A Usina 4.0 é a incorporação dos conceitos da Indústria 4.0 no Setor Sucroenergético, onde utilizaremos esse termo em nosso texto. As usinas evoluíram tecnologicamente no quesito Automação Industrial, onde, no início da década de 80 os painéis de controle pneumático foram substituídos por eletrônicos, depois por redes industriais na década de 90 e no início do século XXI, vemos as Usinas (...)

1. Márcio Venturelli
USINA 4.0
A Quarta Revolução Industrial no Setor
Sucroenergético

2. Estamos vivendo a transição da 3ª
Revolução Industrial para a 4ª Revolução
Industrial, a partir da década de 70 a
implantação de computadores nas linhas de
produção, fazendo o controle dos processos,
permitiram ganhos de escala sem
precedentes, além da padronização e
elevada qualidade, reduzindo drasticamente
os custos de produção.
A partir da década de 90, a massificação da
Internet trouxe um novo conceito de se
comunicar, impactando diretamente a vida
das pessoas, a ideia básica foi que todos
estivessem se comunicando através de uma
plataforma única, hoje com redes sociais,
usando dispositivos on-line, os smartphones
e equivalentes, permitindo troca de
informações, pesquisas, análise de dados,
decisões e ações em tempo real e
descentralizada e mais um sem números de
tecnologias habilitadoras da Indústria 4.0,
tais como, IoT Internet das Coisas,
computação em nuvem, gêmeos digitais,
entre outras.
História das Revoluções
A história da evolução da indústria passa
por períodos de Revolução, para fins de
grupos de estudos temos a primeira
Revolução Industrial no século 18, que foi
o aperfeiçoamento da máquina a vapor por
James Watt, colocando a indústria têxtil
como símbolo da produção excedente,
gerando a riqueza da época, criando um
novo modelo econômico.
A primeira revolução industrial foi de
aproximadamente 200 anos (1712-1913),
quando Henry Ford criou a linha de
produção em massa, onde definimos a
segunda Revolução Industrial, fazendo a
produção empurrada, criando o conceito da
produção em escala, reduzindo o custo e
popularizando o produto, para que a massa
trabalhadora pudesse adquirir, criando um
ciclo virtuoso na indústria e na economia.
Esse período durou próximo de 60 anos
(1913-1969), onde entramos na era da
automação, sendo nossa terceira Revolução
Industrial, que foi a implantação de
computadores no chão-de-fábrica,
colocando controles eletrônicos, sensores e
dispositivos capazes de gerenciar uma
grande quantidade de variáveis de
produção, permitindo a tomada de decisões
de controle de dispositivos de forma
autônoma, o impacto foi a elevação da
qualidade dos produtos, o aumento da
produção, a gestão dos custos e a elevação
da segurança na produção.
O período da terceira Revolução Industrial
durou cerca de 40 anos (1969-2010), vemos
que estes intervalos vêm diminuindo,
inaugurando uma nova era, ainda em
transição, cujo maior protagonista é a
Internet, que já está consolidada entre as
pessoas como um grande canal de
comunicação convergente de todas as
tecnologias, agora sendo colocado dentro da
indústria com seus conceitos, adaptados a
máquinas e equipamentos.
Quando dizemos que a internet está na
indústria, no meio produtivo, esta é nossa
Quarta Revolução Industrial, chamada de
Indústria 4.0, onde devemos entender um
ambiente onde todos os equipamentos e
máquinas estão conectadas em redes através
do IoT (Internet das Coisas),
disponibilizando dados de forma
onipresente no Cloud (nuvem – dados na
Internet) e concentrado e analisado no
banco de dados Data Lake, onde o resultado

3. é a entrega de informações em tempo real,
de forma dinâmica, num modelo de
predição de cenários, tudo isso usando
tecnologias da área de Ciência de Dados e
Analytics.
A Indústria 4.0 é uma realidade, ainda que
diversos setores, regiões e países estejam de
níveis de desenvolvimento tecnológicos
diferentes, mas está sendo motivada por três
grandes mudanças no mundo industrial
produtivo:
• Avanço exponencial da capacidade
dos computadores;
• Imensa quantidade de informação
digitalizada;
• Novas estratégias de inovação
(pessoas, pesquisa e tecnologia).
Usina 4.0
A Usina 4.0 é a incorporação dos conceitos
da Indústria 4.0 no Setor Sucroenergético,
onde utilizaremos esse termo em nosso
texto.
As usinas evoluíram tecnologicamente no
quesito Automação Industrial, onde, no
início da década de 80 os painéis de controle
pneumático foram substituídos por
eletrônicos, depois por redes industriais na
década de 90 e no início do século XXI,
vemos as Usinas com Centro de Operações
comandando toda a planta, a partir de
tecnologias de Controladores
Programáveis, todos conectados em redes
de informação e controle.
As novas tecnologias que surgem como
bandeira desta nova revolução, já são
presentes, porém estamos vivendo uma
transição, sem estabelecer um limite de
implantação, novos conceitos, tais como,
Internet das Coisas (IoT) e Banco de Dados
(Data Lake), permeiam esse novo cenário.
Na prática, as plantas industriais são
reativas quanto aos processos produtivos,
mudanças de cenário econômico, de
consumidores, tendências de manutenção e
operação, somente aparecem para o
operador ou coordenador quanto de fato
ocorrem, na maioria das vezes arrastando
prejuízos na produção de toda ordem, custo,
segurança e qualidade.
As variáveis do processo são centralizadas
nos controladores, com o objetivo final de
fazer o controle operacional, porém elas não
são interligadas, não se comunicam umas
com as outras. Por exemplo, quando há
baixa de carga na moenda, os motores
continuam recebendo máxima carga,
diminuindo a eficiência energética, quando
há contaminação no mosto, demora-se
chegar ao resultado, vindo do laboratório,
de quantidade de dosagem química,
diminuindo o rendimento produtivo,
operações vazias, flutuantes, com alta
variabilidade, exigem consumo contínuo de
água, ar comprimido, vapor, gases e energia
elétrica, impactando em desperdício e alta
emissão de CO2
.
Contexto
“A previsão do tempo é de chuva para daqui
a dois dias, o governo precisa ampliar os
estoques de etanol em 10% até o final da
safra, o valor do açúcar tem previsão de
subida de 3% até o final da safra, o
fornecedor de insumos não tem estoque
suficiente para a produção no pico, duas
válvulas e dois inversores de frequência
críticos para disponibilidade de planta estão
previstos para manutenção daqui a uma
semana”.

4. Imagine todos estes dados, se comunicando
on-line, num único banco de dados da
planta de produção de etanol e açúcar, na
Usina 4.0, temos um cenário onde as
decisões são tomadas em tempo real, pelo
próprio sistema ou operadores conectados
on-line de forma preditiva, o operador
assume a condição de supervisor de
processo industrial, trabalhando
essencialmente com dados.
Então o sistema apoia-se na tomada de
decisões e faz um setup automático das
variáveis de controle de produção, alterando
parâmetros do PLC (Controlador Lógico
Programável) ou DCS (Sistema Digital de
Controle), puxando a produção para
contingenciar as chuvas previstas, direciona
o aumento da produção de 10% de etanol
dentro do contrato de governo, direciona
caldo primário para elevação de produção
de açúcar, visto elevação do preço da oferta,
contingencia compra de insumos de
fornecedor alternativo, faz uma parada
programada para manutenção baseada em
eventos, contingenciada para suportar a
demanda, numa eventual chuva já prevista,
essas decisões foram tomadas, todas de
forma automática, baseado em dados
interconectados através do Cloud (nuvem) e
concentrado em num banco de dados, Data
Lake com análise dinâmica e variável de
dados, dentro de cenários programados,
essa é a indústria do futuro, essa é a Usina
4.0, estamos evoluindo a cada dia para isso.
Funcionamento da Indústria 4.0
O conceito de Usina 4.0, é a criação de um
ambiente no setor sucroenergético
(industrial, agrícola e de negócios) onde as
pessoas, equipamentos e informações,
trafeguem nesta grande via, onde podemos
chamá-la de Cibersistema Industrial. A
usina estará conectada num ambiente de
informações dinâmicas, por exemplo, dados
meteorológicos, que influenciam o campo e
a moagem, no tempo real, permitindo uma
tomada de decisões sobre corte e produção,
a conexão do estoque de insumos, seu
consumo em tempo real e operação com os
fornecedores de produtos e serviços,
permitindo a entrega e análise do processo
no tempo que ocorre, eliminando
desperdícios de toda ordem.
A Usina 4.0 terá todo o processo produtivo
conectado, todos os instrumentos e
equipamentos na planta industrial, no setor
agrícola com máquinas e equipamentos
conectados no GPS trocando informações
com a indústria e os parâmetros dos
controladores, isso será permitido através
da Internet das Coisas (IoT), a maioria com
redes sem fio Wireless e 4 ou 5G, todo o
processo produtivo será simulado através de
cenários, tanto de mercado, quanto de
consumo, com uso de Gêmeos Digitais,
fazendo a Usina produzir sob medida, na
melhor relação Insumo x Venda, pois o
Banco de Dados (Data Lake) receberá todas
as informações da cadeia produtiva, tanto
interna, dos equipamentos e pessoas que
vimos, quanto externa, fornecedores,
governos, clima, mercado, entregando
informações para tomada de decisões,
sendo ainda suportada pelos sistemas
Analytics, onde os sistemas “aprenderão”
com os cenários, é a evolução do próprio
controle operacional que hoje existe na
forma de controladores programáveis e
supervisórios, e ainda, os SDCD Sistemas
Digitais de Controle Distribuído,
oferecendo aos operadores e coordenadores
as melhores opções de tomada de decisões,
analisando o ambiente produtivo com
variáveis relacionadas, tais como, caso
ocorra uma quebra de caminhão, o impacto

5. que sofrerá a moagem e em qual tempo,
uma aumento da umidade e o impacto na
cogeração e consumo do insumo na
Unidade Termoelétrica, uma demanda
pontual para produzir etanol anidro, qual o
melhor arranjo produtivo e em que
momento para obter o melhor
aproveitamento.
Benefícios da Usina 4.0
Entendendo a Usina 4.0 como uma
evolução dos sistemas produtivos
industriais, baseado em dados, podemos
listar alguns benéficos previstos e já
estudados e baseados no impacto nas
plantas:
• Redução de Custos – o processo é
rastreado;
• Economia de Energia –
equipamentos mais eficientes;
• Aumento da Segurança – as ações são
antecipadas e não mais reativas;
• Conservação Ambiental – uso
eficiente de energias;
• Redução de Erros – o processo é
interconectado;
• Fim do Desperdício – produzir na
quantidade certa;
• Transparência nos Negócios – uma
rede que permite governança;
• Aumento da Qualidade de Vida –
uma planta com pessoas produzindo
de forma inteligente;
• Personalização e Escala sem
Precedentes – quantidade de acordo
com demanda.
A tecnologia base responsável por este
conceito é o IoT – Internet of Things
(Internet das Coisas) e a Computação em
Nuvem, com seus serviços Analytics.
A Internet das Coisas, também conhecido
como IIoT (Internet Industrial das Coisas),
como comentado anteriormente é a conexão
lógica de todos os dispositivos e meios
relacionados ao ambiente produtivo na
indústria em questão, os sensores,
transmissores, computadores, células de
produção, sistema de planejamento
produtivo, diretrizes estratégicas da
indústria, informações de governo, clima,
fornecedores, tudo sendo gravado e
analisado em um banco de dados.
A ideia de termos uma Ciberindústria, onde
a interconexão entre células de produção, os
sistemas passam a trocar informações entre
si, de forma autônoma, tomando decisões de
produção, custo, contingência, segurança,
através de um modelo de inteligência
artificial, complementado pela IIoT e a
nuvem.
Novas Tecnologias
Para que este sistema funcione, entregando
os benefícios acima previstos, novas
tecnologias para a Automação Industrial
surgiram e muitas delas oriundas do mundo
da TI Tecnologia da Informação,
perfazendo a convergência destes dois
mundos, entre elas podemos citar as
principais:
• Uso do Protocolo IPV6 (ampliação
dos pontos de conexão IP de todos
Devices);
• Uso do Wireless e 4G e 5G (ampla
utilização de redes sem fio);

6. • Uso de Gêmeos Digitais (criação de
diversos cenários a partir de
softwares);
• Uso de Cloud (as informações
estarão na Nuvem – compartilhada);
• Uso do Data Lake (todas as
informações reunidas, de forma
dinâmica para tomada de decisões);
• Uso de RFID (todo movimento de
materiais é rastreado com todas as
informações);
• Uso de Computação de Borda,
aumentando a segurança e opções de
processamento no campo.
Pilares da Usina 4.0
Os pilares da Usina 4.0, estão baseados em
um novo formato de planejar e operar uma
planta industrial de processo, em que
podemos pontuar:
• Interoperabilidade dos sistemas,
pessoas e informações, tudo se
intercomunica no sistema Ciberfísico
da Usina;
• Virtualização da fábrica uso de
modelos conectados com os sistemas
físicos, podendo simular toda a safra,
antes mesmo de iniciar, com todos os
cenários e pré-setar equipamentos,
usando Gêmeos Digitais;
• Descentralização dos sistemas,
permitindo que os subsistemas
tomem decisões dentro do conjunto,
através de modelos de automação
avançados;
• Banco de dados (Data Lake) em
tempo real, capacidade de coletar,
analisar e fornecer conhecimento da
cadeia produtiva no instante que
ocorre;
• Orientação a serviços, todos os
sistemas, pessoas e informações
publicam e consomem informações
de acordo com a demanda do modelo
produtivo;
• Modularidade de todo o sistema,
permitindo alta flexibilidade de
mudanças de requisitos, substituição
ou expansão da produção de forma
inteligente.
Tendências
Com isso, a Usina 4.0, a partir de nosso
momento atual, nos remete a entender sua
evolução no meio produtivo e propomos a
observar as seguintes tendências que já
estão em movimento no meio industrial:
• Manutenção autônoma de
equipamentos como tomada de
decisões por sistemas analíticos;
• Supervisão da operação industrial,
com uso de dados e IA para
automação dos processos produtivos;
• Uso de Gêmeos Digitais associados
com tecnologias de Realidade Virtual
e Aumentada, criando um ambiente
de imersão para a operação na usina.
Conclusão
A partir das principais tecnologias acima
citadas, podemos entender que teremos uma
nova realidade produtiva, tudo estará
conectado para que as melhores decisões de

7. produção, custo e segurança sejam tomadas,
tudo sob demanda e em tempo real.
Como dizemos estamos vivendo uma
transição entre a Terceira Revolução e a
Quarta Revolução Industrial, a Usina 4.0 e,
para que se estabeleça um caminho para a
implantação, é importante entender este
momento.
Atualmente os sistemas de automação
devem estar orientados a aumento da
produção, redução de custos e visão nas
mudanças tecnológicas, para isso a
plataforma técnica deve estar estruturada
com redes industriais, sistemas de
otimização e banco de dados.
Para trilhar o caminho da Usina 4.0 é
necessário entender que é uma jornada de
transformação digital, onde o primeiro
passo é criar um plano estratégico,
envolvendo pessoas, entendendo processos
digitais e aplicando tecnologias
inteligentes.
Entendendo que a partir do uso das
premissas anteriores, o amadurecimento
operacional, levará a esta nova demanda,
onde a visão da Usina 4.0 estará orientada a
eficiência energética, integração da cadeira
produtiva e orientação produtiva via BI
(Business Inteligence), onde a estruturação
técnica levará ao controle descentralizado
dos processos, todos os ativos estarão on-
line e as tomadas de decisões serão baseadas
no Data Lake.
Isto tudo é um mundo novo, um novo
conceito que seguramente será uma
realidade, mudará a forma como lidamos
hoje com a produção de bens de consumo e
materiais, tendo uma melhor distribuição de
riquezas e um planeta mais sustentável.
USINA 4.0 – A QUARTA REVOLUÇÃO INDUSTRIAL NO
SETOR SUCROENERGÉTICO
REV. MAR / 2024

8. O SETOR SUCROENERGÉTICO – BIORREFINARIAS
O setor sucroenergético do Brasil desempenha um papel fundamental na economia do país, sendo um dos líderes mundiais na
produção de etanol, açúcar e energia elétrica a partir da cana-de-açúcar. Com vastas extensões de terras adequadas para o cultivo de
cana, clima favorável e uma infraestrutura sólida, o Brasil se destaca como um dos principais produtores e exportadores desses
produtos.
A produção de etanol é um dos principais pilares do setor sucroenergético. O etanol é obtido por meio do processamento da cana-de-
açúcar, que passa por diversas etapas, incluindo a colheita, moagem, fermentação e destilação. O etanol produzido é utilizado
principalmente como biocombustível, sendo misturado à gasolina para reduzir a dependência de combustíveis fósseis e diminuir as
emissões de gases do efeito estufa. O Brasil possui uma extensa frota de veículos flexfuel, capazes de utilizar tanto gasolina como etanol,
o que impulsiona a demanda interna pelo biocombustível.
Além do etanol, o setor sucroenergético brasileiro é responsável por uma significativa produção de açúcar. O açúcar é obtido a partir
do suco extraído da cana-de-açúcar, que passa por um processo de evaporação e cristalização. O Brasil é o maior produtor mundial de
açúcar, com uma produção voltada tanto para o mercado interno como para a exportação. O açúcar brasileiro é reconhecido
internacionalmente pela sua qualidade e competitividade.
Outro aspecto importante do setor sucroenergético é a geração de energia elétrica a partir do bagaço da cana-de-açúcar. Durante o
processo de produção de açúcar e etanol, o bagaço resultante é utilizado como biomassa para a geração de energia. Usinas
sucroenergéticas empregam tecnologias avançadas, como a queima do bagaço em caldeiras de alta pressão, para produzir vapor que
aciona turbinas e geradores de energia elétrica. Esse processo permite que as usinas atendam suas próprias demandas energéticas e
ainda gerem excedentes que são fornecidos para a rede elétrica, contribuindo para a matriz energética do país.
A produção de etanol, açúcar e energia elétrica, caracteriza o setor como sucroenergético, todavia, o setor está evoluindo para
Biorrefinarias, onde a indústria também está processando etanol 1,5G (geração), de milho, nas usinas flex, também o etanol de 2ª
geração, feito de bagaço ou palha, o biogás também como produto, também é um horizonte a produção de H2V (hidrogênio verde),
além dos bioprodutos.
O setor sucroenergético brasileiro possui grande importância econômica e social, cerca de 2% do PIB, proporcionando empregos em
áreas rurais e urbanas, contribuindo para o desenvolvimento regional e gerando divisas por meio das exportações. Além disso, a
produção de etanol e energia elétrica a partir da cana-de-açúcar contribui para a redução das emissões de gases do efeito estufa,
fortalecendo a posição do Brasil como um país comprometido com a sustentabilidade e a mitigação das mudanças climáticas, no
processo da descarbonização do planeta.
Márcio Venturelli trabalha há 30 anos no mercado
de Automação Industrial, desenvolveu sua carreira ao
longo do tempo com foco em Inovação e Novas
Tecnologias, especializou-se em Digitalização e Indústria
4.0, atualmente é Coordenador Técnico do Instituto SENAI
de Tecnologia e Professor de Automação Industrial, como
foco em Transformação Digital.
Trabalhou em diversos projetos e implantação de sistemas
de controle e automação industrial, no Brasil e no exterior,
além de ser professor de graduação e pós-graduação nas
áreas de automação e gestão industrial e desenvolver
pesquisa aplicada nas áreas da Indústria 4.0.
Graduado em Ciência da Computação com especialização
em Controle e Automação Industrial, possui pós-
graduação Ciência de Dados, Gestão Industrial e
Tecnologia do Petróleo e Gás e MBA em Estratégica de
Negócios.
Foi membro do Comitê de Convergência de TO-TI do IBP
Instituto Brasileiro do Petróleo, diretor de tecnologia da PI
PROFIBUS International e diretor de tecnologia da ISA
Sociedade Internacional de Automação, coordenador do
comitê setorial do CEISE Br - Centro das Indústrias de
Bioenergia.