termopares
(http://pt.scribd.com/doc/3020515/Apostila-Automacao-Industrial).
Saídas discretas
São aquelas que exigem do controlador apenas um pulso que determinará o seu
acionamento ou desacionamento. Como exemplo têm-se elementos mostrados na figura
8: Contatores (8a) que acionam os Motores de Indução (8b) e as Válvulas
Eletropneumáticas (8c).
Figura 8 – Exemplos de saídas discretas (http://pt.scribd.com/doc/3020515/Apostila-
Automacao-Industrial).
Saídas multi-bits
Têm o conceito de operação semelhante às entradas da mesma categoria. Como
principais exemplos têm-se os drivers dos Motores de Passo (figura 9a) e os
servomotores (figura 9b).
Figura 9 – Exemplos de saídas multi-bits: Motor de Passo e Servomotor
(http://pt.scribd.com/doc/3020515/Apostila-Automacao-Industrial).
Saídas analógicas
Como dito anteriormente, de forma similar o controlador necessita de um conversor
digital para analógico (D/A), para trabalhar com este tipo de saída. Os exemplos mais
comuns são: válvula proporcional, acionamento de motores DC, displays gráficos, entre
outros.
2.2 - Comandos elétricos
Por definição os comandos elétricos tem por finalidade a manobra de motores
elétricos que são os elementos finais de potência em um circuito automatizado.
Entende-se por manobra o estabelecimento e condução, ou a interrupção de corrente
elétrica em condições normais e de sobrecarga. Os principais tipos de motores são:
• Motor de Indução • Motor de corrente contínua • Motores síncronos
• Servomotores • Motores de Passo
Estima-se que 40% do consumo de energia no país é destinada ao acionamento dos
motores elétricos (Filippo Filho, 2000). No setor industrial, mais da metade da energia é
consumida por motores.
Os Servomotores e Motores de Passo necessitam de um “driver” próprio para o seu
acionamento, tais conceitos fogem do escopo deste curso. Dentre os motores restantes,
os que ainda têm a maior aplicação no âmbito industrial são os motores de indução
trifásicos, pois em comparação com os motores de corrente contínua, de mesma
potência, eles tem menor tamanho, menor peso e exigem menos manutenção. A figura
10 mostra um motor de indução trifásico típico. Existem diversas aplicações para os
motores de indução, dentre elas pode-se citar:
• O transporte de fluídos incompressíveis, onde se encontram as bombas de água e óleo;
• O processamento de materiais metálicos, representado pelas furadeiras, prensas,
tornos;
• A manipulação de cargas feita pelos elevadores, pontes rolantes, talhas, guindastes,
correias transportadoras, entre outros.
Figura 10 – Motor de Indução Trifásico (http://pt.scribd.com/doc/3020515/Apostila-
Automacao-Industrial).
Um dos pontos fundamentais para o entendimento dos comandos elétricos é a noção
de que “os objetivos principais dos elementos em um painel elétrico são: a) proteger o
operador e b) propiciar uma lógica de comando ”.
Partindo do princípio da proteção do operador, mostra-se na figura 11, uma
sequência genérica dos elementos necessários a partida e manobra de motores, onde são
encontrados os seguintes elementos:
• Seccionamento: só pode ser operado sem carga. Usado durante a manutenção e
verificação do circuito.
• Proteção contra correntes de curto-circuito: destina-se a proteção dos condutores do
circuito terminal.
• Proteção contra correntes de sobrecarga: para proteger as bobinas do enrolamento do
motor.
• Dispositivos de manobra: destinam-se a ligar e desligar o motor de forma segura, ou
seja, sem que haja o contato do operador no circuito de potência, onde circula a maior
corrente.
Figura 11 – Sequência genérica para o acionamento de um moto
(http://pt.scribd.com/doc/3020515/Apostila-Automacao-Industrial).
As manobras (ou partidas de motores) convencionais são dividas em dois tipos,
segundo a norma IEC 60947:
I. Coordenação do tipo 1: Sem risco para as pessoas e instalações, ou seja, desligamento
seguro da corrente de curto-circuito. Porém pode haver danos ao contator e ao relé de
sobrecarga.
II. Coordenação do tipo 2: Sem risco para as pessoas e instalações. Não pode haver
danos ao relé de sobrecarga ou em outras partes, com exceção de leve fusão dos
contatos do contator e estes permitam uma fácil separação sem deformações
significativas.
2.3 - Principais elementos em comandos elétricos
Botão de comando
Quando se fala em ligar um motor, o primeiro elemento que vem a mente é o de
uma chave. Entretanto, no caso de comandos elétricos a “chave” que liga os motores é
diferente de uma chave usual, destas encontradas em residências, utilizadas para ligar a
luz, por exemplo. A diferença principal está no fato de que ao movimentar a “chave
residencial” ela vai para uma posição e permanece nela, mesmo quando se retira a
pressão do dedo. Na “chave industrial” ou botoeira há o retorno para a posição de
repouso através de uma mola, como pode ser observado na figura 12a. O entendimento
deste conceito é fundamental para compreender o porquê da existência de um selo no
circuito de comando.
Figura 12 – (a) Esquema de uma botoeira – (b) Exemplos de botoeiras comerciais
(http://pt.scribd.com/doc/3020515/Apostila-Automacao-Industrial).
A botoeira faz parte da classe de componentes denominada “ elementos de sinais ”.
Estes são dispositivos pilotos e nunca são aplicados no acionamento direto de motores.
A figura 12a mostra o caso de uma botoeira para comutação de 4 polos. O contato
NA (Normalmente Aberto) pode ser utilizado como botão LIGA e o NF (Normalmente
Fechado) como botão DESLIGA. Esta é uma forma elementar de intertravamento. Note
que o retorno é feito de forma automática através de mola. Existem botoeiras com
apenas um contato. Estas últimas podem ser do tipo NA ou NF.
Ao substituir o botão manual por um rolete, tem-se a chave fim de curso, muito
utilizada em circuitos pneumáticos e hidráulicos. Este é muito utilizado na
movimentação de cargas, acionado no esbarro de um caixote, engradado, ou qualquer
outra carga. Outros tipos de elementos de sinais são os Termostatos, Pressostatos, as
Chaves de Nível e as chaves de fim de curso (que podem ser roletes).
Todos estes elementos exercem uma ação de controle discreta, ou seja, liga /
desliga. Como por exemplo, se a pressão de um sistema atingir um valor máximo, a
ação do Pressostato será o de mover os contatos desligando o sistema. Caso a pressão
atinja novamente um valor mínimo atua-se religando o mesmo.
Relés
Os relés são os elementos fundamentais de manobra de cargas elétricas, pois
permitem a combinação de lógicas no comando, bem como a separação dos circuitos de
potência e comando. Os mais simples constituem-se de uma carcaça com cinco
terminais. Os terminais (1) e (2) correspondem a bobina de excitação. O terminal (3) é o
de entrada, e os terminais (4) e (5) correspondem aos contatos normalmente fechado
(NF) e normalmente aberto (NA), respectivamente.
Uma característica importante dos relés, como pode ser observada na figura 13 é que
a tensão nos terminais (1) e (2) pode ser 5 Vcc, 12 Vcc ou 24 Vcc, enquanto
simultaneamente os terminais (3), (4) e (5) podem trabalhar com 110 Vca ou 220 Vca.
Ou seja não há contato físico entre os terminais de acionamento e os de trabalho. Este
conceito permitiu o surgimento de dois circuitos em um painel elétrico:
I. Circuito de comando: neste encontra-se a interface com o operador da máquina ou
dispositivo e, portanto trabalha com baixas correntes (até 10 A) e/ou baixas tensões.
II. Circuito de Potência: é o circuito onde se encontram as cargas a serem acionadas, tais
como motores, resistências de aquecimento, entre outras. Neste podem circular
correntes elétricas da ordem de 10 A ou mais, e atingir tensões de até 760 V.
Figura 13 – Diagrama esquemático de um relé
(http://pt.scribd.com/doc/3020515/Apostila-Automacao-Industrial).
Em um painel de comando, as botoeiras, sinaleiras e controladores diversos ficam
no circuito de comando.
Contatores
Para fins didáticos podem-se considerar os contatores como relés expandidos, pois o
principio de funcionamento é similar. Conceituando de forma mais técnica, o contator é
um elemento eletromecânico de comando a distância, com uma única posição de
repouso e sem travamento.
Como pode ser observado na figura 14, o contator consiste basicamente de um
núcleo magnético excitado por uma bobina. Uma parte do núcleo magnético é móvel, e
é atraído por forças de ação magnética quando a bobina é percorrida por corrente e cria
um fluxo magnético. Quando não circula corrente pela bobina de excitação essa parte do
núcleo é repelida por ação de molas. Contatos elétricos são distribuídos solidariamente a
esta parte móvel do núcleo, constituindo um conjunto de contatos móveis. Solidário a
carcaça do contator existe um conjunto de contatos fixos. Cada jogo de contatos fixos e
móveis podem ser do tipo Normalmente aberto (NA), ou normalmente fechado (NF).
Figura 14 – Diagrama esquemático de um contator com 2 terminais NA e um NF
(http://pt.scribd.com/doc/3020515/Apostila-Automacao-Industrial).
Os contatores podem ser classificados como principais (CW, CWM) ou auxiliares
(CAW). De forma simples pode-se afirmar que os contatores auxiliares têm corrente
máxima de 10A e possuem de 4a 8 contatos, podendo chegar a 12 contatos. Os
contatores principais tem corrente máxima de até 600A. De uma maneira geral possuem
3 contatos principais do tipo NA, para manobra de cargas trifásicas a 3 fios.
Um fator importante a ser observando no uso dos contatores são as faíscas
produzidas pelo impacto, durante a comutação dos contatos. Isso promove o desgaste
natural dos mesmos, além de consistir em riscos a saúde humana. A intensidade das
faíscas pode se agravar em ambientes úmidos e também com a quantidade de corrente
circulando no painel. Dessa forma foram aplicadas diferentes formas de proteção,
resultando em uma classificação destes elementos. Basicamente existem 4 categorias de
emprego de contatores principais:
A. AC1: é aplicada em cargas ôhmicas ou pouco indutivas, como aquecedores e fornos
a resistência.
B. AC2 : é para acionamento de motores de indução com rotor bobinado.
C. AC3 : é aplicação de motores com rotor de gaiola em cargas normais como bombas,
ventiladores e compressores.
D. AC4: é para manobras pesadas, como acionar o motor de indução em plena carga,
reversão em plena marcha e operação intermitente.
Figura 15 – Foto de contatores comerciais (http://pt.scribd.com/doc/3020515/Apostila-
Automacao-Industrial).
Fusíveis
Os fusíveis são elementos bem conhecidos, pois se encontram em instalações
residenciais, nos carros, em equipamentos eletrônicos, máquinas, entre outros.
Tecnicamente falando estes são elementos que se destinam a proteção contra correntes
de curto-circuito. Entende-se por esta última aquela provocada pela falha de montagem
do sistema, o que leva a impedância em determinado ponto a um valor quase nulo,
causando assim um acréscimo significativo no valor da corrente.
Sua atuação deve-se a fusão de um elemento pelo efeito Joule, provocado pela
súbita elevação de corrente em determinado circuito. O elemento fusível tem
propriedades físicas tais que o seu ponto de fusão é inferior ao ponto de fusão do cobre.
Este último é o material mais utilizado em condutores de aplicação geral.
Disjuntores
Os disjuntores também estão presentes em algumas instalações residenciais,
embora sejam menos comuns do que os fusíveis. Sua aplicação determinadas vezes
interfere com a aplicação dos fusíveis, pois são elementos que também se destinam a
proteção do circuito contra correntes de curto-circuito. Em alguns casos, quando há o
elemento térmico os disjuntores também podem se destinar a proteção contra correntes
de sobrecarga.
A corrente de sobrecarga pode ser causada por uma súbita elevação na carga
mecânica, ou mesmo pela operação do motor em determinados ambientes fabris, onde a
temperatura é elevada.
A vantagem dos disjuntores é que permitem a religação do sistema após a
ocorrência da elevação da corrente, enquanto os fusíveis devem ser substituídos antes de
uma nova operação.
Para a proteção contra a sobrecarga existe um elemento térmico (bi-metálico). Para
a proteção contra curto-circuito existe um elemento magnético.
O disjuntor precisa ser caracterizado, além dos valores nominais de tensão,
corrente e frequência, ainda pela sua capacidade de interrupção, e pelas demais
indicações de temperatura e altitude segundo a respectiva norma, e agrupamento de
disjuntores, segundo informações do fabricante, e outros, que podem influir no seu
dimensionamento.
Figura 16 – Aspecto dos disjuntores de três e quatro polos
(http://pt.scribd.com/doc/3020515/Apostila-Automacao-Industrial).
3 - A indústria petroquímica
A cadeia petroquímica constitui-se de unidades ou empresas de primeira geração,
que são as produtoras de básicos petroquímicos – olefinas (eteno, propeno e butadieno)
e aromáticos (benzeno, tolueno e xilenos) –, e de unidades ou empresas de segunda
geração, que são, sobretudo, as produtoras de intermediários e resinas termoplásticas.
As empresas de terceira geração, mais conhecidas por empresas de transformação
plástica, são os clientes da indústria petroquímica que transformam os produtos da
segunda geração e intermediários em materiais e artefatos utilizados por diversos
segmentos, como o de embalagens, construção civil, elétrico, eletrônico e automotivo.
A indústria petroquímica mundial é submetida a ciclos de preços. Durante a fase de
alta, normalmente acarretada por crescimentos elevados das principais economias
mundiais, há grandes investimentos em ampliações da capacidade, o que em três ou
quatro anos leva a um excesso de oferta e à consequente queda geral de preços. Essa é
uma lógica comum a vários setores intensivos em capital, mas que age com maior
intensidade nesse setor, em que os investimentos necessariamente têm de ser feitos em
grande escala e, normalmente, integrando expansões na produção de petroquímicos
básicos e de segunda geração.
A competitividade da indústria petroquímica está intimamente relacionada com os
seguintes fatores: escala de produção, integração, disponibilidade de matéria-prima,
tecnologia, facilidade de acesso ao mercado consumidor e custo de capital.
Nesse contexto, os principais projetos em perspectiva no mundo estão localizados
na Ásia, principal mercado consumidor, e no Oriente Médio, em função da
disponibilidade de matérias-primas.
Figura1:http://www.bndes.gov.br/SiteBNDES/export/sites/default/bndes_pt/Galerias/Ar
quivos/conhecimento/bnset/set2105.pdf
3.1 - Primeira Geração
São as produtoras de petroquímicos básicos, produtos resultantes da primeira
transformação de correntes petrolíferas (nafta, gás natural, etano etc.) por processos
químicos (craqueamento a vapor, pirólise, reforma a vapor, reforma catalítica etc.). Os
principais produtos primários são as olefinas (eteno, propeno e butadieno) e os
aromáticos (benzeno, tolueno e xilenos). Secundariamente, são produzidos ainda
solventes e combustíveis.
O setor petroquímico brasileiro encontra-se distribuído basicamente em três polos. São
Paulo; Camaçari, na Bahia; e Triunfo, no Rio Grande do Sul. Os três polos utilizam
nafta petroquímica, parte produzida pela Petrobras (cerca de 70%) e parte importada
diretamente pelas próprias centrais (cerca de 30%). A partir do segundo semestre de
2005, iniciando-se as operações da Rio Polímeros, o Brasil terá um novo
empreendimento petroquímico centrado apenas na produção de eteno e polietilenos, no
Rio de Janeiro, diferenciando-se dos demais por utilizar como matéria-prima o etano e o
propano contidos no gás natural extraído pela Petrobras da Bacia de Campos. Outra
fonte de produtos básicos, principalmente propeno e em menor escala o eteno, é o
aproveitamento de correntes gasosas das refinarias, ainda não utilizadas plenamente.
3.2 – Segunda geração
Na segunda geração petroquímica brasileira, o número de empresas é
significativamente superior ao de centrais de matérias primas (primeira geração),
principalmente em função da falta de integração e consolidação do parque petroquímico
nacional.
É responsável pela produção das principais resinas termoplásticas e intermediários
petroquímicos.
Polietilenos
Os polietilenos são a resina termoplástica mais utilizada no mundo, com cerca de
40% do total do mercado. Existem três tipos de polietilenos: polietileno de alta
densidade (PEAD), polietileno de baixa densidade (PEBD) e polietileno de baixa
densidade linear (PEBDL). A classificação nessas três categorias se dá de acordo com a
densidade e o índice de fluidez do polímero.
Polietileno de Alta Densidade (PEAD)
O polietileno de alta densidade teve sua produção comercial iniciada na década de
50 e, dentre os três tipos de polietileno, é o que apresenta a maior capacidade instalada
mundial. O principal segmento de aplicação do PEAD no Brasil é o de filmes
destinados à produção de sacolas de supermercados e sacos picotados em rolos, que, em
2002, corresponderam a cerca de 40% da demanda total de PEAD. O segmento de sopro
é o segundo principal, correspondendo a cerca de 35% da demanda de PEAD. No
segmento de injeção, o PEAD sofre forte concorrência do PP.
Vale ressaltar que boa parte da produção de PEAD é comercializada para pequenas
e médias empresas, através de distribuidores (revenda).
Polietileno de Baixa Densidade (PEBD)
O polietileno de baixa densidade foi o primeiro a ser produzido e é um produto
maduro, com baixa taxa de crescimento, principalmente pelo seu maior custo,
decorrente do seu processo de produção, em alta pressão, hoje já considerado
ultrapassado. O PEBD é em geral processado de forma misturada com o PEBDL para a
produção de filmes flexíveis para embalagens.
A principal aplicação do PEBD é em filmes flexíveis, utilizados por máquinas de
empacotamento automático, com destaque para os filmes destinados ao empacotamento
de alimentos. Com a entrada do PET em substituição às garrafas de vidro, o PEBD
encontrou um novo nicho de mercado – os filmes shrink, que são os filmes que
envolvem conjuntos de garrafas.
Polietileno de Baixa Densidade Linear (PEBDL)
Por ser um produto mais recente, obtido em processos eficientes, o PEBDL
apresenta taxa de crescimento de demanda superior ao dos demais polietilenos. Como
mencionado, ele é utilizado em mistura com o PEBD, tendo crescido recentemente, de
forma significativa, o teor de PEBDL na mistura.
As principais vantagens do PEBDL são suas características de impermeabilidade à
água e soldabilidade, daí ser interessante sua aplicação no empacotamento de alimentos.
Polipropileno
O polipropileno é a resina que apresenta o maior crescimento nos últimos anos, em
face da eficiência das plantas e da grande versatilidade para inúmeras aplicações. As
principais características do PP que garantem essa grande versatilidade são a resistência
à alta temperatura, a resistência química, a excelente resistência à fissura ambiental e a
boa processabilidade, além de sua baixa densidade e seu baixo custo, se comparado ao
de outras resinas. O PP não apresenta riscos ao meio ambiente, podendo o polímero ser
descartado, reciclado ou incinerado. No caso de reciclagem, ela pode se dar por
processo mecânico ou pela reciclagem energética, através de sua queima.
PET/PTA
Inicialmente, a resina de polietileno tereftalato (PET-poliéster) destinava-se
unicamente a aplicações têxteis e, somente no fim dos anos 70, começou a ser
produzido em grau garrafa para a indústria de embalagens. Hoje, a demanda da indústria
de embalagens é bem superior à da indústria têxtil.
Características como a alta resistência mecânica e química, barreira a gases e
odores, além de excelente transparência, tornaram a resina PET a principal embalagem
para bebidas, principalmente as carbonatadas, como os refrigerantes.
O PTA destina-se, quase exclusivamente, à produção de PET, nos seus diversos graus.
A instalação de unidades de PET e PTA integradas e com escala adequada seria
extremamente importante para atender à demanda nacional e aumentar a
competitividade da resina PET e da cadeia de fibras de poliéster no país.
PVC
A principal diferença do PVC para os outros plásticos é que ele contém 57% de
cloro em sua composição e apenas 43% de eteno.
A produção do cloro, por sua vez, é obtida a partir da eletrólise do sal marinho, em
unidades que separam o cloro e a soda cáustica. Esse processo é, portanto,
eletrointensivo.
O processo de produção de PVC se inicia com a reação do cloro com o etano,
formando o DCE (dicloroetano), que por sua vez é transformado em MVC
(monocloreto de vinila) e que, após o processo de polimerização, se transforma em PVC
(policloreto de
vinila).
As principais aplicações do PVC são direcionadas para o setor de construção civil
(tubos e conexões), mas seu uso vem crescendo também na fabricação de perfis,
laminados e calçados.
Poliestireno/Estireno
O poliestireno é o mais antigo dos termoplásticos. Existem três tipos de resina de
poliestireno:
A. Poliestireno cristal, utilizado no segmento de embalagens rígidas (copos, potes e
caixas de CD) e descartáveis;
B. Poliestireno expandido (conhecido como isopor, marca registrada da Basf), utilizado
em embalagens e comoisolante térmico; e
C. Poliestireno de alto impacto, utilizado no segmento de eletrodomésticos e
eletrônicos.
O poliestireno é fabricado a partir do estireno, que é uma commodity negociada
internacionalmente. As principais aplicações do estireno são para plásticos (79%),
resinas sintéticas (11%), elastômeros (6,5%), tintas e vernizes (2,4%), entre outros.
Ao contrário do poliestireno, a fabricação de estireno não atende à demanda
nacional, tendo sido verificado um déficit de cerca de 85 mil t em 2003.
3.3 - Terceira Geração
São as empresas de transformação que fornecem embalagens, peças e utensílios
para os segmentos de alimentação, construção civil, elétrico, eletrônico, automotivo,
entre outros. As empresas transformadoras localizam-se, em geral, próximas ao
mercado consumidor.
A indústria petroquímica global assim como a nacional se organizam em pólos
para aproveitar as sinergias logísticas, de infraestrutura e de integração operacional, e,
com isso, minimizar os custos. As unidades que formam um pólo petroquímico são,
principalmente, as de primeira e segunda geração, podendo estar empresarialmente
integradas ou não.
3.4 - Análise das Capacidades de Produção dos Grupos Nacionais
A formação da Braskem contribuiu para o aumento da competitividade da empresa,
com o ganho de sinergias e escala. No entanto, isso provocou um preocupante
desequilíbrio entre os portes das empresas e os grupos do setor, conforme evidencia a
Tabela abaixo, com a Braskem concentrando 42% da produção total, contra 37%
detidos pelos seis grupos nacionais (Unipar, Ipiranga, Suzano, Elekeiroz, Ultra e
Unigel) e apenas 15% representados pelo conjunto das sete empresas estrangeiras (Dow,
Rhodia, Rhodiaco, Solvay, Basell, Oxychem e Basf). A participação da Petrobras ficou
reduzida a 6%, não se considerando as participações nas três centrais, em que figura
como acionista minoritário fora do grupo de controle.
Figura18:http://www.bndes.gov.br/SiteBNDES/export/sites/default/bndes_pt/Galerias/A
rquivos/conhecimento/bnset/set2105.pdf
3.5 - Disponibilidade de Matérias-Primas
A competitividade da indústria petroquímica, sobretudo das empresas de primeira
geração, é fortemente dependente da disponibilidade de matérias-primas. É justamente
nesse ponto que entra a relevância da Petrobras no setor, já que é a única fornecedora de
matéria-prima nacional. Equacionar a questão da matéria-prima é fundamental para
viabilizar as expansões de capacidade, fundamentais para a manutenção da
competitividade da indústria e para atender ao crescimento da demanda interna,
evitando uma ampliação do déficit da balança comercial.
A principal matéria-prima do setor petroquímico nacional atualmente é a nafta,
cujo consumo das três centrais é hoje da ordem de 10 milhões t/ano, sendo cerca de 7
milhões t/ano fornecidas pela Petrobras e 3 milhões t/ano supridas por importações
feitas diretamente pelas centrais, com um significativo gasto de divisas, da ordem de
US$ 600 milhões/ano. A Petrobras fornece ainda cerca de 400 mil t/ano de propeno,
gerados nas refinarias, para a produção de polipropileno e óxido de propeno.
3.6 - O Refino do Petróleo
O petróleo bruto é uma complexa mistura de hidrocarbonetos, que apresenta
contaminações variadas de enxofre, nitrogênio, oxigênio e metais. A composição exata
dessa mistura varia significativamente em função do seu reservatório de origem.
No seu estado bruto, o petróleo tem pouquíssimas aplicações, servindo quase que
somente como óleo combustível. Para que o potencial energético do petróleo seja
aproveitado ao máximo, ele deve ser submetido a uma série de processos, a fim de se
desdobrar nos seus diversos derivados.
O refino do petróleo consiste na série de beneficiamentos pelos quais passa o
mineral bruto, para a obtenção desses derivados, estes sim, produtos de grande interesse
comercial. Esses beneficiamentos englobam etapas físicas, e químicas de separação, que
originam as grandes frações de destilação. Estas frações são então processadas através
de outra série de etapas de separação e conversão que fornecem os derivados finais do
petróleo. Refinar petróleo é, portanto, separar as frações desejadas, processá-las e lhes
dar acabamento, de modo a se obterem produtos vendáveis.
As Refinarias
Refinarias de petróleo é um complexo sistema de operações múltiplas; as
operações que são usadas em uma dada refinaria dependem das propriedades do
petróleo que será refinado, assim como dos produtos desejados. Por essas razões, as
refinarias podem ser muito diferentes.
Figura19: Refinaria de petróleo na Alemanha.
(http://revistaepoca.globo.com/Revista/Epoca/0,,EMI11955-15259,00.html).
Além de o petróleo ser uma mistura extremamente complexa de diversos
compostos, não existem dois petróleos idênticos. Sendo assim, suas diferenças vão
influenciar de forma decisiva os rendimentos e a qualidade das frações que serão
obtidas de cada petróleo.
O principal objetivo dos processos de refinação é a obtenção da maior quantidade
possível de derivados de alto valor comercial, ao menor custo operacional possível, com
máxima qualidade, minimizando-se ao máximo a geração dos produtos de pequenos
valores de mercado.
As características do petróleo têm grande influência sobre a escolha das técnicas
que serão adotadas para a sua refinação, e de um modo geral são elas que irão
determinar quais serão os produtos que melhor poderão ser obtidos de um dado
petróleo. Deste modo, pode-se concluir que nem todos os derivados podem ser
produzidos com qualidade e de forma economicamente viável a partir de qualquer tipo
de petróleo. Também não existe uma técnica única de refino que seja aplicável a
qualquer tipo de óleo bruto.
Além disso, é preciso que determinada refinaria atenda à demanda de seu mercado,
tanto qualitativa quanto quantitativamente, e que opere de modo a processar a gama de
tipos de petróleo que lhe servem de matéria-prima da forma mais econômica e racional
possível. A fim de que esses requisitos possam ser atendidos, surgem os diversos
arranjos das várias unidades de processamento que podem compor uma refinaria. Esse
encadeamento de unidades dentro uma refinaria é o que se denomina Esquema de
Refino.
Os Esquemas de Refino variam significativamente de uma refinaria para outra, não
apenas pelas razões acima, mas também pelo fato de que mesmo os mercados de uma
dada região estão sempre se modificando com passar do tempo. Além disso, os avanços
na tecnologia dos processos propiciam o surgimento de novas técnicas de refino de alta
eficiência e rentabilidade, que ocupam o espaço dos processos mais antigos, de menores
eficiências e maiores custos operacionais, que assim sendo, entram em obsolescência.
Além desses fatores, atualmente também existem as crescentes exigências
ambientais por parte dos governos, sob a forma de legislações e regulamentações, e por
parte dos próprios mercados, que demandam cada vez mais, produtos oriundos de
processos ditos “limpos”, e que, desta forma, forçam a indústria do refino de petróleo a
programar melhorias contínuas. Se observados nos contextos de médios e longos
prazos, os processos de refino não podem ser considerados estáticos, mas sim dinâmicos
na sua constante evolução.
Figura 20: Esquema simplificado de uma refinaria.
(http://labvirtual.eq.uc.pt/siteJoomla/index.php?
option=com_content&task=view&id=224&Itemid=415).
Objetivos do Refino
De um modo geral, uma refinaria, ao ser planejado e construído, pode se destinar a
dois objetivos básicos:
- produção de produtos energéticos (combustíveis e gases em geral);
- produção de produtos não energéticos (parafinas, lubrificantes, etc.) e petroquímicos.
O primeiro objetivo constitui a maior parte dos casos, pois a demanda por
combustíveis é deveras maior do que a demanda por outros produtos. Nesse caso, a
produção destina-se à obtenção de GLP, gasolina, Diesel, querosene e óleo combustível,
entre outros.
O segundo grupo, não tão expressivo, é constituído de um grupo minoritário, onde
o principal objetivo é a maximização da produção de frações básicas lubrificantes,
parafinas e matérias-primas para a indústria petroquímica. Estes produtos possuem
valores agregados muito superiores ao dos combustíveis, o que confere aos refinadores
altas rentabilidades, embora os investimentos envolvidos sejam também muito mais
altos do que os necessários para o caso anterior.
Processos de Refino
As maiores operações unitárias que são tipicamente encontradas nas refinarias serão
brevemente descritas a seguir.
Os primeiros processos a ser descritos são os chamados Processos de Separação,
que têm por finalidade desmembrar o petróleo em suas frações mais básicas, ou
processar uma fração que tenha sido anteriormente gerada, para que dela se remova um
grupo específico de compostos. Os processos de separação são sempre de natureza
física. Modificações de temperatura e/ou pressão ou o uso de diferentes solventes
efetuam a separação desejada.
As principais operações dessa natureza que são encontradas em uma refinaria são:
- Dessalinização; - Destilação Atmosférica; - Destilação a Vácuo;
- Desasfaltação a Propano; - Desaromatização a Furfural; - Desparafinação;
- Desoleificação.
Os processos de conversão têm como objetivo transformar determinadas frações do
petróleo em outras de maior interesse econômico. Ao contrário dos processos de
separação, os processos de conversão possuem natureza química e se utilizam de
reações de quebra, reagrupamento ou reestruturação molecular.
Os processos de conversão normalmente possuem elevada rentabilidade, pois
transformam frações de baixo valor comercial, como é o caso dos gasóleos e dos
resíduos de destilação, em outras frações de maiores valores de mercado. A presença de
unidades de conversão nas refinarias eleva complexidade da mesma.
Tais processos mudam a estrutura das moléculas dos hidrocarbonetos, através da
quebra das mesmas em moléculas menores, da sua junção para a formação de moléculas
maiores, ou mesmo do rearranjo delas em moléculas de melhor qualidade.
Para muitas das operações citadas anteriormente, usa-se um grande número de
técnicas na indústria. As principais serão brevemente comentadas a seguir. As reações
específicas de cada processo são obtidas através da ação conjugada de temperatura e
pressão sobre os cortes que foram obtidos nos processos de separação, sendo bastante
frequente também a presença de um agente que promova a reação desejada, o chamado
catalisador.
Os principais processos de conversão utilizados no refino de petróleo serão
sucintamente descritos a seguir. São eles:
- Craqueamento Térmico; - Visco – redução; - Coqueamento;
- Craqueamento Catalítico; - Hidrocraqueamento Catalítico;
- Hidrotratamento/Hidroprocessamento; - Alquilação; - Isomerização;
- Polimerização; - Reforma Catalítica; - Tratamentos Químicos.
4.0 – Automação e a indústria Petroquímica
4.1 - Sistemas de Controle
Os sistemas de controle de manutenção podem ser divididos em dois blocos:
Sistemas de Controle da Manutenção de Rotina
Manutenção de Rotina é aquela realizada no dia-a-dia, sem grandes perturbações no
processo produtivo.
Sistemas de Controle de Paradas
Paradas de Manutenção são grandes eventos de reparo e inspeção de
equipamentos, que exigem interrupção da atividade produtiva total ou parcial da planta
por determinado período.
Como a interrupção da produção caracteriza baixo faturamento, normalmente, as
paradas de manutenção estão centradas na execução em menor período possível, mas
pode ocorrer que, estrategicamente, a parada esteja centrada na realização pelo menor
custo possível, ou ainda uma combinação das duas.
Software e Termográficos Utilizados para auxiliar as manutenções.
SE Maintenance, Sistema Computadorizado de Gerenciamento da Manutenção
(CMMS) - realiza todo o planejamento e controle das atividades de manutenção sobre
equipamentos e instalações, maximizando a eficácia da manutenção e reduzindo os
custos associados. É uma ferramenta muito eficaz e de fácil utilização que amplia a
capacidade de gerenciamento em diversos ambientes industriais, comerciais e de
serviços suportando perfeitamente as necessidades frente às manutenções preventivas,
preditivas e corretivas.
SE Maintenance realiza o acompanhamento e a programação dos recursos
existentes para as atividades de manutenção - colaboradores, materiais de reposição e
consumo, fornecedores, ferramentas, procedimentos e recursos financeiros -
promovendo a produtividade e a eficácia do trabalho, racionalizando o consumo de
materiais, e otimizando a carga de trabalho dos colaboradores.
Reduzir os custos de armazenamento de materiais, evitar níveis de estoque com
excessivas reposições e minimizar tempos de parada de equipamentos pela falta de
peças de reposição, são alguns benefícios obtidos pelo sistema no controle dos
almoxarifados de materiais.
SE Maintenance auxilia no cumprimento dos requisitos de normas internacionais
como ISO 9000, ISO 14000 e ISO TS 16949, assegurando o gerenciamento eficaz do
programa de Manutenção Produtiva Total (TPM).
Figura 21: Programa de Manutenção Produtiva
(http://www.softexpert.com.br/gestao-manutencao-ativos.php)
4.2 - A termografia
As interrupções no fornecimento de energia elétrica por desligamentos
imprevistos, além de causar desgaste na imagem das concessionárias e prejuízos para
terceiros, trazem embutidos custos financeiros inaceitáveis, decorrentes da energia
deixada de transmitir e dos danos causados em equipamentos elétricos. A decisão
quanto a desligar ou não um sistema elétrico é crucial para quem trabalha em
manutenção, uma vez que sempre permanece a dúvida quanto à preservar o
equipamento ou deixar o consumidor sem energia. Considerando-se que a grande
maioria das falhas nos sistemas elétricos é acompanhada ou precedida de sintomas que
evidenciam a evolução de fenômenos térmicos, torna-se de grande importância para o
setor o desenvolvimento de processos confiáveis de medida de temperatura. Esta
necessidade justifica-se pelo volume de sintomas associados à elevação de temperatura
em sistemas elétricos.
Como esta resistência de contato é diretamente proporcional à resistividade do
material (a qual varia com a temperatura) elevações na temperatura, aumentam a
dissipação de calor e consequentemente as perdas de energia no sistema. Neste sentido,
o presente trabalho busca o registro das variações térmicas de sistemas de conexão
elétrica através da técnica termográfica. O trabalho também visa o desenvolvimento de
um sistema de análise e qualificação de componentes elétricos através do
desenvolvimento de equipamentos especiais de simulação de condições extremas de
trabalho. Todo esse esforço tem o intuito de estudar e compreender os diferentes
parâmetros externos que influem na qualidade dos resultados obtidos através da análise
termográfica. Para tal, foram analisadas as normas vigentes para a utilização de
conectores elétricos assim como avaliados os procedimentos e critérios padrões de
inspeção termográfica.
A termografia é uma técnica de inspeção não destrutiva e não invasiva que tem
como base a detecção da radiação infravermelha emitida naturalmente pelos corpos com
intensidade proporcional a sua temperatura. Através desta técnica é possível identificar
regiões, ou pontos, onde a temperatura está alterada com relação a um padrão pré-
estabelecido. É baseada na medida da radiação eletromagnética emitida por um corpo a
uma temperatura acima do zero absoluto.
Figura 22: Termogramas do conector submetido à injeção de correntes alternadas de 25
e 50%. (http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAmiYAK/aplicacoes-termografia-
como-ferramenta-manutencao-preditiva-conectores-eletricos).
Figura 23: Termogramas do conector submetido à injeção de correntes alternadas de 75
e 100%. (http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAmiYAK/aplicacoes-termografia-
como-ferramenta-manutencao-preditiva-conectores-eletricos)
Figura 24: Termograma do conector submetido à injeção de correntes alternadas de
125%. (http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAmiYAK/aplicacoes-termografia-
como-ferramenta-manutencao-preditiva-conectores-eletricos)
Nota-se neste caso que a distribuição de temperaturas apresentou-se mais uniforme
na zona central do conector, onde foram alcançados valores superiores á temperatura de
120 °C, temperatura essa que pode ser considerada crítica para tais sistemas elétricos.
5.0 – Conclusão
Pode-se concluir que com o crescimento da produção em escala mundial a
necessidade de aumentar a produção levou as indústrias a se modernizarem, automatizar
a produção proporcionou um grande avanço, principalmente na indústria petroquímica,
que abastece as demais indústrias, com isso a produção se tornou mais rápida, segura e
barata, deixando acirrada a concorrência.
Outro ponto positivo foi o aumento na qualidade da produção, com um controle
mais rigoroso, diminuíram-se os erros no processo produtivo, gerando produtos de alta
qualidade, em menos tempo.
A cadeia petroquímica constitui-se de unidades ou empresas de primeira geração,
que são as produtoras de básicos petroquímicos, de unidades ou empresas de segunda
geração, que são, sobretudo, as produtoras de intermediários e resinas termoplásticas e
das empresas de terceira geração, mais conhecidas por empresas de transformação
plástica, sendo essas empresas de extrema importância para a economia de qualquer
país desenvolvido.
No Brasil a Braskem se tornou a maior empresa da área, dominando cerca de 40%
do mercado, gerando um desequilíbrio e a dominação do mercado brasileiro. A
competividade entre essas empresas é fortemente dependente da disponibilidade de
matéria-prima, tornando-as dependentes de uma única empresa brasileira a Petrobrás.
Para obter a maior parte da matéria-prima dessas indústrias, as empresas
petroleiras utilizam o processo de Refinamento do petróleo, as refinarias produzem uma
imensa variedade de produtos que são de estrema importância para as indústrias
petroquímicas, abastecendo-as e gerando riquezas que são de extrema importância para
a economia, gerando um saldo positivo na balança econômica.
6 – Referências bibliográficas
Fonte: Mábia Ruana Silva de SenaLuis e Reyes Rosales Montero, GESTÃO DA
MANUTENÇÃO EM PLANTAS DE REFINO DE PETRÓLEO E GÁS;
Fonte: http://pt.scribd.com/doc/3020515/Apostila-Automacao-Industrial, acessado dia
25/05;
Fonte: http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAchMAC/tudo-sobre-automacao,
acessado dia 25/05;
Fonte: http://www.biblioteca.sebrae.com.br/bds/bds.nsf/8760602B214695CA832573B
E004E6135/$File/Indústria_do_Petróleo.pdf, acessado dia 25/05;
Fonte: http://www.sindipetro.org.br/saude/petroleo-meioambiente.htm, acessado dia
25/05;
Fonte: http://www.comciencia.br/reportagens/petroleo/pet21.shtml; acessado dia 25/05;
Fonte:http://www.bndes.gov.br/SiteBNDES/export/sites/default/bndes_pt/Galerias/Arqu
ivos/conhecimento/bnset/set2105.pdf, acessado 25/05;
Fonte:http://www.google.com.br/url?
sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=5&cad=rja&ved=0CDwQFjAE&url=http
%3A%2F%2Fwww.portalbmk.org.br%2Fpublicacoes%2Farquivos
%2F1123504293.doc&ei=1G9wUPfeNI29QT8z4GoDg&usg=AFQjCNHS0dn-
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Sistemas Automatizados na Indústria Petroquímica

  • 1. UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE CENTRO DE ENGENHARIA ELÉTRICA E INFORMÁTICA UNIDADE ACADÊMICA DE ENGENHARIA ELÉTRICA ______________________________________________________ IV SEMINÁRIO DE ELETROTÉCNICA APLICADA À SUSTENTABILIDADE CAMPINA GRANDE, PARAÍBA 05 A 29 DE JUNHO DE 2012. Automação e a Indústria Petroquímica Anderson dos Santos Formiga1 Luis Reyes Rosales Montero2 1 Graduando do curso de Engenharia Química; Andersondossantos1991@hotmail.com 2 Professor da Unidade Acadêmica de Engenharia Elétrica da UFCG, professorluisreyes@hotmail.com
  • 2. 1 – Introdução A palavra automação está diretamente ligada ao controle automático, ou seja, ações que não dependem da intervenção humana. Este conceito é discutível, pois a “mão do homem” sempre será necessária, pois sem ela não seria possível a construção e implementação dos processos automáticos. Entretanto não é o objetivo deste trabalho este tipo de abordagem filosófica, ou sociológica. Historicamente, o surgimento da automação está ligado com a mecanização, sendo muito antigo, remontando da época de 3500 e 3200 a.c., com a utilização da roda. O objetivo era sempre o mesmo, o de simplificar o trabalho do homem, de forma a substituir o esforço braçal por outros meios e mecanismos, liberando o tempo disponível para outros afazeres, valorizando o tempo útil para as atividades do intelecto, das artes, lazer ou simplesmente entretenimento (Silveira & Santos, 1998). Enfim, nos tempos modernos, entende-se por automação qualquer sistema apoiado em microprocessadores que substitua o trabalho humano. Atualmente a automação industrial é muito aplicada para melhorar a produtividade e qualidade nos processos considerados repetitivos, estando presente no dia-a-dia das empresas para apoiar conceitos de produção tais como os Sistemas Flexíveis de Manufatura e até mesmo o famoso Sistema Toyota de Produção. A automação industrial pode ser entendida como uma tecnologia integradora de três áreas: a eletrônica responsável pelo hardware, à mecânica na forma de dispositivos mecânicos (atuadores) e a informática responsável pelo software que irá controlar todo o sistema. Desse modo, para efetivar projetos nesta área exige-se uma grande gama de conhecimentos, impondo uma formação muito ampla e diversificada dos projetistas, ou então um trabalho de equipe muito bem coordenado com perfis interdisciplinares. Os grandes projetos neste campo envolvem uma infinidade de profissionais e os custos são suportados geralmente por grandes empresas. Petróleo e gás natural são normalmente percebidos pelo grande público como sendo essencialmente fontes primárias de combustíveis, seja para uso em meios de transporte na forma de gasolina, diesel ou mesmo gás, seja para geração de calor industrial por combustão em fornos e caldeiras. Partindo geralmente ou da nafta, que é uma fração líquida do refino do petróleo, ou do próprio gás natural tratado, os sofisticados
  • 3. processos petroquímicos são capazes de quebrar, recombinar e transformar as moléculas originais dos hidrocarbonetos presentes no petróleo ou no gás, gerando, em grande escala, uma diversidade de produtos, os quais, por sua vez, irão constituir a base química dos mais diferentes segmentos da indústria em geral. Atualmente, é possível identificar produtos de origem petroquímica na quase totalidade dos itens industriais consumidos pela população tais como embalagens e utilidades domésticas de plástico, tecidos, calçados, alimentos, brinquedos, materiais de limpeza, pneus, tintas, eletroeletrônicos, materiais descartáveis e muitos outros. A indústria petroquímica surgiu na década de 1920, nos Estados Unidos, como resultado de pesquisas que visavam à transformação de produtos naturais. Em 2000 a petroquímica representava 60% da indústria química do Brasil. Produz o equivalente a 13% do PIB da indústria brasileira de transformação, gera, aproximadamente, 310 mil empregos diretos e recolhe cerca de 15% de taxas e impostos do total dos setores produtivos. 2 – Sistemas Automatizados Os sistemas automatizados podem ser aplicados em simples máquina ou em toda indústria, como é o caso das usinas de cana e açúcar. A diferença está no número de elementos monitorados e controlados, denominados de “pontos”. Estes podem ser simples válvulas ou servomotores, cuja eletrônica de controle é bem complexa. De uma forma geral o processo sob controle tem o diagrama semelhante ao mostrado na figura 1.1, onde os citados pontos correspondem tanto aos atuadores quanto aos sensores. Figura 1 – Diagrama simplificado de um sistema de controle automático (http://pt.scribd.com/doc/3020515/Apostila-Automacao-Industrial)
  • 4. Os sensores são os elementos que fornecem informações sobre o sistema, correspondendo às entradas do controlador. Esses podem indicar variáveis físicas, tais como pressão e temperatura, ou simples estados, tal como um fim-de-curso posicionado em um cilindro pneumático. Os atuadores são os dispositivos responsáveis pela realização de trabalho no processo ao qual está se aplicando a automação. Podem ser magnéticos, hidráulicos, pneumáticos, elétricos, ou de acionamento misto. O controlador é o elemento responsável pelo acionamento dos atuadores, levando em conta o estado das entradas (sensores) e as instruções do programa inserido em sua memória. Esses elementos serão denominados de Controlador Lógico Programável (CLP). A completa automatização de um sistema envolve o estudo dos quatro elementos da figura 1, seja o sistema de pequeno, médio ou grande porte. Estes últimos podem atingir uma a complexidade e tamanho tal que, para o seu controle, deve-se dividir o problema de controle em camadas, onde a comunicação e “hierarquia” dos elementos são similares a uma estrutura organizacional do tipo funcional. A figura 1.2 mostra de forma simplificada este tipo de organização. Figura 2 – Arquitetura de rede simplificada para um sistema automatizado (http://pt.scribd.com/doc/3020515/Apostila-Automacao-Industrial)
  • 5. Nota-se que os elementos mostrados na figura 1 pertencem a primeira e segunda camada. Na terceira camada estão os sistemas supervisórios, operados pela “mão humana”, onde são tomadas decisões importantes no processo, tal como paradas programadas de máquina e alterações no volume de produção. Esses também estão integrados com os sistemas gerenciais, responsáveis pela contabilidade dos produtos e recursos fabris. 2.1 – Variáveis de Controle Conceitualmente designam-se os sensores de entradas e os atuadores de saídas, sendo que ambas podem ser representadas matematicamente por variáveis. Em automação, estas podem ser dividias em analógicas e digitais. As variáveis analógicas são aquelas que variam continuamente com o tempo, conforme mostra a figura 3(a). Elas são comumente encontradas em processos químicos advindas de sensores de pressão, temperatura e outras variáveis físicas. As variáveis discretas, ou digitais, são aquelas que variam discretamente com o tempo, como pode ser visto na figura 3(b). Figura 3 – Variáveis analógicas e digitais (http://pt.scribd.com/doc/3020515/Apostila- Automacao-Industrial). Dessa forma podemos definir o Controle Analógico como aquele que se destina ao monitoramento das variáveis analógicas e ao controle discreto como sendo o monitoramento das variáveis discretas. O primeiro tipo englobar variáveis discretas, consistindo assim em um conceito mais amplo. Ainda no controle analógico podemos separar entradas convencionais, tais como comandos do operador, ou varáveis discretas gerais, das entradas analógicas advindas
  • 6. de sensores ligados diretamente as saídas do processo. Estas últimas serão comparadas a uma referência que consiste no valor estável desejado para o controle (ver figura 4). Essa referência também é conhecida como “ set-point ”. Neste tipo de controle, onde as saídas são medidas para cálculo da estratégia de controle dizemos que há uma “realimentação”. Esse sistema é conhecido como sistema em “malha fechada”. Se não há a medição das saídas dizemos que o sistema tem “malha aberta”. Figura 4 – Estratégia de controle analógico com realimentação (http://pt.scribd.com/doc/3020515/Apostila-Automacao-Industrial). 2.2 - Diferentes tipos de entradas e saídas Entradas discretas São aquelas que fornecem apenas um pulso ao controlador, ou seja, elas têm apenas um estado ligado ou desligado, nível alto ou nível baixo, remontando a álgebra boolena que trabalha com uns e zeros. Alguns exemplos são mostrados na figura 2.3, dentre elas: as botoeiras (5a), válvulas eletropneumáticas (5b), os pressostatos (5c) e os termostatos (5d). Figura 5 – Tipos de entradas discretas (http://pt.scribd.com/doc/3020515/Apostila- Automacao-Industrial).
  • 7. Entradas multi-bits São intermediárias as entradas discretas e as analógicas. Estas se destinam a controles mais precisos como no caso do motor de passo ou servomotores. A diferença para as entradas analógicas é que estas não exigem um conversor analógico digital na entrada do controlador. Um exemplo clássico é o dos Encoders, utilizados para medição de velocidade e posicionamento (figura 6). Figura 6 – Exemplos de entradas multi-bits – Encoders (http://pt.scribd.com/doc/3020515/Apostila-Automacao-Industrial). Entradas analógicas Como o próprio nome já diz elas medem as grandezas de forma analógica. Para trabalhar com este tipo de entrada os controladores tem conversores analógico-digitais (A/D). Atualmente no mercado os conversores de 10 bits são os mais populares. As principais medidas feitas de forma analógica são a temperatura e pressão. Na figura 7 tem-se se mostra o exemplo de sensores de pressão ou termopares. Figura 7 – Exemplos de entradas analógicas – Termopares (http://pt.scribd.com/doc/3020515/Apostila-Automacao-Industrial). Saídas discretas São aquelas que exigem do controlador apenas um pulso que determinará o seu acionamento ou desacionamento. Como exemplo têm-se elementos mostrados na figura 8: Contatores (8a) que acionam os Motores de Indução (8b) e as Válvulas Eletropneumáticas (8c).
  • 8. Figura 8 – Exemplos de saídas discretas (http://pt.scribd.com/doc/3020515/Apostila- Automacao-Industrial). Saídas multi-bits Têm o conceito de operação semelhante às entradas da mesma categoria. Como principais exemplos têm-se os drivers dos Motores de Passo (figura 9a) e os servomotores (figura 9b). Figura 9 – Exemplos de saídas multi-bits: Motor de Passo e Servomotor (http://pt.scribd.com/doc/3020515/Apostila-Automacao-Industrial). Saídas analógicas Como dito anteriormente, de forma similar o controlador necessita de um conversor digital para analógico (D/A), para trabalhar com este tipo de saída. Os exemplos mais comuns são: válvula proporcional, acionamento de motores DC, displays gráficos, entre outros. 2.2 - Comandos elétricos Por definição os comandos elétricos tem por finalidade a manobra de motores elétricos que são os elementos finais de potência em um circuito automatizado. Entende-se por manobra o estabelecimento e condução, ou a interrupção de corrente elétrica em condições normais e de sobrecarga. Os principais tipos de motores são:
  • 9. • Motor de Indução • Motor de corrente contínua • Motores síncronos • Servomotores • Motores de Passo Estima-se que 40% do consumo de energia no país é destinada ao acionamento dos motores elétricos (Filippo Filho, 2000). No setor industrial, mais da metade da energia é consumida por motores. Os Servomotores e Motores de Passo necessitam de um “driver” próprio para o seu acionamento, tais conceitos fogem do escopo deste curso. Dentre os motores restantes, os que ainda têm a maior aplicação no âmbito industrial são os motores de indução trifásicos, pois em comparação com os motores de corrente contínua, de mesma potência, eles tem menor tamanho, menor peso e exigem menos manutenção. A figura 10 mostra um motor de indução trifásico típico. Existem diversas aplicações para os motores de indução, dentre elas pode-se citar: • O transporte de fluídos incompressíveis, onde se encontram as bombas de água e óleo; • O processamento de materiais metálicos, representado pelas furadeiras, prensas, tornos; • A manipulação de cargas feita pelos elevadores, pontes rolantes, talhas, guindastes, correias transportadoras, entre outros. Figura 10 – Motor de Indução Trifásico (http://pt.scribd.com/doc/3020515/Apostila- Automacao-Industrial). Um dos pontos fundamentais para o entendimento dos comandos elétricos é a noção de que “os objetivos principais dos elementos em um painel elétrico são: a) proteger o operador e b) propiciar uma lógica de comando ”.
  • 10. Partindo do princípio da proteção do operador, mostra-se na figura 11, uma sequência genérica dos elementos necessários a partida e manobra de motores, onde são encontrados os seguintes elementos: • Seccionamento: só pode ser operado sem carga. Usado durante a manutenção e verificação do circuito. • Proteção contra correntes de curto-circuito: destina-se a proteção dos condutores do circuito terminal. • Proteção contra correntes de sobrecarga: para proteger as bobinas do enrolamento do motor. • Dispositivos de manobra: destinam-se a ligar e desligar o motor de forma segura, ou seja, sem que haja o contato do operador no circuito de potência, onde circula a maior corrente. Figura 11 – Sequência genérica para o acionamento de um moto (http://pt.scribd.com/doc/3020515/Apostila-Automacao-Industrial). As manobras (ou partidas de motores) convencionais são dividas em dois tipos, segundo a norma IEC 60947: I. Coordenação do tipo 1: Sem risco para as pessoas e instalações, ou seja, desligamento seguro da corrente de curto-circuito. Porém pode haver danos ao contator e ao relé de sobrecarga.
  • 11. II. Coordenação do tipo 2: Sem risco para as pessoas e instalações. Não pode haver danos ao relé de sobrecarga ou em outras partes, com exceção de leve fusão dos contatos do contator e estes permitam uma fácil separação sem deformações significativas. 2.3 - Principais elementos em comandos elétricos Botão de comando Quando se fala em ligar um motor, o primeiro elemento que vem a mente é o de uma chave. Entretanto, no caso de comandos elétricos a “chave” que liga os motores é diferente de uma chave usual, destas encontradas em residências, utilizadas para ligar a luz, por exemplo. A diferença principal está no fato de que ao movimentar a “chave residencial” ela vai para uma posição e permanece nela, mesmo quando se retira a pressão do dedo. Na “chave industrial” ou botoeira há o retorno para a posição de repouso através de uma mola, como pode ser observado na figura 12a. O entendimento deste conceito é fundamental para compreender o porquê da existência de um selo no circuito de comando. Figura 12 – (a) Esquema de uma botoeira – (b) Exemplos de botoeiras comerciais (http://pt.scribd.com/doc/3020515/Apostila-Automacao-Industrial). A botoeira faz parte da classe de componentes denominada “ elementos de sinais ”. Estes são dispositivos pilotos e nunca são aplicados no acionamento direto de motores. A figura 12a mostra o caso de uma botoeira para comutação de 4 polos. O contato NA (Normalmente Aberto) pode ser utilizado como botão LIGA e o NF (Normalmente Fechado) como botão DESLIGA. Esta é uma forma elementar de intertravamento. Note
  • 12. que o retorno é feito de forma automática através de mola. Existem botoeiras com apenas um contato. Estas últimas podem ser do tipo NA ou NF. Ao substituir o botão manual por um rolete, tem-se a chave fim de curso, muito utilizada em circuitos pneumáticos e hidráulicos. Este é muito utilizado na movimentação de cargas, acionado no esbarro de um caixote, engradado, ou qualquer outra carga. Outros tipos de elementos de sinais são os Termostatos, Pressostatos, as Chaves de Nível e as chaves de fim de curso (que podem ser roletes). Todos estes elementos exercem uma ação de controle discreta, ou seja, liga / desliga. Como por exemplo, se a pressão de um sistema atingir um valor máximo, a ação do Pressostato será o de mover os contatos desligando o sistema. Caso a pressão atinja novamente um valor mínimo atua-se religando o mesmo. Relés Os relés são os elementos fundamentais de manobra de cargas elétricas, pois permitem a combinação de lógicas no comando, bem como a separação dos circuitos de potência e comando. Os mais simples constituem-se de uma carcaça com cinco terminais. Os terminais (1) e (2) correspondem a bobina de excitação. O terminal (3) é o de entrada, e os terminais (4) e (5) correspondem aos contatos normalmente fechado (NF) e normalmente aberto (NA), respectivamente. Uma característica importante dos relés, como pode ser observada na figura 13 é que a tensão nos terminais (1) e (2) pode ser 5 Vcc, 12 Vcc ou 24 Vcc, enquanto simultaneamente os terminais (3), (4) e (5) podem trabalhar com 110 Vca ou 220 Vca. Ou seja não há contato físico entre os terminais de acionamento e os de trabalho. Este conceito permitiu o surgimento de dois circuitos em um painel elétrico: I. Circuito de comando: neste encontra-se a interface com o operador da máquina ou dispositivo e, portanto trabalha com baixas correntes (até 10 A) e/ou baixas tensões. II. Circuito de Potência: é o circuito onde se encontram as cargas a serem acionadas, tais como motores, resistências de aquecimento, entre outras. Neste podem circular correntes elétricas da ordem de 10 A ou mais, e atingir tensões de até 760 V.
  • 13. Figura 13 – Diagrama esquemático de um relé (http://pt.scribd.com/doc/3020515/Apostila-Automacao-Industrial). Em um painel de comando, as botoeiras, sinaleiras e controladores diversos ficam no circuito de comando. Contatores Para fins didáticos podem-se considerar os contatores como relés expandidos, pois o principio de funcionamento é similar. Conceituando de forma mais técnica, o contator é um elemento eletromecânico de comando a distância, com uma única posição de repouso e sem travamento. Como pode ser observado na figura 14, o contator consiste basicamente de um núcleo magnético excitado por uma bobina. Uma parte do núcleo magnético é móvel, e é atraído por forças de ação magnética quando a bobina é percorrida por corrente e cria um fluxo magnético. Quando não circula corrente pela bobina de excitação essa parte do núcleo é repelida por ação de molas. Contatos elétricos são distribuídos solidariamente a esta parte móvel do núcleo, constituindo um conjunto de contatos móveis. Solidário a carcaça do contator existe um conjunto de contatos fixos. Cada jogo de contatos fixos e móveis podem ser do tipo Normalmente aberto (NA), ou normalmente fechado (NF).
  • 14. Figura 14 – Diagrama esquemático de um contator com 2 terminais NA e um NF (http://pt.scribd.com/doc/3020515/Apostila-Automacao-Industrial). Os contatores podem ser classificados como principais (CW, CWM) ou auxiliares (CAW). De forma simples pode-se afirmar que os contatores auxiliares têm corrente máxima de 10A e possuem de 4a 8 contatos, podendo chegar a 12 contatos. Os contatores principais tem corrente máxima de até 600A. De uma maneira geral possuem 3 contatos principais do tipo NA, para manobra de cargas trifásicas a 3 fios. Um fator importante a ser observando no uso dos contatores são as faíscas produzidas pelo impacto, durante a comutação dos contatos. Isso promove o desgaste natural dos mesmos, além de consistir em riscos a saúde humana. A intensidade das faíscas pode se agravar em ambientes úmidos e também com a quantidade de corrente circulando no painel. Dessa forma foram aplicadas diferentes formas de proteção, resultando em uma classificação destes elementos. Basicamente existem 4 categorias de emprego de contatores principais: A. AC1: é aplicada em cargas ôhmicas ou pouco indutivas, como aquecedores e fornos a resistência. B. AC2 : é para acionamento de motores de indução com rotor bobinado. C. AC3 : é aplicação de motores com rotor de gaiola em cargas normais como bombas, ventiladores e compressores. D. AC4: é para manobras pesadas, como acionar o motor de indução em plena carga, reversão em plena marcha e operação intermitente.
  • 15. Figura 15 – Foto de contatores comerciais (http://pt.scribd.com/doc/3020515/Apostila- Automacao-Industrial). Fusíveis Os fusíveis são elementos bem conhecidos, pois se encontram em instalações residenciais, nos carros, em equipamentos eletrônicos, máquinas, entre outros. Tecnicamente falando estes são elementos que se destinam a proteção contra correntes de curto-circuito. Entende-se por esta última aquela provocada pela falha de montagem do sistema, o que leva a impedância em determinado ponto a um valor quase nulo, causando assim um acréscimo significativo no valor da corrente. Sua atuação deve-se a fusão de um elemento pelo efeito Joule, provocado pela súbita elevação de corrente em determinado circuito. O elemento fusível tem propriedades físicas tais que o seu ponto de fusão é inferior ao ponto de fusão do cobre. Este último é o material mais utilizado em condutores de aplicação geral. Disjuntores Os disjuntores também estão presentes em algumas instalações residenciais, embora sejam menos comuns do que os fusíveis. Sua aplicação determinadas vezes interfere com a aplicação dos fusíveis, pois são elementos que também se destinam a proteção do circuito contra correntes de curto-circuito. Em alguns casos, quando há o elemento térmico os disjuntores também podem se destinar a proteção contra correntes de sobrecarga. A corrente de sobrecarga pode ser causada por uma súbita elevação na carga mecânica, ou mesmo pela operação do motor em determinados ambientes fabris, onde a temperatura é elevada.
  • 16. A vantagem dos disjuntores é que permitem a religação do sistema após a ocorrência da elevação da corrente, enquanto os fusíveis devem ser substituídos antes de uma nova operação. Para a proteção contra a sobrecarga existe um elemento térmico (bi-metálico). Para a proteção contra curto-circuito existe um elemento magnético. O disjuntor precisa ser caracterizado, além dos valores nominais de tensão, corrente e frequência, ainda pela sua capacidade de interrupção, e pelas demais indicações de temperatura e altitude segundo a respectiva norma, e agrupamento de disjuntores, segundo informações do fabricante, e outros, que podem influir no seu dimensionamento. Figura 16 – Aspecto dos disjuntores de três e quatro polos (http://pt.scribd.com/doc/3020515/Apostila-Automacao-Industrial). 3 - A indústria petroquímica A cadeia petroquímica constitui-se de unidades ou empresas de primeira geração, que são as produtoras de básicos petroquímicos – olefinas (eteno, propeno e butadieno) e aromáticos (benzeno, tolueno e xilenos) –, e de unidades ou empresas de segunda geração, que são, sobretudo, as produtoras de intermediários e resinas termoplásticas. As empresas de terceira geração, mais conhecidas por empresas de transformação plástica, são os clientes da indústria petroquímica que transformam os produtos da segunda geração e intermediários em materiais e artefatos utilizados por diversos segmentos, como o de embalagens, construção civil, elétrico, eletrônico e automotivo. A indústria petroquímica mundial é submetida a ciclos de preços. Durante a fase de alta, normalmente acarretada por crescimentos elevados das principais economias
  • 17. mundiais, há grandes investimentos em ampliações da capacidade, o que em três ou quatro anos leva a um excesso de oferta e à consequente queda geral de preços. Essa é uma lógica comum a vários setores intensivos em capital, mas que age com maior intensidade nesse setor, em que os investimentos necessariamente têm de ser feitos em grande escala e, normalmente, integrando expansões na produção de petroquímicos básicos e de segunda geração. A competitividade da indústria petroquímica está intimamente relacionada com os seguintes fatores: escala de produção, integração, disponibilidade de matéria-prima, tecnologia, facilidade de acesso ao mercado consumidor e custo de capital. Nesse contexto, os principais projetos em perspectiva no mundo estão localizados na Ásia, principal mercado consumidor, e no Oriente Médio, em função da disponibilidade de matérias-primas. Figura1:http://www.bndes.gov.br/SiteBNDES/export/sites/default/bndes_pt/Galerias/Ar quivos/conhecimento/bnset/set2105.pdf
  • 18. 3.1 - Primeira Geração São as produtoras de petroquímicos básicos, produtos resultantes da primeira transformação de correntes petrolíferas (nafta, gás natural, etano etc.) por processos químicos (craqueamento a vapor, pirólise, reforma a vapor, reforma catalítica etc.). Os principais produtos primários são as olefinas (eteno, propeno e butadieno) e os aromáticos (benzeno, tolueno e xilenos). Secundariamente, são produzidos ainda solventes e combustíveis. O setor petroquímico brasileiro encontra-se distribuído basicamente em três polos. São Paulo; Camaçari, na Bahia; e Triunfo, no Rio Grande do Sul. Os três polos utilizam nafta petroquímica, parte produzida pela Petrobras (cerca de 70%) e parte importada diretamente pelas próprias centrais (cerca de 30%). A partir do segundo semestre de 2005, iniciando-se as operações da Rio Polímeros, o Brasil terá um novo empreendimento petroquímico centrado apenas na produção de eteno e polietilenos, no Rio de Janeiro, diferenciando-se dos demais por utilizar como matéria-prima o etano e o propano contidos no gás natural extraído pela Petrobras da Bacia de Campos. Outra fonte de produtos básicos, principalmente propeno e em menor escala o eteno, é o aproveitamento de correntes gasosas das refinarias, ainda não utilizadas plenamente. 3.2 – Segunda geração Na segunda geração petroquímica brasileira, o número de empresas é significativamente superior ao de centrais de matérias primas (primeira geração), principalmente em função da falta de integração e consolidação do parque petroquímico nacional. É responsável pela produção das principais resinas termoplásticas e intermediários petroquímicos. Polietilenos Os polietilenos são a resina termoplástica mais utilizada no mundo, com cerca de 40% do total do mercado. Existem três tipos de polietilenos: polietileno de alta densidade (PEAD), polietileno de baixa densidade (PEBD) e polietileno de baixa
  • 19. densidade linear (PEBDL). A classificação nessas três categorias se dá de acordo com a densidade e o índice de fluidez do polímero. Polietileno de Alta Densidade (PEAD) O polietileno de alta densidade teve sua produção comercial iniciada na década de 50 e, dentre os três tipos de polietileno, é o que apresenta a maior capacidade instalada mundial. O principal segmento de aplicação do PEAD no Brasil é o de filmes destinados à produção de sacolas de supermercados e sacos picotados em rolos, que, em 2002, corresponderam a cerca de 40% da demanda total de PEAD. O segmento de sopro é o segundo principal, correspondendo a cerca de 35% da demanda de PEAD. No segmento de injeção, o PEAD sofre forte concorrência do PP. Vale ressaltar que boa parte da produção de PEAD é comercializada para pequenas e médias empresas, através de distribuidores (revenda). Polietileno de Baixa Densidade (PEBD) O polietileno de baixa densidade foi o primeiro a ser produzido e é um produto maduro, com baixa taxa de crescimento, principalmente pelo seu maior custo, decorrente do seu processo de produção, em alta pressão, hoje já considerado ultrapassado. O PEBD é em geral processado de forma misturada com o PEBDL para a produção de filmes flexíveis para embalagens. A principal aplicação do PEBD é em filmes flexíveis, utilizados por máquinas de empacotamento automático, com destaque para os filmes destinados ao empacotamento de alimentos. Com a entrada do PET em substituição às garrafas de vidro, o PEBD encontrou um novo nicho de mercado – os filmes shrink, que são os filmes que envolvem conjuntos de garrafas. Polietileno de Baixa Densidade Linear (PEBDL) Por ser um produto mais recente, obtido em processos eficientes, o PEBDL apresenta taxa de crescimento de demanda superior ao dos demais polietilenos. Como mencionado, ele é utilizado em mistura com o PEBD, tendo crescido recentemente, de forma significativa, o teor de PEBDL na mistura.
  • 20. As principais vantagens do PEBDL são suas características de impermeabilidade à água e soldabilidade, daí ser interessante sua aplicação no empacotamento de alimentos. Polipropileno O polipropileno é a resina que apresenta o maior crescimento nos últimos anos, em face da eficiência das plantas e da grande versatilidade para inúmeras aplicações. As principais características do PP que garantem essa grande versatilidade são a resistência à alta temperatura, a resistência química, a excelente resistência à fissura ambiental e a boa processabilidade, além de sua baixa densidade e seu baixo custo, se comparado ao de outras resinas. O PP não apresenta riscos ao meio ambiente, podendo o polímero ser descartado, reciclado ou incinerado. No caso de reciclagem, ela pode se dar por processo mecânico ou pela reciclagem energética, através de sua queima. PET/PTA Inicialmente, a resina de polietileno tereftalato (PET-poliéster) destinava-se unicamente a aplicações têxteis e, somente no fim dos anos 70, começou a ser produzido em grau garrafa para a indústria de embalagens. Hoje, a demanda da indústria de embalagens é bem superior à da indústria têxtil. Características como a alta resistência mecânica e química, barreira a gases e odores, além de excelente transparência, tornaram a resina PET a principal embalagem para bebidas, principalmente as carbonatadas, como os refrigerantes. O PTA destina-se, quase exclusivamente, à produção de PET, nos seus diversos graus. A instalação de unidades de PET e PTA integradas e com escala adequada seria extremamente importante para atender à demanda nacional e aumentar a competitividade da resina PET e da cadeia de fibras de poliéster no país. PVC A principal diferença do PVC para os outros plásticos é que ele contém 57% de cloro em sua composição e apenas 43% de eteno.
  • 21. A produção do cloro, por sua vez, é obtida a partir da eletrólise do sal marinho, em unidades que separam o cloro e a soda cáustica. Esse processo é, portanto, eletrointensivo. O processo de produção de PVC se inicia com a reação do cloro com o etano, formando o DCE (dicloroetano), que por sua vez é transformado em MVC (monocloreto de vinila) e que, após o processo de polimerização, se transforma em PVC (policloreto de vinila). As principais aplicações do PVC são direcionadas para o setor de construção civil (tubos e conexões), mas seu uso vem crescendo também na fabricação de perfis, laminados e calçados. Poliestireno/Estireno O poliestireno é o mais antigo dos termoplásticos. Existem três tipos de resina de poliestireno: A. Poliestireno cristal, utilizado no segmento de embalagens rígidas (copos, potes e caixas de CD) e descartáveis; B. Poliestireno expandido (conhecido como isopor, marca registrada da Basf), utilizado em embalagens e comoisolante térmico; e C. Poliestireno de alto impacto, utilizado no segmento de eletrodomésticos e eletrônicos. O poliestireno é fabricado a partir do estireno, que é uma commodity negociada internacionalmente. As principais aplicações do estireno são para plásticos (79%), resinas sintéticas (11%), elastômeros (6,5%), tintas e vernizes (2,4%), entre outros. Ao contrário do poliestireno, a fabricação de estireno não atende à demanda nacional, tendo sido verificado um déficit de cerca de 85 mil t em 2003. 3.3 - Terceira Geração São as empresas de transformação que fornecem embalagens, peças e utensílios para os segmentos de alimentação, construção civil, elétrico, eletrônico, automotivo,
  • 22. entre outros. As empresas transformadoras localizam-se, em geral, próximas ao mercado consumidor. A indústria petroquímica global assim como a nacional se organizam em pólos para aproveitar as sinergias logísticas, de infraestrutura e de integração operacional, e, com isso, minimizar os custos. As unidades que formam um pólo petroquímico são, principalmente, as de primeira e segunda geração, podendo estar empresarialmente integradas ou não. 3.4 - Análise das Capacidades de Produção dos Grupos Nacionais A formação da Braskem contribuiu para o aumento da competitividade da empresa, com o ganho de sinergias e escala. No entanto, isso provocou um preocupante desequilíbrio entre os portes das empresas e os grupos do setor, conforme evidencia a Tabela abaixo, com a Braskem concentrando 42% da produção total, contra 37% detidos pelos seis grupos nacionais (Unipar, Ipiranga, Suzano, Elekeiroz, Ultra e Unigel) e apenas 15% representados pelo conjunto das sete empresas estrangeiras (Dow, Rhodia, Rhodiaco, Solvay, Basell, Oxychem e Basf). A participação da Petrobras ficou reduzida a 6%, não se considerando as participações nas três centrais, em que figura como acionista minoritário fora do grupo de controle. Figura18:http://www.bndes.gov.br/SiteBNDES/export/sites/default/bndes_pt/Galerias/A rquivos/conhecimento/bnset/set2105.pdf 3.5 - Disponibilidade de Matérias-Primas A competitividade da indústria petroquímica, sobretudo das empresas de primeira geração, é fortemente dependente da disponibilidade de matérias-primas. É justamente
  • 23. nesse ponto que entra a relevância da Petrobras no setor, já que é a única fornecedora de matéria-prima nacional. Equacionar a questão da matéria-prima é fundamental para viabilizar as expansões de capacidade, fundamentais para a manutenção da competitividade da indústria e para atender ao crescimento da demanda interna, evitando uma ampliação do déficit da balança comercial. A principal matéria-prima do setor petroquímico nacional atualmente é a nafta, cujo consumo das três centrais é hoje da ordem de 10 milhões t/ano, sendo cerca de 7 milhões t/ano fornecidas pela Petrobras e 3 milhões t/ano supridas por importações feitas diretamente pelas centrais, com um significativo gasto de divisas, da ordem de US$ 600 milhões/ano. A Petrobras fornece ainda cerca de 400 mil t/ano de propeno, gerados nas refinarias, para a produção de polipropileno e óxido de propeno. 3.6 - O Refino do Petróleo O petróleo bruto é uma complexa mistura de hidrocarbonetos, que apresenta contaminações variadas de enxofre, nitrogênio, oxigênio e metais. A composição exata dessa mistura varia significativamente em função do seu reservatório de origem. No seu estado bruto, o petróleo tem pouquíssimas aplicações, servindo quase que somente como óleo combustível. Para que o potencial energético do petróleo seja aproveitado ao máximo, ele deve ser submetido a uma série de processos, a fim de se desdobrar nos seus diversos derivados. O refino do petróleo consiste na série de beneficiamentos pelos quais passa o mineral bruto, para a obtenção desses derivados, estes sim, produtos de grande interesse comercial. Esses beneficiamentos englobam etapas físicas, e químicas de separação, que originam as grandes frações de destilação. Estas frações são então processadas através de outra série de etapas de separação e conversão que fornecem os derivados finais do petróleo. Refinar petróleo é, portanto, separar as frações desejadas, processá-las e lhes dar acabamento, de modo a se obterem produtos vendáveis. As Refinarias Refinarias de petróleo é um complexo sistema de operações múltiplas; as operações que são usadas em uma dada refinaria dependem das propriedades do
  • 24. petróleo que será refinado, assim como dos produtos desejados. Por essas razões, as refinarias podem ser muito diferentes. Figura19: Refinaria de petróleo na Alemanha. (http://revistaepoca.globo.com/Revista/Epoca/0,,EMI11955-15259,00.html). Além de o petróleo ser uma mistura extremamente complexa de diversos compostos, não existem dois petróleos idênticos. Sendo assim, suas diferenças vão influenciar de forma decisiva os rendimentos e a qualidade das frações que serão obtidas de cada petróleo. O principal objetivo dos processos de refinação é a obtenção da maior quantidade possível de derivados de alto valor comercial, ao menor custo operacional possível, com máxima qualidade, minimizando-se ao máximo a geração dos produtos de pequenos valores de mercado. As características do petróleo têm grande influência sobre a escolha das técnicas que serão adotadas para a sua refinação, e de um modo geral são elas que irão determinar quais serão os produtos que melhor poderão ser obtidos de um dado petróleo. Deste modo, pode-se concluir que nem todos os derivados podem ser produzidos com qualidade e de forma economicamente viável a partir de qualquer tipo de petróleo. Também não existe uma técnica única de refino que seja aplicável a qualquer tipo de óleo bruto. Além disso, é preciso que determinada refinaria atenda à demanda de seu mercado, tanto qualitativa quanto quantitativamente, e que opere de modo a processar a gama de
  • 25. tipos de petróleo que lhe servem de matéria-prima da forma mais econômica e racional possível. A fim de que esses requisitos possam ser atendidos, surgem os diversos arranjos das várias unidades de processamento que podem compor uma refinaria. Esse encadeamento de unidades dentro uma refinaria é o que se denomina Esquema de Refino. Os Esquemas de Refino variam significativamente de uma refinaria para outra, não apenas pelas razões acima, mas também pelo fato de que mesmo os mercados de uma dada região estão sempre se modificando com passar do tempo. Além disso, os avanços na tecnologia dos processos propiciam o surgimento de novas técnicas de refino de alta eficiência e rentabilidade, que ocupam o espaço dos processos mais antigos, de menores eficiências e maiores custos operacionais, que assim sendo, entram em obsolescência. Além desses fatores, atualmente também existem as crescentes exigências ambientais por parte dos governos, sob a forma de legislações e regulamentações, e por parte dos próprios mercados, que demandam cada vez mais, produtos oriundos de processos ditos “limpos”, e que, desta forma, forçam a indústria do refino de petróleo a programar melhorias contínuas. Se observados nos contextos de médios e longos prazos, os processos de refino não podem ser considerados estáticos, mas sim dinâmicos na sua constante evolução. Figura 20: Esquema simplificado de uma refinaria. (http://labvirtual.eq.uc.pt/siteJoomla/index.php? option=com_content&task=view&id=224&Itemid=415). Objetivos do Refino
  • 26. De um modo geral, uma refinaria, ao ser planejado e construído, pode se destinar a dois objetivos básicos: - produção de produtos energéticos (combustíveis e gases em geral); - produção de produtos não energéticos (parafinas, lubrificantes, etc.) e petroquímicos. O primeiro objetivo constitui a maior parte dos casos, pois a demanda por combustíveis é deveras maior do que a demanda por outros produtos. Nesse caso, a produção destina-se à obtenção de GLP, gasolina, Diesel, querosene e óleo combustível, entre outros. O segundo grupo, não tão expressivo, é constituído de um grupo minoritário, onde o principal objetivo é a maximização da produção de frações básicas lubrificantes, parafinas e matérias-primas para a indústria petroquímica. Estes produtos possuem valores agregados muito superiores ao dos combustíveis, o que confere aos refinadores altas rentabilidades, embora os investimentos envolvidos sejam também muito mais altos do que os necessários para o caso anterior. Processos de Refino As maiores operações unitárias que são tipicamente encontradas nas refinarias serão brevemente descritas a seguir. Os primeiros processos a ser descritos são os chamados Processos de Separação, que têm por finalidade desmembrar o petróleo em suas frações mais básicas, ou processar uma fração que tenha sido anteriormente gerada, para que dela se remova um grupo específico de compostos. Os processos de separação são sempre de natureza física. Modificações de temperatura e/ou pressão ou o uso de diferentes solventes efetuam a separação desejada. As principais operações dessa natureza que são encontradas em uma refinaria são: - Dessalinização; - Destilação Atmosférica; - Destilação a Vácuo; - Desasfaltação a Propano; - Desaromatização a Furfural; - Desparafinação; - Desoleificação.
  • 27. Os processos de conversão têm como objetivo transformar determinadas frações do petróleo em outras de maior interesse econômico. Ao contrário dos processos de separação, os processos de conversão possuem natureza química e se utilizam de reações de quebra, reagrupamento ou reestruturação molecular. Os processos de conversão normalmente possuem elevada rentabilidade, pois transformam frações de baixo valor comercial, como é o caso dos gasóleos e dos resíduos de destilação, em outras frações de maiores valores de mercado. A presença de unidades de conversão nas refinarias eleva complexidade da mesma. Tais processos mudam a estrutura das moléculas dos hidrocarbonetos, através da quebra das mesmas em moléculas menores, da sua junção para a formação de moléculas maiores, ou mesmo do rearranjo delas em moléculas de melhor qualidade. Para muitas das operações citadas anteriormente, usa-se um grande número de técnicas na indústria. As principais serão brevemente comentadas a seguir. As reações específicas de cada processo são obtidas através da ação conjugada de temperatura e pressão sobre os cortes que foram obtidos nos processos de separação, sendo bastante frequente também a presença de um agente que promova a reação desejada, o chamado catalisador. Os principais processos de conversão utilizados no refino de petróleo serão sucintamente descritos a seguir. São eles: - Craqueamento Térmico; - Visco – redução; - Coqueamento; - Craqueamento Catalítico; - Hidrocraqueamento Catalítico; - Hidrotratamento/Hidroprocessamento; - Alquilação; - Isomerização; - Polimerização; - Reforma Catalítica; - Tratamentos Químicos. 4.0 – Automação e a indústria Petroquímica 4.1 - Sistemas de Controle Os sistemas de controle de manutenção podem ser divididos em dois blocos: Sistemas de Controle da Manutenção de Rotina
  • 28. Manutenção de Rotina é aquela realizada no dia-a-dia, sem grandes perturbações no processo produtivo. Sistemas de Controle de Paradas Paradas de Manutenção são grandes eventos de reparo e inspeção de equipamentos, que exigem interrupção da atividade produtiva total ou parcial da planta por determinado período. Como a interrupção da produção caracteriza baixo faturamento, normalmente, as paradas de manutenção estão centradas na execução em menor período possível, mas pode ocorrer que, estrategicamente, a parada esteja centrada na realização pelo menor custo possível, ou ainda uma combinação das duas. Software e Termográficos Utilizados para auxiliar as manutenções. SE Maintenance, Sistema Computadorizado de Gerenciamento da Manutenção (CMMS) - realiza todo o planejamento e controle das atividades de manutenção sobre equipamentos e instalações, maximizando a eficácia da manutenção e reduzindo os custos associados. É uma ferramenta muito eficaz e de fácil utilização que amplia a capacidade de gerenciamento em diversos ambientes industriais, comerciais e de serviços suportando perfeitamente as necessidades frente às manutenções preventivas, preditivas e corretivas. SE Maintenance realiza o acompanhamento e a programação dos recursos existentes para as atividades de manutenção - colaboradores, materiais de reposição e consumo, fornecedores, ferramentas, procedimentos e recursos financeiros - promovendo a produtividade e a eficácia do trabalho, racionalizando o consumo de materiais, e otimizando a carga de trabalho dos colaboradores. Reduzir os custos de armazenamento de materiais, evitar níveis de estoque com excessivas reposições e minimizar tempos de parada de equipamentos pela falta de peças de reposição, são alguns benefícios obtidos pelo sistema no controle dos almoxarifados de materiais. SE Maintenance auxilia no cumprimento dos requisitos de normas internacionais como ISO 9000, ISO 14000 e ISO TS 16949, assegurando o gerenciamento eficaz do programa de Manutenção Produtiva Total (TPM).
  • 29. Figura 21: Programa de Manutenção Produtiva (http://www.softexpert.com.br/gestao-manutencao-ativos.php) 4.2 - A termografia As interrupções no fornecimento de energia elétrica por desligamentos imprevistos, além de causar desgaste na imagem das concessionárias e prejuízos para terceiros, trazem embutidos custos financeiros inaceitáveis, decorrentes da energia deixada de transmitir e dos danos causados em equipamentos elétricos. A decisão quanto a desligar ou não um sistema elétrico é crucial para quem trabalha em manutenção, uma vez que sempre permanece a dúvida quanto à preservar o equipamento ou deixar o consumidor sem energia. Considerando-se que a grande maioria das falhas nos sistemas elétricos é acompanhada ou precedida de sintomas que evidenciam a evolução de fenômenos térmicos, torna-se de grande importância para o setor o desenvolvimento de processos confiáveis de medida de temperatura. Esta necessidade justifica-se pelo volume de sintomas associados à elevação de temperatura em sistemas elétricos. Como esta resistência de contato é diretamente proporcional à resistividade do material (a qual varia com a temperatura) elevações na temperatura, aumentam a dissipação de calor e consequentemente as perdas de energia no sistema. Neste sentido, o presente trabalho busca o registro das variações térmicas de sistemas de conexão elétrica através da técnica termográfica. O trabalho também visa o desenvolvimento de um sistema de análise e qualificação de componentes elétricos através do desenvolvimento de equipamentos especiais de simulação de condições extremas de trabalho. Todo esse esforço tem o intuito de estudar e compreender os diferentes parâmetros externos que influem na qualidade dos resultados obtidos através da análise termográfica. Para tal, foram analisadas as normas vigentes para a utilização de conectores elétricos assim como avaliados os procedimentos e critérios padrões de inspeção termográfica.
  • 30. A termografia é uma técnica de inspeção não destrutiva e não invasiva que tem como base a detecção da radiação infravermelha emitida naturalmente pelos corpos com intensidade proporcional a sua temperatura. Através desta técnica é possível identificar regiões, ou pontos, onde a temperatura está alterada com relação a um padrão pré- estabelecido. É baseada na medida da radiação eletromagnética emitida por um corpo a uma temperatura acima do zero absoluto. Figura 22: Termogramas do conector submetido à injeção de correntes alternadas de 25 e 50%. (http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAmiYAK/aplicacoes-termografia- como-ferramenta-manutencao-preditiva-conectores-eletricos). Figura 23: Termogramas do conector submetido à injeção de correntes alternadas de 75 e 100%. (http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAmiYAK/aplicacoes-termografia- como-ferramenta-manutencao-preditiva-conectores-eletricos) Figura 24: Termograma do conector submetido à injeção de correntes alternadas de 125%. (http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAmiYAK/aplicacoes-termografia- como-ferramenta-manutencao-preditiva-conectores-eletricos) Nota-se neste caso que a distribuição de temperaturas apresentou-se mais uniforme na zona central do conector, onde foram alcançados valores superiores á temperatura de 120 °C, temperatura essa que pode ser considerada crítica para tais sistemas elétricos.
  • 31. 5.0 – Conclusão Pode-se concluir que com o crescimento da produção em escala mundial a necessidade de aumentar a produção levou as indústrias a se modernizarem, automatizar a produção proporcionou um grande avanço, principalmente na indústria petroquímica, que abastece as demais indústrias, com isso a produção se tornou mais rápida, segura e barata, deixando acirrada a concorrência. Outro ponto positivo foi o aumento na qualidade da produção, com um controle mais rigoroso, diminuíram-se os erros no processo produtivo, gerando produtos de alta qualidade, em menos tempo. A cadeia petroquímica constitui-se de unidades ou empresas de primeira geração, que são as produtoras de básicos petroquímicos, de unidades ou empresas de segunda geração, que são, sobretudo, as produtoras de intermediários e resinas termoplásticas e das empresas de terceira geração, mais conhecidas por empresas de transformação plástica, sendo essas empresas de extrema importância para a economia de qualquer país desenvolvido. No Brasil a Braskem se tornou a maior empresa da área, dominando cerca de 40% do mercado, gerando um desequilíbrio e a dominação do mercado brasileiro. A competividade entre essas empresas é fortemente dependente da disponibilidade de matéria-prima, tornando-as dependentes de uma única empresa brasileira a Petrobrás. Para obter a maior parte da matéria-prima dessas indústrias, as empresas petroleiras utilizam o processo de Refinamento do petróleo, as refinarias produzem uma imensa variedade de produtos que são de estrema importância para as indústrias petroquímicas, abastecendo-as e gerando riquezas que são de extrema importância para a economia, gerando um saldo positivo na balança econômica. 6 – Referências bibliográficas Fonte: Mábia Ruana Silva de SenaLuis e Reyes Rosales Montero, GESTÃO DA MANUTENÇÃO EM PLANTAS DE REFINO DE PETRÓLEO E GÁS; Fonte: http://pt.scribd.com/doc/3020515/Apostila-Automacao-Industrial, acessado dia 25/05; Fonte: http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAchMAC/tudo-sobre-automacao, acessado dia 25/05; Fonte: http://www.biblioteca.sebrae.com.br/bds/bds.nsf/8760602B214695CA832573B E004E6135/$File/Indústria_do_Petróleo.pdf, acessado dia 25/05;
  • 32. Fonte: http://www.sindipetro.org.br/saude/petroleo-meioambiente.htm, acessado dia 25/05; Fonte: http://www.comciencia.br/reportagens/petroleo/pet21.shtml; acessado dia 25/05; Fonte:http://www.bndes.gov.br/SiteBNDES/export/sites/default/bndes_pt/Galerias/Arqu ivos/conhecimento/bnset/set2105.pdf, acessado 25/05; Fonte:http://www.google.com.br/url? sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=5&cad=rja&ved=0CDwQFjAE&url=http %3A%2F%2Fwww.portalbmk.org.br%2Fpublicacoes%2Farquivos %2F1123504293.doc&ei=1G9wUPfeNI29QT8z4GoDg&usg=AFQjCNHS0dn- XqqXIxNaeTP_DUEyWWAekg&sig2=SgqBlbia7bnvt_jPGwFwzg, acessado dia 06/10.