Optimizações Técnico-Processuais em Máquinas de Papel

Instituto Politécnico de Coimbra

Instituto Superior de Engenharia

Optimizações Técnico-Processuais em Máquinas de

Papel - Estágio na Soporcel SA

António Rodrigues Pinto Bonifácio

Relatório de Estágio para obtenção do Grau de Mestre em

Automação e Comunicações em Sistemas de Energia

COIMBRA

Dezembro 2011

Instituto Politécnico de Coimbra

Instituto Superior de Engenharia

Optimizações Técnico-Processuais em Máquinas de

Papel - Estágio na Soporcel SA

Orientadores:

Professor Doutor Fernando Lopes

Professor Coordenador, ISEC

Professor Doutor Inácio Fonseca

Professor Adjunto, ISEC

Supervisor Externo:

Engenheiro Francisco Pedro Gabriel Coelho

Director da Manutenção, Soporcel, SA

António Rodrigues Pinto Bonifácio

Projecto/Relatório de Estágio para obtenção do Grau de Mestre em

Automação e Comunicações em Sistemas de Energia

COIMBRA

Dezembro 2011

i

Dedico este trabalho aos meus pais Julieta e José e restantes familiares, colegas e amigos que

sentiram a minha ausência durante estes longos anos de estudo.

À memória dos meus tios José e Maria pela persuasão de continuar o estudo.

Ao Dr. Júlio Mota pelas explicações e pedagogia na década de 70.

Aos meus sogros João e Deolinda pelas palavras de incentivo.

Mas em especial, dedico este trabalho ao meu filho Nuno a quem gostaria de deixar um

exemplo de tenacidade e de procura contínua do saber e à minha esposa e companheira Virgínia,

por todo o seu apoio, compreensão, suporte, dedicação, animo e pelas suas palavras amigas que

me ajudaram a vencer a “inclinação desta colina.

iii

Agradecimentos

Gostaria de agradecer às seguintes pessoas e instituições que contribuíram para a execução e

conclusão dos trabalhos que têm expressão neste relatório.

Agradeço a todos os meus familiares pelos incentivos e apoio, em especial à minha esposa e

filho pela sua tolerância, compreensão e pelo suporte anímico que contribuiu para suportar o

esforço e o cumprimento de objectivos.

Um agradecimento especial aos meus orientadores Professor Doutor Fernando Lopes e

Professor Doutor Inácio Fonseca pelo apoio e orientação ao longo de todo o processo. À sua pronta

aceitação dos temas do Estágio e à visita ao local onde o Estágio ocorreu. Às suas sugestões

orientadoras, conselhos e abordagens correctivas do Relatório que lhes mereceu certamente um

árduo trabalho. À aceitação imediata e ao esforço suplementar para submetermos um “Paper”

acerca de um dos temas deste Relatório à ICREPQ’12, que foi aceite pelo Comité Internacional do

Congresso.

Um especial agradecimento ao Engenheiro Pedro Coelho, Director da Manutenção da

Soporcel, pelo apoio e disponibilidade de ser ele próprio o Supervisor Externo neste Estágio,

contribuindo com a confiança e a delegação de autonomia essenciais para a realização com sucesso

das tarefas propostas.

Reconhecimento e agradecimentos especiais à Equipa do Controlo e Potência do Papel pelo

interesse, disponibilidade e empenho perante as solicitações que lhes iam sendo apresentadas e

ainda pela iniciativa, sugestões e soluções extraordinárias que contribuíram e valorizaram o

trabalho descrito neste Relatório.

Gostaria ainda de agradecer às seguintes instituições:

À Soporcel SA, Empresa do Grupo Portucel- Soporcel, que através do seu Director Industrial

Engenheiro Carlos Vieira, consentiu que o Estágio Protocolado tivesse ocorrido nas suas

instalações, criando todas as condições necessárias e a colaboração das várias Estruturas internas.

Ao ISEC – Instituto Superior de Engenharia de Coimbra e em particular ao Departamento de

Engenharia Electrotécnica, pelas condições necessárias ao desenvolvimento desta opção de Estágio

na Componente de Estágio/Projecto do MACSE e em concreto, pela disponibilização de meios e

recursos materiais e documentais. De alguma forma ainda, o meu apreço para com todos os

Professores que contribuíram ao longo de todo o Curso, com os seus ensinamentos para consolidar

os meus saberes e competências.

A todos, à moda da Beira Baixa e em particular do Fratel, o meu “bem-haja”.

v

Resumo

O trabalho descrito neste Relatório de Estágio teve como objectivo demonstrar que é possível

obter benefícios em várias áreas da funcionalidade de um ambiente industrial como são as

Máquinas de Papel, sem recurso a grandes investimentos. Destacam-se as seguintes acções

desenvolvidas:

Tema I - A organização e a gestão de recursos humanos, o seu treino e formação têm um

papel determinante na gestão dos activos. Para isso, houve necessidade de promover a

autoformação através do incentivo dos seus técnicos em acções orientadas de ocupação do tempo

pessoal. O envolvimento em projectos globais internos como o projecto Lean melhorou ainda a

qualidade da organização.

Tema II - A disponibilização da informação nas Consolas de Operação e a optimização do

modo de funcionamento de subprocessos podem contribuir para que se diminua o tempo de

indisponibilidade da Máquina e aumentar as condições de segurança e ambiente. Foi isso que se

comprovou no tema dedicado à automação e envolvendo custos pouco significativos

comparativamente aos ganhos evidenciados em Máquinas de Papel com os desempenhos da PM2.

Tema III – Demonstrou-se o benefício que pode ser obtido pela alteração dos sistemas

convencionais de bombagem, muito comuns em projectos mais antigos na Industria do Papel,

através da instalação de Variadores Electrónicos de Velocidade. O maior benefício é a significativa

redução da energia consumida e, em simultâneo, a redução da produção de Gases de Efeito de

Estufa, contribuindo para a sustentabilidade global e motivando outros a perseguir o mesmo

objectivo em casos similares. Um caso de estudo foi proposto, onde um controlo de nível

convencional baseado numa bomba com velocidade fixa e uma válvula automática com abertura

controlada, foi convertido numa estratégia combinada entre o controlo de velocidade da bomba e a

abertura total, quase permanente da válvula. Os efeitos negativos na qualidade da energia tal como

as harmónicas e as correntes de modo comum foram considerados e mantidos dentro dos limites

aceitáveis.

Tema IV – A Certificação dos Edifícios Administrativos é obrigatória e foi dada colaboração

a uma Empresa especializada na obtenção desse objectivo. Essa colaboração permitiu adquirir

experiência nesta área e conhecimentos sobre a vasta legislação aplicável.

Palavras-chave: Organização, Lean, PLC, Eficiência Energética, Máquina de Papel, VEV,

Bomba Centrífuga, Qualidade de Energia, GEE, Certificação Energética de Edifícios.

vii

Abstract

The work described in this Internship Report intends to demonstrate that it is possible to

obtain significant benefits from several aspects of a industrial plant functionality, as for example in

a Paper Machine, without large investments. The following developed aspects are of great interest:

Subject I – The Organization and the Management of Human Resources, formal education and

training, play a key role in the management of assets. To this end, during the described work, as

team coordinator, one of the organized actions was the promotion of self-education, by

encouraging the technicians to participate in training and studying tasks for the occupation of the

personal time. The internal involvement in global projects such as Lean Project has definitely

improved the quality of the organization.

Subject II – The availability of key information in the Operation Consoles and the

optimization of the operating mode of sub processes, can significantly contribute for the reduction

of the downtime and to increase the machine safety and working environment. This result was

demonstrated with the subject dedicated to automation. Furthermore, these improvements represent

an insignificant cost compared to the gains that can be obtained in Paper Machines with the

performance of the PM2.

Subject III – One of the objectives set for the work described in this report intends to

demonstrate the benefits that can be obtained by upgrading conventional pumping systems, i.e.,

without speed control, pervasive in the older project Pulp-and-Paper industries, through the

installation of Variable Frequency Drives (VFDs). The main objective is to significantly reduce the

energy consumption and associated cost, while simultaneously avoiding the production of excess

Greenhouse Gases (GHGs), contributing to the global sustainability efforts and aiming to motivate

those in the industry to pursue similar objectives. A case study is presented, fully developed in an

actual industrial environment, where a conventional level control system, based on an automatic

valve and a constant speed driven pump, is converted to a control strategy based on the combined

actuation on the valve and on the speed of the pump. Negative effects in the power quality such as

harmonics and common-mode currents must be considered to see if could be kept under acceptable

limits.

Subject IV – The energy certification of buildings is mandatory and, as a component of the

work planned for this Internship, the author was involved with a specialized contract team working

towards the award of the energy certificate for the Administration Building. This collaboration was

important to enhance the skills in this area, especially the legal aspects, by the need to study the

high number of laws that apply to the subject.

Keywords: Organization, Lean, PLC, Energy Efficiency, Paper Machine, VFD, Pump,

Power Quality, GHG, Building; Energy Certification.

Optimizações Técnico-Processuais em Máquinas de Papel – Estágio na Soporcel SA

ISEC – DEE – MACSE 2011

ix

Índice

Agradecimentos iii

Resumo v

Abstract vii

Índice ix

Lista de Figuras xiii

Lista de Tabelas xv

Lista de Gráficos xvii

Lista de Anexos xix

Nomenclatura xxi

1 Introdução 1

1.1 Enquadramento e objectivos 1

1.2 Organização do documento 3

2 Tema I: Organização e Coordenação da equipa 5

2.1 Introdução ao tema 5

2.2 Organização: Estrutura da Manutenção 6

2.3 Estrutura, competências, áreas de actuação da equipa C&P-PM2 7

2.4 Formação dos elementos da equipa 7

2.4.1 Formação complementar associada ao Briefing matinal: 8

2.4.2 Formação planeada com objectivos 10

2.5 Gestão dos elementos do turno contínuo 11

2.6 Envolvimento da equipa no Projecto Lean 13

2.7 Organização dos directórios e ficheiros em rede 15

2.8 Coordenação das actividades de manutenção do quotidiano 16

2.9 Conclusões 17

3 Tema II: Optimizações Técnico-Processuais no Machine Control

System (MCS) da Máquina de Papel 19

3.1 Introdução 19

Índice

x ISEC – DEE – MACSE 2011

3.2 Enquadramento e tecnologia 21

3.3 Descrição da aplicação PCS7 no âmbito do objectivo 23

3.4 Optimizações a implementar no âmbito do MCS 26

3.4.1 Acção I: Páginas de ajuda e pop-ups nas consolas de operação 26

3.4.1.1 Desenvolvimento 27

3.4.1.2 Conclusões 29

3.4.2 Acção II: Diagnóstico/optimização informativa do NIP da Speed-Sizer 29

3.4.2.1 Descrição sucinta da fase processual e dos equipamentos 29

3.4.2.2 Contextualização do problema e diagnóstico de despistagem 30

3.4.2.3 Implementação e monitorização do movimento dos rolos Speed-Sizer 31


3.4.3 Acção III: informação, alarmes e by-pass à falha de lubrificação 35

3.4.3.1 Contexto e descrição do caso prático da lubrificação centralizada 35

3.4.3.2 Solução encontrada e implementada 36


3.4.4 Acção IV: Estudo de fiabilidade e controlo da posição dos feltros 39

3.4.5 Acção V: Optimização: envio de informação para locais estratégicos 45

3.4.5.1 Informação da comunicação entre o MCS e os sistemas ABB e DCS 45

3.4.5.2 Partilha de informação da ventilação especial nas consolas do DCS 46

3.4.5.3 Partilha da informação dos PLCs associados à segurança no MCS 48

3.4.6 Acção VI: Outras optimizações propostas para o MCS 48

3.4.6.1 Simulação e by-pass dos encoders do cortador da tira da secaria 49

3.4.6.2 Optimização e monitorização do sistema de controlo da temperatura da

passadeira da Speed-Sizer 50

3.4.6.3 Barramento de 24 VDC em substituição das fontes nas unidades ET200 51

3.4.6.4 Outros trabalhos de optimização 53

3.4.6.4.1 Optimização das válvulas Module-Jet: 53

3.4.6.4.2 Segurança 53

3.4.6.4.3 Ambiente 53

3.4.7 Conclusões 54

4 Tema III: Análise de um sistema de bombagem com um motor

assíncrono com e sem VEV (Variador Electrónico de Velocidade) 55

4.1 Introdução 55

4.2 Fase 1: Verificação da existência e escolha de um caso aplicável 56

4.3 Fase 2: Recolha prévia de informação das variáveis relevantes 58

4.4 Fase 3: Cálculos de potência hidráulica e potência motriz 61



xi

4.5 Fase 4: Análise, verificação de existências e selecção de equipamentos 63

4.6 Fase 5: Alteração e actualização de documentação 65

4.7 Fase 6: Cuidados de segurança durante a execução das tarefas 65

4.7.1 Intervenção no variador electrónico de velocidade (VEV) 66

4.7.2 Cablagem de Potência 67

4.7.3 Motor de indução: características fundamentais e cuidados com as suas

ligações 72

4.8 Fase 7: Comissionamento e start-up 75

4.9 Fase 8: Tuning do loop de controlo e automação associada 76

4.10 Fase 9: Análise de variáveis eléctricas 80

4.10.1 Precauções de segurança na ligação do analisador 80

4.10.2 Aquisição e análise das variáveis eléctricas antes da alteração 81

4.10.2.1 Aquisição de variáveis no MCC 17 82

4.10.2.2 Aquisição e análise das variáveis no barramento do MCC 21, sem VEV 83

4.10.2.3 Aquisição e análise das variáveis no barramento do MCC 21, com VEV 84

4.10.2.4 Aquisição e análise das variáveis na saída do MCC 21 para o VEV 84

4.11 Fase 10: Análise da potência e energia antes e após alteração 86

4.12 Fase 11: Análise económico-financeira do projecto 89

4.13 Fase 11: Análise de custo-benefício do projecto 92

4.14 Conclusões 94

5 Tema IV: Análise Energética e Qualidade do Ar Interior dos Edifícios

Administrativos 97

5.1 Motivação 97

5.2 Introdução 97

5.3 Levantamento da documentação e dados preliminares 99

5.4 Medição de consumos de energia 100

5.5 Conceitos sobre a Qualidade do Ar Interior (QAI) 101

5.6 Visita preliminar e pré-avaliação 102

5.7 Auditoria de QAI 103

5.8 Inspecção aos sistemas AVAC 105

5.8.1 Notas introdutórias e enquadramento 105

5.8.2 Circuito de acondicionamento e circulação do ar 105

5.8.3 Circuitos de água quente e fria 106

5.8.4 Análise dos dados e recondicionamento dos sistemas 108

Índice

xii ISEC – DEE – MACSE 2011

5.9 Emissão de Certificados Energéticos provisórios 108

5.10 Conclusões 109

6 Conclusões 111

Referências 115

Anexos 119



xiii

Lista de Figuras

Fig. 1 - Organigrama da estrutura da Manutenção onde ocorre o Estágio, [Fonte: Soporcel]. ......... 6 Fig. 2 - Pirâmide de Maslow [7]. ...................................................................................................... 10 Fig. 3 - Grelha Gerencial de Blake e Mouton [7]. ............................................................................. 10 Fig. 4 - Aparência do ficheiro de ausências, modificado [Fonte: C&P – Soporcel]. .......................... 12 Fig. 5 - Montagem do simulador ..................................................................................................... 12 Fig. 6 - Apresentação de trabalho ITS .............................................................................................. 12 Fig. 7 - Roda dos 5S’s(+1) [11]. ........................................................................................................ 13 Fig. 8 – Ferramentas usadas: Página de acesso realizada pela equipa e: “Os 10 Mandamentos dos

5S(+1)” [11]............................................................................................................................. 14 Fig. 9 – Arrumação e limpeza da sala de Interfaces. ........................................................................ 14 Fig. 10: a) – Acesso via “Windows Explorer”;.. b) – Opção elaborada: acesso via “Internet Explorer.”

................................................................................................................................................ 15 Fig. 11 – Máquina de Papel nº 2 - (PM2) – Soporcel. ...................................................................... 20 Fig. 12 – Planta simplificada da PM2 e localização das salas de engenharia e controlo .................. 21 Fig. 13 – Sistema MCS e respectiva rede [62] .................................................................................. 22 Fig. 14 – a) Estações de operação e de engenharia; b) Programação em PCS7-Plant View; ........... 24 Fig. 15 – a) PLCs S7-400; b) ET 200; c) Sala de Controlo. ...................................................... 25 Fig. 16 – Informação e pop-up de ajuda na intervenção nos rolos da Calandra [56] ....................... 28 Fig. 17 - Ilustração genérica da Speed-Sizer. .................................................................................... 29 Fig. 18 – Filmagem da medida de pressão....................................................................................... 30 Fig. 19 – Impressão de NIP. ............................................................................................................. 30 Fig. 20 – Sensor de posição (Etapa I). .............................................................................................. 32 Fig. 21 – Sensor de posição (Etapa II). ............................................................................................. 32 Fig. 22 – Programação no PCS7, (ver Anexo IV, na pág. 124). ......................................................... 33 Fig. 23 – Monitorização_I do fecho da Speed-Sizer ......................................................................... 33 Fig. 24 – Monitorização_II do fecho da Speed-Sizer ........................................................................ 33 Fig. 25 - – Rotâmetros e Sensores. .................................................................................................. 35 Fig. 26 - Flowchart da acção a tomar perante alarme de lubrificação. ............................................ 36 Fig. 27 – Programação do by-pass, (ver Anexo VIII na pág. 128). .................................................... 37 Fig. 28 – Localização das caixas, ...................................................................................................... 38 Fig. 29 – Botão de by-pass e pop-up, ............................................................................................... 38 Fig. 30 - Percurso do feltro 1ª Prensa. ............................................................................................. 39 Fig. 31 – Sensor Ultraedge (Pepperl+Fuchs). ................................................................................... 39 Fig. 32 – Montagem protegida dos sensores de detecção da aba do feltro. ................................... 40 Fig. 33 – Trends para verificar fiabilidade da posição dos sensores (ver Anexo VIII na pág. 128). ... 41 Fig. 34 – Alterações propostas ao sistema pneumático, (ver o Anexo X na pág. 130). .................... 42 Fig. 35 – Diagrama da proposta de alteração do controlo do guiamento do feltro da 1ª. Prensa ... 43 Fig. 36 – Rede do Sistema de Ventilação ......................................................................................... 47 Fig. 37 - PC que controla a ventilação especial. ............................................................................... 47 Fig. 38 – PLC Pilz e PC de acesso. ..................................................................................................... 48 Fig. 39 – Ilustração do sistema de aquecimento da passadeira da Speed-Sizer. .............................. 50 Fig. 40 – Fontes de 24 VDC da ET200. ............................................................................................. 52 Fig. 41 – DCS: Tanque de quebras secas [59]. ................................................................................. 56 Fig. 42 - Bombas e motores do tanque de quebras secas. .............................................................. 56 Fig. 43 – Proposta da alteração da bombagem 1 ............................................................................ 57

Lista de Figuras

xiv ISEC – DEE – MACSE 2011

Fig. 44 - VEV de 400 kVA - (ACS 600 da ABB). .................................................................................. 57 Fig. 45 – Recolha de informação com analisador de energia, LEM (antes da alteração). ................ 58 Fig. 46 – Manómetro instalado à compressão da Bomba 1142....................................................... 59 Fig. 47 – P&I da instalação [21]. ...................................................................................................... 60 Fig. 48 – Montagem típica de uma bomba centrífuga acoplada a motor de indução [23]. ............. 61 Fig. 49 – Simulação a diversas frequências, (velocidades) [23]. ...................................................... 62 Fig. 50 – a) Esquema inicial; b)-Esquema alterado (esboço). a alterar

................................................................................................................................................ 65 Fig. 51 – Consignação de Segurança. ............................................................................................... 65 Fig. 52 – Ligação da malha dos cabos. ............................................................................................. 66 Fig. 53- Painel do VEV (ACS 600). .................................................................................................... 66 Fig. 54 – Recomendações e requisitos da instalação [29]. .............................................................. 67 Fig. 55 – Pormenor do ecrã metálico............................................................................................... 68 Fig. 56 – União provisória. ............................................................................................................... 68 Fig. 57 – Esquema simplificado da capacitância no cabo (a azul é a resultante Triângulo – Estrela)

................................................................................................................................................ 69 Fig. 58 – Coeficiente da tensão reflectida em função da frequência (e resistência do filtro RLC

[32]). ....................................................................................................................................... 70 Fig. 59 – Exemplo de efeito de filtro dv/dt [31]. .............................................................................. 70 Fig. 60 – Estimativa de VPK e dv/dt em função do comprimento do cabo (com e sem filtro) [29]. .. 70 Fig. 61 – Capacitâncias numa instalação com VEV e motor de indução [31]. .................................. 70 Fig. 62 - Motor, caixa de ligações e bucim. ...................................................................................... 72 Fig. 63 - Imagem termográfica do motor 1142. ............................................................................... 73 Fig. 64 - Imagem termográfica das bombas. ................................................................................... 73 Fig. 65 – Desclassificação do Transformador em função das harmónicas [17]. ............................... 74 Fig. 66 – Cablagem em esteiras. ...................................................................................................... 76 Fig. 67 – Sistema em malha fechada com um controlador proporcional ........................................ 77 Fig. 68 – Regime oscilatório da saída. .............................................................................................. 77 Fig. 69 – Gráfico da gama de funcionamento das automáticas e referência de velocidade para o

motor ...................................................................................................................................... 80 Fig. 70 – Analisador de energia ligado ao barramento de chegada do MCC 21. (690 VC). ............... 81 Fig. 71 – Medidas no MCC 17 - Saída para o motor 1142, ............................................................... 82 Fig. 72 - Rede parcial de 15kV ......................................................................................................... 82 Fig. 73 - Medidas no MCC 21 - Saída para o VEV do motor 1142. ................................................... 85 Fig. 74 - Potência e Energia do motor 1142, antes da alteração. .................................................... 87 Fig. 75 - Potência e Energia (com perdas), depois da alteração. ..................................................... 87 Fig. 76 – Gráfico das perdas no sistema VEV-Motor........................................................................ 88 Fig. 77 – Estimativa para acções com VEVs para 2012-2013 [19]. ................................................... 92 Fig. 78 - Agendamento inicial das tarefas [49]. ............................................................................... 98 Fig. 79 - Levantamento de equipamentos consumidores de energia [49]. ...................................... 99 Fig. 80 - Medição de energia nos quadros gerais e quadros parciais. ........................................... 100 Fig. 81 - Exemplo da apreciação e valores obtidos num gabinete durante a visita preliminar [49].

.............................................................................................................................................. 104 Fig. 82 - Dispositivos utilizados na auditoria: 1 - Medidor laser de distância; 2 – Fluxímetro; ...... 104 Fig. 83 – Chillers do edifício do Papel. ............................................................................................ 106 Fig. 84 – Ventilador e filtro do edifício do papel............................................................................ 106 Fig. 85 – Vistoria a equipamentos do Sistema AVAC [49]. ............................................................. 107 Fig. 86 – Emissão dos certificados energéticos provisórios dos edifícios da Pasta e do Papel [49].

.............................................................................................................................................. 109



xv

Lista de Tabelas

Tabela 1 – Temperaturas na carcaça do Motor e no Transformador. 73 Tabela 2 – Regra de sintonia de Ziegler-Nichols, baseada no ganho e no período crítico. 78 Tabela 3 – Características das máquinas inicialmente ligadas ao MCC 21. 83 Tabela 4 - Estimativa de perdas no sistema VEV-Motor 88 Tabela 5 – Energia consumida pelo motor em período similar (antes e após alteração). 89 Tabela 6 – Concentrações máximas de referência [47]. 103 Tabela 7 - Custos associados a três cenários (caso de estudo, caso normal e atenuação de THD). 139



xvii

Lista de Gráficos

Gráfico 1 – Produção e velocidade média da PM2 em 2010 [60]. 5 Gráfico 2 – “Split range” entre os órgãos de controlo final. 80 Gráfico 3 – Potência calculada e perdas no sistema. 88



xix

Lista de Anexos

Anexo I - Rede Profibus-DP entre PLC e ET200. Fonte: Projecto SIP800 [60]. .................................... 121 Anexo II - Rede do MCS – Fonte: SIP800 modificado pelo upgrade de 2010 [60] .............................. 122 Anexo III - Parte da Rede do DCS Honeywell – Measurex [53] ........................................................... 123 Anexo IV - Blocos de programação no PCS 7 para monitorização dos sensores do NIP da Speed-Sizer

[61]. ........................................................................................................................................... 124 Anexo V - Tendência dos sensores de posição do movimento de fecho da Speed-Sizer. ................... 125 Anexo VI - Monitorização do fecho da Speed-Sizer, evidenciando a zona do NIP. ............................. 126 Anexo VII – Registo do movimento dos rolos da Speed-Sizer e dos aplicadores de amido que

influenciam o encosto. .............................................................................................................. 127 Anexo VIII – Registo para verificar a fiabilidade e estabilidade do sinal dos sensores. ...................... 128 Anexo IX - Parte da programação no PCS 7 para o by-pass à lubrificação [61]................................... 129 Anexo X - Alterações propostas para sistema pneumático do guiamento do feltro (SIP800 [60]). .... 130 Anexo XI - Diagrama funcional da alteração ao sistema de guiamento do feltro da 1ª. Prensa. ........ 131 Anexo XII - Página elaborada no Graphics Designer pela equipa da Realização Local para localização

rápida das caixas de lubrificação [61]. ....................................................................................... 132 Anexo XIII - Botão de by-pass e pop-up adicionados à página original [61]. ...................................... 133 Anexo XIV - Sistema de aquecimento da água para a passadeira da Speed-Sizer – Alteração no

controlo de temperatura. .......................................................................................................... 134 Anexo XVI - Proposta: Anel com barramento de 24 VDC entre as ET200. .......................................... 135 Anexo XV - Fontes de alimentação (redundantes duas a duas), das extensões ET 200. ..................... 135 Anexo XVII - Optimização das válvulas de Module-Jet: (melhoria de selagem e manutenção). ......... 136 Anexo XVIII - Reservatório de retenção de fugas de óleo (Ambiente e Segurança) ........................... 136 Anexo XIX - Válvula de isolamento e sensor de posição:- (segurança das pessoas). .......................... 136 Anexo XX - Sistema fabril do tinão de quebras secas. ........................................................................ 137 Anexo XXI - Correntes parasita. .......................................................................................................... 138 Anexo XXII - Custos estimados do caso de estudo e de um caso de ocorrência normal. ................... 139 Anexo XXIII - Tendências do controlo do nível através da aplicação Uniformance............................. 140 Anexo XXIV - Simulação do tipo de bomba da ABS [23]. .................................................................... 140 Anexo XXV - Curvas específicas da Bomba ABS: BA300/250-60 (software ABSEL Pro [28]). .............. 140 Anexo XXVI - Registo das variáveis (antes da mudança): nível, corrente do motor, sinais para controlo

das válvulas, etc.. ....................................................................................................................... 140 Anexo XXVII – Resultado do tuning do controlador de nível. ............................................................. 140 Anexo XXVIII - Registo de abertura frequentes da válvula “B” que motivou a alteração da sua

funcionalidade. .......................................................................................................................... 140 Anexo XXIX - Análise da qualidade da Energia nos barramentos dos MCC 17 e 21. ........................... 140 Anexo XXX - Estrutura da organização de directórios e ficheiros da PM2. ......................................... 140



xxi

Nomenclatura

Abreviaturas Gerais

ABB Multinacional produtora de equipamento eléctrico, designadamente VEVs.

ABS Empresa Alemã construtora de sistemas de bombagem

Bar Bar: unidade de pressão.

C&P Controlo e Potência.

CFC(s) Continuous Function Chart11 – Janelas de programação na tecnologia PCS7.

CPU Central Processing Unit1 (no presente Relatório refere-se a Unidades

Centrais dos PLCs)

DCS Distributed Control System1 (Termo universal da supervisão e controlo de

processos).

DC Direct current1 – Corrente contínua

DCS-Honeywell Sistema de Controlo Distribuído da Honeywell.

Drives-ABB Drives ou VEVs da marca ABB.

Drive(s) O mesmo que VEV (na gíria profissional).

EMI Electromagnetic Interference1.

ET 200 Periférico com módulos de entrada/saída para PLCs da Siemens da série S7.

kPa Kilopascal - unidade de pressão.

LAN Local Area Network1.

IEFP Instituto do Emprego e Formação Profissional.

ISEC Instituto de Engenharia de Coimbra.

l/s Litros por segundo.

m/m Metro por minuto.

MACSE Mestrado em Automação e Comunicações em Sistemas de Energia.

MCS Machine Control System. 1

MCS-Siemens Sistema de Controlo da Máquina da Siemens.

MI(s) Motor de Indução.

mH2O Metros de H2O (coluna de água) é equivalente a mH2O.

mWg Metros de coluna de água (water gauge referenciado a 4ºC).

1 Doravante, a nota de rodapé “

1” indicará (sempre que se justifique), que é a expressão Anglo-Saxónica.

Nomenclatura

xxii ISEC – DEE – MACSE 2011

PC Anywhere Programa que corre na plataforma MS-Windows que permite (com

password), aceder a outro PC ligado na mesma LAN.

PC(s) Personal Computer 1– No presente Relatório refere-se a computadores

comuns. PCs (plural).

PCS7 Process Control System1 (S7) - DCS da Siemens da série Simatic S7.

PF Power Factor1 (Factor de Potência).

PID Controlo: proporcional, integral e derivativo.

Pilz PLC dedicado a segurança das pessoas e equipamentos.

PLC(s) Programmable Logic Controller1 - Controlador Lógico Programável. PLCs

(no plural).

Profibus-DP Process Field Bus - Decentralised Periphery1.

PWM Pulse With Modulation1 (termo único e aceite na gíria técnica).

RPM Rotações por minuto.

Server(s) Servidores de Sistemas de Controlo.

SIP800 Referência do projecto da Máquina de Papel nº2 da Soporcel (Start-Up1 em

2000).

Soporcel Empresa produtora de pasta e Papel do Grupo Portucel.

TCP(s) Técnico de Controlo e Potência (Classe profissional na Soporcel). TCPs (no

plural).

Tendências O mesmo que Trends1.

THD Total Harmonic Distorcion1 (termo aceite e falado pela comunidade técnica).

TRAFO Transformador de Potência

Trend Tendências (registo gráficos temporais nas aplicações do MCS ou DCS).

VEV(s) Variador Electrónico de Velocidade (na Soporcel usa-se o termo: Drive1).

Usa-se também VEVs (plural).

VFD(s) Variable Frequency Drive1.

WinCC Sistema de supervisão, controlo e ligação homem-máquina da Siemens.

Glossário específico ou gíria das empresas ligadas à indústria papeleira [1]

Break Quebra de folha (ver também Quebra e Web-Break1).

Broke System Sistema de Quebras.

BS Back Side1 (relativo à PM2: lado de trás ou lado do accionamento).

Camba Formato da rectificação dos rolos (positiva ou negativa).

Calandra Par de rolos sob pressão onde é realizado o controlo do perfil de espessura e

a lisura do papel, (entre outros predicados).



xxiii

Feltros Anel de tecido com largura superior ao papel que lhe absorve água

durante o processo de prensagem.

Encaminhamento Processo operativo de guiar a tira ou a folha de papel ao longo do percurso

pré-estabelecido e sinuoso até chegar ao Enrolador.

FS Front Side1 (relativo à PM2: lado da frente ou lado de condução).

Impressão de NIP Impressão a papel químico ou pó-de-talco da zona de encosto do par de rolos

para verificar a uniformização da pressão de encosto.

Master-Slave Controlo típico de sistemas accionados em máquinas de papel em que o

Master1 controla a velocidade pretendida e o Slave1 trabalha em repartição de

carga com o Master1, num rácio atribuído pelo Operador.

NIP Impression O mesmo que “Impressão de NIP.

NIP Termo da gíria papeleira que se refere à pressão exercida por dois rolos

rodando em repartição de carga, por onde passa a folha de papel e cuja força

(em kN/m), é obtida pela pressão exercida na zona de contacto.

PCC Produto mineral de base calcária conhecido no meio papeleiro como

“cargas”.

PM Paper Machine1 (abreviatura muito usada na gíria papeleira).

PM2 Máquina de Papel nº2.

Pulper(s) Nome atribuído a um tinão que desintegra a folha ou tiras de papel através

de água da acção mecânica de agitadores rotativos com diluição de água.

Quebra Quebra ou corte da folha de papel na Máquina (impedimento de produção).

Runabilidade Estrangeirismo derivado do termo Anglo-Saxónico: Runnability1

Silo Torre de armazenamento de água ou pasta de papel.

Speed-Sizer Zona da máquina de papel para o revestimento da folha com amido.

Tinão Tanque de recepção temporária de produtos derivados do processo de papel.

Web break Quebra da folha (o mesmo que “Quebra”).

Glossário específico sobre a Certificação de Edifícios

AVAC Sistema integrado de Aquecimento, Ventilação e Ar Condicionado.

Chiller Máquina de produção de água fria pelo método de compressão de

vapor ou pelo ciclo de compressão refrigeração.

OMS Organização Mundial da Saúde.

PRC Plano de Racionalização de Consumos.

PQ Perito Qualificado.

QAI Qualidade do Ar Interior.

Nomenclatura

xxiv ISEC – DEE – MACSE 2011

SCE Sistema Nacional de Certificação Energética e da Qualidade do Ar

Interior nos Edifícios.

RSECE Regulamento dos Sistemas Energéticos e de Climatização dos Edifícios.

Split Sistema de refrigeração composto por dois módulos (um interior e

outro exterior).

TIM Técnico de Instalação e Manutenção.

TRF Técnico Responsável pelo Funcionamento.

UTA Unidade de Tratamento de Ar.

UTAN Unidade de Tratamento de Ar Novo.

VCs Ventiloconvectores

Letras e símbolos

I Corrente eléctrica (A

S Área de uma superfície (m2

V Potencial eléctrico ou tensão eléctrica (V

P Potência (W

R Resistência (

Caracteres gregos

φ Ângulo de desfasamento entre a corrente e a tensão.

𝜂 Rendimento.



1

1 Introdução

O presente Relatório de Estágio insere-se nos objectivos da Componente de Projecto ou Estágio

do Mestrado de Automação e Comunicações em Sistemas de Energia (MACSE) ministrado pelo

Instituto Superior de Engenharia de Coimbra (ISEC).

A opção pela modalidade de Estágio foi tomada por uma associação de diversos factores, entre os

quais, o facto de o Estagiário ser trabalhador-estudante, com uma actividade profissional que se

enquadra perfeitamente nos objectivos do MACSE2, associado à excelente receptividade e permissão

da Empresa3 para que o Estágio se possa desenvolver nas suas instalações. Outra das motivações da

escolha da figura de Estágio, passou pelo interesse e pelo desafio de aplicar os conhecimentos teóricos

adquiridos no mestrado, nas instalações industriais que lhe são familiares, criando-lhe a motivação

suplementar de confirmar à posteriori os resultados das actividades desenvolvidas durante o Estágio.

1.1 Enquadramento e objectivos

A Manutenção em fábricas de Papel é uma actividade fundamental para se poderem atingir os

objectivos de produção, cumprindo simultaneamente as Políticas de Gestão assumidas, nomeadamente

a qualidade, segurança e ambiente, especialmente se as metas a atingir são ambiciosas e se pretendem

atingir índices de excelência.

Actualmente a opinião pública, e por inerência, os meios de comunicação social, contribuem com

um peso significativo para a imagem das Empresas, isto é, para o próprio Goodwill4 como um activo

acrescido (intangível). Se ocorrerem acidentes pessoais, avarias com consequências ambientais que

interfiram com a sustentabilidade ou com o bem-estar de terceiros, estes podem afectar a imagem da

Empresa e a comercialização dos seus produtos, assim como a sua própria cotação nos mercados.

A Manutenção tem mudado nos últimos vinte anos, talvez mais que qualquer outra disciplina de

Gestão, devido ao aumento do número e variedade de activos (planta, equipamentos e edifícios), cada

vez mais complexos, com novas tecnologias a serem progressivamente introduzidas, e considerados de

outra perspectiva sob o ponto de vista da responsabilidade e da organização [2].

A Manutenção e a sua estrutura, desde os elementos da realização aos de suporte técnico e

planeamento, têm um papel importantíssimo para se atingirem os objectivos propostos pela Gestão de

2 MACSE – Mestrado em Automação e Comunicações em Sistemas de Energia.

3 Empresa: Soporcel, SA.

4 Goodwill – Património de Marca (bens não materiais ligados que valorizam a reputação de uma empresa).

Capítulo 1 - Introdução

2 ISEC – DEE – MACSE 2011

Topo, através das suas capacidades de antecipar os acontecimentos e planear adequadamente as

tarefas, usando técnicas preventivas, preditivas, correctivas e sistemáticas.

Esta função, desempenhada desde os tempos dos primeiros artífices, ganhou visibilidade com a

revolução industrial e tem actualmente um papel de primeira linha, mudando a ideia inicial de ser

apenas um custo para passar a ser considerada um investimento, especialmente com a melhoria das

capacidades técnicas e académicas dos seus executantes e gestores. Segundo John Moubray5, o

paradigma alterou-se e a Manutenção passou a cuidar das funções dos Activos em vez de apenas os

preservar [3].

“…Ao seleccionar e aplicar as técnicas mais eficazes na gestão das falhas e das suas

consequências, a Manutenção torna-se um pilar fundamental no custo do ciclo de vida…” [4].

Após se ter dado uma ideia geral da respeitabilidade e importância da Manutenção na Soporcel,

pode-se afirmar que esta, ao abranger várias especialidades, entre as quais a Mecânica, Controlo e

Potência, Oficinas Gerais e Engenharia de Manutenção, garante esses desígnios e a essência da sua

missão, isto é, “…os sistemas e equipamentos deverão ter uma elevada disponibilidade e os custos

deverão ser mantidos no mínimo possível…” [5].

É no departamento da Realização Local de Papel, mais concretamente na Secção de Controlo e

Potência, que o Estagiário desenvolve o seu trabalho. Nesta estrutura as áreas do saber são

extremamente diversificadas, englobando nomeadamente as áreas da Automação, Controlo, Energia,

Máquinas Eléctricas e seu Controlo de Velocidade, Instrumentação, Hidráulica e Pneumática.

Paralelamente neste departamento pretende-se maximizar a grande convergência de esforços

existente entre a Produção e a Manutenção, o que representa um factor determinante para se atingirem

os objectivos propostos pela Gestão de Topo. Foi neste quadro de exigência e polivalência

pluridisciplinar que se encontrou uma motivação acrescida para o desenvolvimento do estágio,

permitindo sustentar e praticar alguns dos conhecimentos adquiridos durante o Mestrado em

Automação e Comunicações em Sistemas de Energia.

Os objectivos do estágio foram definidos de acordo com as funções desempenhadas na Empresa

pelo Estagiário e pela possibilidade de promover acções específicas de engenharia, que permitissem

desenvolver e aplicar conhecimentos adquiridos no âmbito do mestrado, que pudessem representar

uma mais-valia para as actividades da Empresa.

Um dos objectivos do estágio foi, no âmbito das funções desempenhadas na Empresa, a

realização do planeamento de trabalhos e coordenação da equipa do C&P da PM2, nas diversas tarefas

diárias de manutenção, levando à optimização dos métodos e conhecimentos técnicos de forma a

5 John Moubray – Especialista com várias publicações na gestão da manutenção centrada na fiabilidade: (RCM).



3

promover o aumento da eficácia e da eficiência na resposta às solicitações que lhes são colocadas pela

Produção das Máquinas de Papel, contribuindo para a sua rentabilidade.

Um outro objectivo muito importante do Estágio foi centrado na introdução de melhorias

técnico-operativas da Máquina de Papel. Para conseguir atingir este objectivo, o autor promoveu a

concepção de um número muito significativo de pequenas acções de melhoria da informação

disponibilizada pelas consolas de operação, desde a simples instalação de sensores, passando pelas

múltiplas alterações de software nos sistemas existentes, incluindo a reutilização de equipamentos

desactivados que estavam sem utilidade.

Um terceiro objectivo consistia em estudar e efectuar a alteração do controlo de um sistema de

bombagem com vista à comprovação do potencial de melhoria da eficiência energética e à promoção

da sustentabilidade, reforçando o paradigma do controlo de velocidade em detrimento de sistemas

convencionais e levando a que se promovam outras acções semelhantes. Esta acção foi proposta pelo

autor e aceite pelos responsáveis da Manutenção tendo sido completamente implementada e colocada

em funcionamento em ambiente fabril de forma definitiva, tendo-se revelado uma aposta de sucesso.

Ainda como objectivo, foi planeado e executado o envolvimento com a Engenharia de

Manutenção, nomeadamente nas acções de Certificação Energética dos Edifícios Administrativos,

tendo o autor colaborado com a equipa interna de acompanhamento dessa obra.

1.2 Organização do documento

O presente Relatório encontra-se organizado em 6 Capítulos e 30 Anexos.

Neste capítulo, o Capítulo 1, é realizada uma introdução e o enquadramento do trabalho

desenvolvido nas actividades da Empresa e na Componente de Estágio de MACSE.

No Capítulo 2 é descrita a organização, a estrutura interna da Manutenção da Empresa onde o

estágio se realiza, as especialidades técnicas e as actividades de coordenação e de gestão de recursos

humanos. É ainda descrita a forma como se promove a autoformação com vista à melhoria de

conhecimentos e como decorreram algumas dessas acções. O envolvimento em algumas das

actividades organizativas é também evidenciado.

No Capítulo 3 são apresentados detalhadamente o projecto e realização de várias tarefas de

optimização da acção técnico-operativa, assim como tarefas de melhoria da informação acessível nas

Consolas de Operação, com o objectivo de agilizar o diagnóstico e auxiliar a acção perante situações

de indisponibilidade dos equipamentos, com vista ao aumento da eficácia e eficiência.

No Capítulo 4 descreve-se o desenvolvimento do caso de estudo proposto pelo autor, para

modificar o controlo de nível de um tanque de pasta, efectuado por intermédio de uma válvula

automática e de uma bomba centrífuga accionada por um motor de indução. Essa modificação é

centrada no controlo de velocidade da motobomba, efectuado com um variador de frequência.

Capítulo 1 - Introdução


Paralelamente, realiza-se o estudo das condicionantes técnicas, vantagens, desvantagens e dos

resultados económicos sob o ponto de vista energético e da sustentabilidade.

No Capítulo 5 detalha-se a colaboração e acompanhamento dos trabalhos de uma empresa

exterior para a certificação energética e da qualidade do ar interior dos edifícios administrativos do

centro fabril. Neste capítulo é ainda dada especial relevância à legislação e aos meios de recolha dos

dados relativos à instalação e ao ar interior. É ainda apresentada uma breve apreciação às propostas de

melhoramento e aos resultados atingidos.

O Capítulo 6 é reservado para a apresentação das conclusões e apreciações finais dos trabalhos

realizados durante o estágio. Este Relatório de Estágio inclui ainda 30 anexos que complementam com

diagramas, esquemas e características detalhadas de componentes e sistemas descritos ou referidos no

texto principal.



5

2 Tema I: Organização e Coordenação da equipa

2.1 Introdução ao tema

Este tema de organização e coordenação de uma equipa de manutenção numa máquina de papel,

é nuclear ao objectivo principal do estágio relativamente à optimização de processos, neste caso

técnicos, que permitem que uma equipa desenvolva as competências necessárias e tenha uma resposta

adequada em rapidez, eficiência e eficácia quando há uma solicitação para a máquina de papel, seja

em produção ou em paragem planeada.

Porquê? Porque uma máquina de papel com as capacidades da PM2 como se verifica pelo

Gráfico 1, com valores de velocidade média de 1425 m/m, com a produção aproximada de 148

toneladas por dia de produção por metro transversal (8,618 metros de largura de papel), a sua

indisponibilidade para produzir, provoca perdas muito significativas.

Estima-se aproximadamente o valor de 48.840 €6 por cada hora produtiva a 60 t/h [6].

As equipas são formadas por pessoas e a gestão de recursos humanos é uma tarefa exigente

especialmente onde há várias sensibilidades, motivações e projectos de vida diferenciados. Por vezes é

mais complicado lidar com esta problemática do que com os problemas técnicos da maquinaria, como

é o caso da industria do papel e da área do Controlo e Potência.

O trabalho a desenvolver é focado na criação de uma mentalidade de estudo e pro-actividade.

6 Considerando o preço de 814 €/ton. – Fonte: Relatório de Contas Individual de 2010 – Portucel [60].

Gráfico 1 – Produção e velocidade média da PM2 em 2010 [61].

Capítulo 2 - Organização e Coordenação da Equipa


Há ainda o objectivo e o desafio permanente de optimizar os métodos de intervenção, simplifica-

los e organizá-los de forma que os técnicos menos experientes ou que raramente intervêm na Área o

possam fazer com segurança. Por conseguinte, melhorar a documentação é essencial.

Este desafio é moroso, depende de vários factores e por impossibilidade temporal não se esgotará

apenas enquanto o estágio perdura. A ideia é que a dinâmica dos melhores resultados conseguidos

sirvam de exemplo e continuem.

2.2 Organização: Estrutura da Manutenção

A equipa coordenada no âmbito do Estágio está integrada na Direcção da Manutenção,

concretamente na Realização Local do Papel, na Secção do Controlo e Potência e na denominada

Equipa da PM2, tal como se pode ver Fig. 1. As áreas de produção associadas à actividade são a PM2,

a Desintegração e os Aditivos Químicos.

Fig. 1 - Organigrama da estrutura da Manutenção onde ocorre o Estágio, [Fonte: Soporcel].

Espaço organizativo onde

ocorre o Estágio



7

2.3 Estrutura, competências, áreas de actuação da equipa C&P-PM2

A equipa base é formada por 4 elementos pertencentes ao Quadro da Empresa e por 6 elementos

de uma firma de prestação de serviços, que pertence ao ACE7. Periodicamente, Estagiários e

Tirocinantes8 juntam-se ao grupo de trabalho. Em períodos de necessidade de mais recursos, o que

acontece com alguma frequência em paragens programadas ou na implementação de novas

montagens, recorre-se à requisição de serviços exteriores.

A formação escolar dos colaboradores é o 12º ano de base tecnológica, com fundamentos nas

áreas de electricidade e electrónica. A experiência profissional é diversificada, há elementos com 20 e

30 anos de experiência profissional e os mais novos têm apenas 3 anos, além dos Estagiários e

Tirocinantes que têm apenas alguns meses.

Com frequência, de tal forma que quase se poderá considerar permanentemente, há um ou dois

Estagiários que desenvolvem os seus conhecimentos práticos em ambiente industrial após terem

concluído a formação escolar, através de protocolos com as escolas ou com o IEFP9.

Todos os elementos têm formação e disponibilidade para actuar com polivalência nas principais

áreas técnicas, mas agem individualmente com maior competência numa das que se seguem:

PLCs e Automação;

Energia, VEVs e Força Motriz;

Hidráulica e Pneumática;

Instrumentação, Controlo e Analisadores do Sistema de Qualidade.

O que se pretende com esta estratégia, é que seja aceite pelo colaborador como normal e haja

predisposição para agir em multivalência técnica, sem descurar a necessidade de ter de existir

indivíduos dotados de especialização e domínio de saberes e técnicas mais complexas que darão a

resposta adequada a problemas também por si complexos. Assim, garante-se que a equipa em conjunto

sabe responder às solicitações que surgem no dia-a-dia para aumentar a disponibilidade dos

equipamentos para produzirem, no mínimo, na quantidade e com a qualidade para que foram

concebidos e ao menor custo.

2.4 Formação dos elementos da equipa

Há heterogeneidade na capacidade do grupo de trabalho, isto é, os saberes e maturidade

profissional individual são muito diferentes. Possuem diferenças consideráveis na idade e nos pilares

7 ACE – Agrupamento Complementar entre Empresas com o nome EMA 21.

8 Tirocinantes – Categoria profissional de principiante ou aprendiz.

9 IEFP – Instituto do Emprego e Formação Profissional.



estruturais teóricos e escolares. As diferenças na formação base são assinaláveis, por vezes demasiado,

para o mesmo grau de escolaridade.

Para promover o aumento de competências e saberes técnicos foram implementadas algumas

acções:

Formação complementar associada ao Briefing10 matinal;

Autoformação sobre um tema específico, elaboração de apontamentos e apresentação

sucinta aos restantes colegas;

Requisição de instrumentação e outros equipamentos ao armazém geral para montagem

em bancada e consequente estudo e calibração;

Concepção de tópicos de ajuda para serem usados como procedimentos funcionais de

actuação rápida, pelos técnicos de Turno;

Selecção de equipamentos raros na instalação e sujeitos a escassa intervenção, para que

se possa planear uma oportunidade de actuação para detectar dificuldades;

Aproveitamento das paragens programadas mensais para que no âmbito da sinergia, os

colegas de outras áreas possam desenvolver conhecimentos que lhes serão úteis quando

estiverem de Prevenção à Área.

2.4.1 Formação complementar associada ao Briefing matinal:

O Briefing matinal é realizado diariamente após todos lerem o relatório de turno e de se apurarem

quais os pendentes prioritários a realizar. Considerou-se então vantajoso promover também e sempre

que se justificava, a explicação teórica dos termos técnicos que se estavam a discutir no momento.

Esta explicação é imposta pela raridade que o assunto pode colocar, pela dúvida que alguém

momentaneamente levanta, pela importância operativa ou pela abrangência técnica transversal a várias

especialidades. Para solidificar os conhecimentos escolares teóricos dos mais jovens ou para reciclar

os dos mais antigos, são colocados desafios aos Estagiários e Tirocinantes, sobre o tema em discussão,

mas que acaba por ser um fundamento dos saberes electrotécnicos básicos, como por exemplo:

”Como é constituído o diagrama de blocos de um VEV AC”;

“O que são as harmónicas num sistema eléctrico ou na análise de vibrações”;

“O que é o cosφ de um motor”;

”Qual é a potência dissipada numa resistência, definir Lei de Joule e Lei de Ohm”;

”O que é um anel fechado e o termo PID”;

”O que é o binário num motor AC e a curva característica em função do deslizamento”;

10

Briefing - Reunião breve durante a qual são dadas informações e instruções consideradas indispensáveis à realização de

determinada tarefa [57].



9

”Como se mede a tensão no papel e se faz o cálculo vectorial numa chumaceira”;

”O que é entendido por: split-range na actuação das válvulas automáticas de um loop de

controlo”;

“Como funciona uma bomba hidráulica de pistons”;

”O que é a filosofia Lean Thinking e o método dos 5’s(+1)”;

”Como se consigna um motor eléctrico e quais as Regras Internas de Segurança”;

Etc.

Quando a resposta ao desafio é satisfatória enaltece-se, caso contrário, dá-se uma explicação

sucinta, é solicitado um estudo mais apurado, são colocadas as dúvidas aos colegas mais experientes,

após o que é realizada apresentação do tema num dia a combinar.

O objectivo é levar a que esses elementos ganhem a apetência para a autoformação, pois ao

consegui-lo, ultrapassam as dificuldades e adquirem motivação, segundo as Teorias da Motivação de

Maslow, ERG e McClelland [7]. Assim, sobressai a satisfação e a necessidade para continuarem a usar

o método, pois atingiram o objectivo com esforço pessoal.

A outra vantagem é não ocuparem tempo injustificadamente e desnecessariamente aos colegas

mais experientes que estão concentrados em tarefas mais relevantes do ponto de vista técnico e de grau

de dificuldade e por conseguinte, tarefas de maior rentabilidade do ponto de vista da Empresa.

Após algum tempo, podemos considerar que tem havido algum sucesso nesta metodologia e os

elementos mais jovens, e até os Estagiários, começam a realizar algumas tarefas com autonomia,

dando-lhes motivação para continuarem. Outra vantagem é o facto de rapidamente se integrarem nas

áreas e nos locais e aprenderem a reconhecer os equipamentos, dado que os termos usados deixaram

de ser indecifráveis. Ainda outra vantagem é a tranquilidade de sabermos que trabalham com maior

segurança, cumprindo as regras internas.

Como é expectável em qualquer outra estratégia, também esta tem as suas desvantagens.

A mais complexa é o aparente menor conforto de alguns dos mais experientes se ocasionalmente

alguma pergunta lhes é dirigida ou se lhes é solicitado para explicar algo teórico ao grupo. Pode

acontecer a teoria já estar esquecida e haver o risco de não corresponderem ao nível esperado e que

desejavam, além de prejudicar a imagem do saber que os caracteriza perante os olhos dos mais novos.

Esta reacção é compreensível à luz da “Teoria das Necessidades de Maslow” Fig. 2, [7], pois alguém

que está num nível de necessidade que aspira estima e pertença ou reconhecimento da sociedade, baixa

imediatamente para o nível de necessidade de segurança, reservando-se e desejando não ser colocado

perante essa provação. No limite, pode até haver o risco de criar aversão ao meeting que lhe cria as

situações desconfortáveis. Tal possibilidade recomenda algum cuidado.



Fig. 2 - Pirâmide de Maslow [7].

Havendo indícios de desconforto e fazendo uma analogia às sugestões da Grelha Gerencial de

Blake e Mouton Fig. 3 [7], reduz-se ligeiramente a focagem no objectivo e nas Tarefas dando mais

importância às aspirações das Pessoas, melhorando com isso o clima organizacional e da própria

reunião, tal como é sugerido pela técnica referida, mas com o peso adequado, para evitar cair no

quadrante da grelha denominado de “Empobrecida” ou no oposto,“Country Club”.

Assim, tem-se privilegiado a colocação de questões aos colaboradores menos experientes que,

têm o mesmo preconceito, permitindo alcançar-se o objectivo principal que é o esclarecimento, quer

seja feito pela resposta quer pela correcção espontânea de algum colega mais experiente e conhecedor

que, imbuído pelo espírito pedagogo, aproveita a oportunidade que lhe é oferecida pela circunstância.

Há ainda outra desvantagem: o tempo despendido. Embora reduzido, resulta em tempo de não

operacionalidade. No entanto, comparando apenas este factor com as múltiplas vantagens do método e

com claros indícios de sucesso, pois rapidamente se conseguem colaboradores a produzir tarefas com

levado grau de dificuldade técnica. Porquê esta necessidade? Porque numa Estrutura com elementos

de elevado grau de especialização surge com alguma frequência a saída dos colaboradores que

possuem dinâmica empreendedora, ambição e perspectivas de carreira mais aliciante, reforçada pela

obtenção de graduação académica.

2.4.2 Formação planeada com objectivos

Ao nível da Gestão de Recursos Humanos, é planeada anualmente a formação certificada para os

colaboradores, com o objectivo de garantir o cumprimento obrigatório da legislação em vigor e ainda

as necessidades estratégicas dessa formação. Os critérios para a selecção do tipo e área de formação,

fundamentam-se na necessidade de competências e saberes temáticos gerais relativos ao interesse

individual e estratégico da polivalência orgânica da equipa como um todo, tentando colmatar

ausências ora inesperadas ora planeadas por férias, ausências legais e formação do especialista da área.

Fig. 3 - Grelha Gerencial de Blake e Mouton [7].

Empobrecida Autoridade

Equipa Country Club

Homem da

Organização



11

Estas acções são solicitadas a empresas certificadas a nível nacional, que se deslocam à Soporcel ou

em alternativa, os colaboradores é que se deslocam ao seu centro de formação.

Algumas das acções planeadas e organizadas em colaboração com os Recursos Humanos e que

têm sido frequentadas pelos colaboradores da equipa foram:

Formação em PCS7 da Siemens;

Formação Siemens: Profibus-PA e Profibus-DP;

Formação SEW – Posicionamento;

Formação de primeiros socorros;

Formação de plataformas elevatórias, empilhadores e pontes rolantes;

Formação SAP;

Formação Lean.

2.5 Gestão dos elementos do turno contínuo

A equipa de turno é formada por 5 elementos do Quadro com o apoio formado por 5 elementos

do ACE-EMA217. Este grupo tem um papel fundamental na operacionalidade das máquinas e na sua

disponibilidade para produzir. Quanto maior for a sua polivalência e capacidade de resposta menor

será a necessidade de solicitar a presença do pessoal do horário geral.

Daí que tenha que haver um esforço de formação contínua organizado pelos responsáveis de cada

área e a preparação de métodos de actuação expeditos que permitam que alguém da especialidade,

apenas com alguma ajuda documental, resolva os problemas que vão surgindo.

Há uma gestão partilhada pelos Supervisores do Quadro onde, anualmente, um deles assume a

liderança e gestão dessas equipas de Turno. O presente Estágio ocorreu nesse período, valorizando por

isso o trabalho em curso.

Compete assim organizar o mapa de férias, supervisionar as trocas de turno, resolver as ausências

não planeadas, gerir a solicitação de trabalho extra e de paragens programadas, conceber o plano anual

de formação, fazer a interligação com os restantes serviços internos, designadamente com os Recursos

Humanos, gerir o cumprimento do contracto da equipa do Apoio do ACE-EMA-217, recolher

informações e realizar a avaliação anual.

Foram ainda estabelecidos dois objectivos:

1. Gozo atempado de dias de férias e folga (evitar passagem para o ano seguinte) (Fig. 4);

2. Rentabilização dos “tempos-mortos” (sem solicitação por terceiros), realizando tarefas de

autoformação, consolidando formações outrora obtidas e requerendo prática simulada.



Fig. 6 - Apresentação de trabalho ITS Fig. 5 - Montagem do simulador

Rack

PC com aplicação ITS

PC com software S7

O primeiro objectivo foi conseguido à custa do melhoramento do ficheiro até aí existente para a

gestão das ausências Fig. 4, e ainda do estabelecimento de regras normativas acordadas previamente

por sugestão conjunta.

O segundo objectivo foi conseguido através de uma aplicação adquirida à ITS-PLC da Real

Games[8]. Esta aplicação permite simular 5 pequenos sistemas industriais. Foi expressamente

concebido um rack11 com um PLC Siemens 314, um módulo de interface e o hardlock12

(Fig. 5). A

programação do PLC é conseguida através da aplicação S7 da Siemens.

Como há 5 equipas de Turno, foi pedido a cada equipa para rentabilizar os tempos de

disponibilidade, extra-chamadas, para preparar os Grafcet13 de nível I e II, conceber o programa em

linguagem S7 e efectuar a simulação, testes e alterações necessárias para que a unidade fabril virtual

da aplicação funcionasse adequadamente.

11

Rack – painel com platina, calha plástica para condutores, bornes de passagem e caixa de ligações. 12

Hardlock – chave ligada à porta USB que permite correr a simulação e desencrava o programa. 13

Grafcet – diagrama gráfico da descrição funcional de um sistema e de fácil percepção.

Fig. 4 - Aparência do ficheiro de ausências, modificado [Fonte: C&P – Soporcel].

Complemento: Contabilização

automática de ausências e

“bolsa de disponibilidade”



13

Fig. 7 - Roda dos 5S’s(+1) [11].

No final, cada equipa concebeu um relatório e uma apresentação em PowerPoint sobre o tema

escolhido com a simulação virtual a funcionar. Assistiram os colegas da Secção e foram convidados

também outros colegas da Operação, Mecânica e Engenharia de Manutenção (Fig. 6).

Pelas opiniões recolhidas e pelos comentários ouvidos dos próprios intervenientes, colegas de

profissão e mesmo exteriores à Secção, foi considerado um sucesso pela inovação e pelo resultado,

pelo que existiram recomendações de que no futuro se continuasse a realizar acções semelhantes.

2.6 Envolvimento da equipa no Projecto Lean

A filosofia Lean Thinking [9] [10] tem sido utilizada em diversas circunstâncias da história

mundial e está sendo impulsionada na comunidade fabril. Tem o empenho especial da Gestão de

Topo, no caso a própria Direcção da Manutenção como pólo central organizativo e sensibilizador,

nomeadamente o Supervisor externo do Estágio através das suas acções de liderança do processo,

sensibilização, formação e elaboração de manuais de definição do programa 5S’s(+1) [11].

Relativamente ao grupo de trabalho, além da formação e sensibilização adquirida, envolve-se

com determinação nas actividades dos 5S’s(+1), certos das mais-valias indicadas nos livros de bolso

distribuídos e que contêm imagens mnemónicas, como é o caso da Fig. 7 [11].

Tem-se notado melhorias significativas na atitude dos colaboradores que seguem as orientações

filosóficas dos denominados “ 10 Mandamentos dos 5S(+1)” (Fig. 8).

Revelam um maior cuidado no “housekeeping” das salas eléctricas e de engenharia, evitando o

acumular de equipamentos com destino duvidoso, o desperdício desnecessário, colocando as

ferramentas e os equipamentos de reserva e de emergência bem identificados nos locais

pré-estabelecidos e garantindo o cumprimento das regras de segurança.



Página expressamente concebida com a aplicação

MS-Sharepoint Designer para acesso à informação da

arrumação e housekeeping no âmbito do programa 5S(+1).

Mensagem filosófica do programa 5S(+1) que o grupo de

trabalho pretende seguir nas actividades do quotidiano

Fig. 8 – Ferramentas usadas: Página de acesso realizada pela equipa e: “Os 10 Mandamentos dos 5S(+1)” [11].

Fig. 9 – Arrumação e limpeza da sala de Interfaces.

Um exemplo do desenvolvimento de uma acção da filosofia 5S(+1), com arrumação, limpeza,

normalização e organização, está patente na Fig. 9, durante as diversas etapas da desactivação de uma

sala de Interfaces do DCS antigo, com o aproveitamento do que é útil e segregação com posterior

envio para sucata do restante material obsoleto.



15

2.7 Organização dos directórios e ficheiros em rede

Com a dinâmica galvanizada pela filosofia 5S(+1) e pela necessidade criada pelas dificuldades

sentidas quando se quer aceder aos arquivos informáticos, surge a iniciativa e o interesse de seguir a

mesma filosofia Lean mas agora em algo que não é físico como é o caso de limpar o lixo ou arrumar

as peças nos contentores. O alvo é algo não-palpável: “O conteúdo informático que contém parte da

informação da actividade da equipa”. Projectado com base em cerca de 1.100 directórios e 37.000

ficheiros, que cada elemento da equipa coloca na rede com alguma autonomia, tem operacionalidade

confusa, especialmente para terceiros que menos familiarizados com o método, têm no entanto de lhe

aceder sempre que necessitem.

Pelo Princípio 80/20 ou pelo Princípio de Pareto [12], poderemos facilmente deduzir que a

grande maioria desses ficheiros raramente são consultados, logo, há que agilizar o método de consulta,

manter a informação útil e arquivar em CD aquela que não é necessária.

O resultado desta acção minimizará os tempos de acesso, revelando-se extremamente útil para os

TCPs de Turno acederem rapidamente às dicas e tópicos de ajuda sempre que solicitados para a

resolução de avarias pouco comuns, de complexidade elevada ou que contenham complexas acções

sequenciais.

Por seu lado, a Gestão passará a ter uma forma facilitada uma vez que na ausência dos

colaboradores é mais fácil aceder à informação que lhe possa ser solicitada por outros departamentos

A solução da medida organizativa do conteúdo informático referida é implementada no programa

“SharePoint Designer” da Microsoft. Permite criar páginas de acesso fácil e intuitivo, na óptica do

utilizador, através de programação por estrutura ou por código. Sendo de fácil concepção, a

informação é acedida pelo “Internet Explorer” em alternativa ao “Windows Explorer” e é

exemplificativo na Fig. 10.

O tempo estimado para a execução da estrutura fundamental é de vários meses. Em rigor,

dificilmente terminará, pois há sempre algo a melhorar devido à dinâmica e constantes sugestões dos

utilizadores. Mas a estrutura organizativa base terminará no final de 2011, cuja estratégia já está

definida e implementada (ver Anexo XXX na pág. 140).

Fig. 10: a) – Acesso via “Windows Explorer”; b) – Opção elaborada: acesso via “Internet Explorer.”

a) b)



2.8 Coordenação das actividades de manutenção do quotidiano

Na coordenação de uma equipa de manutenção de uma máquina de papel há tarefas que merecem

algum destaque, como por exemplo as reuniões matinais conjuntas com as restantes Estruturas. Neste

contexto analisam-se os relatórios recentes, ocorridos fora do horário diurno, estabelecendo-se ainda

as estratégias de acção individual ou colectiva e os respectivos horários a cumprir. Frequentemente é

solicitado que se faça uma análise mais pormenorizada de alarmes ou sequenciais funcionais que

surgiram e não foram de todo compreendidos pela equipa no momento, por requerer a consulta de

programas e software, por conseguinte, requer conhecimento especializado. Daí o esforço que a equipa

está a desenvolver para criar páginas de ajuda e informação que facilitem ao máximo a tarefa das

equipas polivalentes.

Essencial é a preparação das paragens planeadas que ocorrem sensivelmente de 6 em 6 semanas.

Requerem que se façam várias reuniões preparatórias para distinguir os trabalhos ocasionais e os

sistemáticos. Exigem ainda o planeamento e a definição da forma e quantidade de serviços a adjudicar

a empresas exteriores, devido a esta característica periódica ou sazonal.

A preparação de uma da paragem planeada é uma tarefa chave. A sinergia entre as equipas

merece especial atenção para se poder efectuar o máximo com os recursos disponíveis em apenas

algumas horas. Algumas intervenções só podem ser efectuadas em circunstâncias de paragem da

máquina por questões de segurança ou por disponibilidade operativa.

Com a frequência das paragens, é expectável que certos equipamentos possam estar a funcionar

em condições menos desejáveis até surgir a oportunidade de intervir. São decisões que os

coordenadores necessitam tomar perante a necessidade de paragem imediata ou na perspectiva do

equipamento suportar o esforço até à data planeada. O suporte para uma decisão dessa natureza é

baseado em técnicas de monitorização, previsão alicerçada na experiência dos técnicos e casos

passados semelhantes, complementando com as ferramentas da manutenção condicionada, sensorial e

preditiva, designadamente de análise de vibrações e inspecção termográfica.

Outra missão de coordenação de uma equipa de manutenção é a distribuição de tarefas pelos

colaboradores em função da urgência ou da necessidade de seguir uma estratégia de desenvolvimento

de competências. De facto, há que assegurar a eficácia e rentabilidade da acção no momento, mas

também há que desenvolver competências nos colaboradores menos experientes, assegurando a sua

disponibilidade quando tiverem que substituir os colegas mais experientes na sua ausência.

O equilíbrio destes aspectos é um factor de sustentabilidade, salvaguardando os saberes e

competências técnicas exigíveis para cumprir cabalmente a missão, salvaguardando a eventual saída

de algum elemento, motivado pela oportunidade de melhoria de carreira quando obtém um novo grau

académico ou uma proposta irrecusável, frequentes, para os níveis de competência que se conseguem

adquirir num ambiente industrial de primeira linha.



17

Outras tarefas de coordenação desenvolvem-se no quotidiano entre as quais, sucintamente, se

destacam:

No domínio da actividade técnica: A preparação e listagem de rotinas sistemáticas, a selecção e

acompanhamento dos percursos sujeitos à manutenção sensorial, a requisição de materiais e

serviços, o controlo de peças levantadas do armazém, a gestão das reservas estratégicas alocadas

aos equipamentos, o projecto de pequenas alterações, etc.;

No domínio do comportamento organizacional: a gestão de férias e folgas dos colaboradores, o

trabalho extraordinário, a preparação ou angariação de formação, a avaliação contínua e anual, a

gestão da satisfação e da motivação.

2.9 Conclusões

A coordenação de uma equipa é uma tarefa nobre que requer alguma preparação no domínio da

gestão de empresas e do comportamento organizacional.

A experiência adquire-se, sendo no entanto recomendável a frequência em acções de formação

que algumas empresas certificadas disponibilizam aos seus clientes, como por exemplo: “Liderança e

Motivação de Equipas”, participação em workshops de “Definição de Prioridades e Gestão do

Tempo”, etc. Durante o estágio tentou-se compreender a reacção dos elementos da equipa perante as

teorias da motivação e segundo os níveis de maturidade dos liderados e diversos estilos de liderança.

Gerir pessoas é mais complexo que gerir uma instalação ou equipamentos. As pessoas têm os

seus próprios objectivos pessoais além dos objectivos organizacionais. Não são todas iguais no

relacionamento, daí que os estilos de liderança a praticar tenham de ser diferenciados consoante o

colaborador e a situação: por vezes delegando, noutras dirigindo ou se necessário controlando.

No campo da formação é extremamente motivador verificar que os objectivos planeados estão

sendo conseguidos, alguns estão a terminar, outros já terminaram com especial relevo para a acção

solicitada aos elementos de Turno através da implementação, simulação e apresentação suportada na

aplicação virtual com PLCs e com a aplicação ITS.

O envolvimento no projecto interno da filosofia Lean e nos conceitos (5Ss+1) permitiu que a

equipa se envolvesse e até inovasse na organização dos ficheiros dedicados à área PM2.

A orientação das acções teve duas vertentes, a primeira, na melhoria de competências dos

elementos da equipa, a segunda, no aumento da eficácia e o cumprimento dos objectivos de produção

a custos tendencialmente mais reduzidos. Estes desígnios são motivantes e com demanda da

excelência, não só pessoal, mas também de toda a equipa ao considerar que cada hora de produção

média corresponde a cerca de 48.840 €6.

Coordenar é motivante. O desafio permanente é ser considerado “líder” e não “chefe”.



19

3 Tema II: Optimizações Técnico-Processuais no

Machine Control System (MCS) da Máquina de

Papel

3.1 Introdução

A opinião é consensual e o assunto é abordado com frequência pelos diversos intervenientes da

Operação e Manutenção no sentido de haver espaço para um estudo que permita melhorar o

desempenho, a eficiência e a eficácia de condução da máquina de papel por duas vertentes principais:

a primeira, através do estudo e optimização de determinados sistemas funcionais; a segunda,

adicionando mais informação e links rápidos para páginas de esclarecimento e ajuda aos diagramas das

consolas operativas. Se conseguir esses predicados, minimiza-se o tempo de resposta aos

acontecimentos impeditivos da disponibilidade dos equipamentos para produzir e por conseguinte,

incrementa-se o tempo de produção e os respectivos rácios produtivos e económicos.

Após auscultação dos Colaboradores Operativos que agem directamente no processo, elegeu-se a

necessidade de promover a interpretação das condições de encravamento que impedem o arranque ou

o movimento dos actuadores. Paralelamente, sempre que necessário, interessa visualizar e imprimir os

eventos registados cronologicamente, assim como memorizar a primeira condição, entre várias

possíveis, que gera efectivamente a paragem da máquina.

Para conseguir este objectivo é necessário conhecer os recursos materiais e as aplicações

informáticas do sistema de controlo, a rede de comunicação entre os autómatos, os periféricos e os

sensores e actuadores de campo.

Não menos importante e por vezes o mais moroso é a necessidade de compreender o fluxo e as

sequências funcionais das máquinas a operar, especialmente quando a informação é escassa ou a

sensibilidade Operativa diverge.

Nos estudos a elaborar ocorrerá a possibilidade de se efectuarem melhorias que serão colocadas à

consideração dos responsáveis. Esta é a motivação fundamental do Estágio para Optimizações

Técnico-Processuais em Máquinas de Papel. Essas melhorias distinguem-se pela informação nas

páginas acedíveis pelas consolas operativas, pelo diagnóstico facilitado no fecho dos aplicadores de

amido, na supervisão de alarmes de lubrificação, na informação do posicionamento dos feltros, na

distribuição da informação entre consolas, na melhoria da segurança e do ambiente.

Capítulo3 - Optimizações Técnico-Processuais no Machine Control System (MCS) da Máquina de Papel


Na PM2, ilustrada na Fig. 11, o MCS14

é o sistema base da acção, contempla uma rede de PLCs

Siemens S7-400. Na sequência das acções a desenvolver poderá surgir a necessidade de se intervir no

sistema de controlo de velocidade da ABB-Drives ou no sistema de controlo distribuído da

Honeywell-DCS, pois existe muita troca de informação do tipo analógico e digital, seja através de

hard-wiring,15 seja através de mensagens usando protocolos de comunicação.

A actividade neste tema do Estágio permitiu aprofundar conhecimentos na área da automação e

técnicas pluridisciplinares, porque exige conhecimentos de autómatos programáveis, accionamento,

força motriz, instrumentação, hidráulica, pneumática e não menos importante, permitirá ainda

conhecer melhor o processo produtivo.

Durante o estudo houve oportunidade para a optimização da documentação esquemática e dos

métodos técnicos de intervenção nos equipamentos, que irá facilitar a acção futura dos Técnicos de

Manutenção, especialmente os que trabalham por turnos rotativos.

As alterações devem cumprir a legislação, designadamente a Directiva Máquina descrita no

DL 103/2008 pela transposição da directiva nº 2006/42/CE.

Para que o estudo e o trabalho resultante consigam a máxima eficácia, existiu e mantém-se que

haja a colaboração e a realização de algumas tarefas a distribuir pelos utilizadores, nomeadamente os

Operadores, Técnicos de Manutenção e as respectivas Chefias.

14

MCS – Machine Control System1 (PM2).

15 Hard-wiring – Termo utilizado para identificar a ligação física por fios de cobre.

Fig. 11 – Máquina de Papel nº 2 - (PM2) – Soporcel.



21

Outro objectivo geral é a familiarização com a linguagem técnico-fabril, caracterizada pelo

glossário e gíria papeleira Anglo-Saxónica, devido aos manuais serem redigidos em Inglês. Não é

inédito que quem está alheio ao meio se sinta confuso ao ouvir um diálogo entre colegas.

Com o objectivo de clarificar alguns termos e localizações na planta da PM2 legendou-se a planta

ilustrada na Fig. 12.

3.2 Enquadramento e tecnologia

Os recursos técnicos já existiam tal como já foi referido, através do sistema da Siemens: PCS716

com PLCs17

da série S7 e da sua aplicação WinCC18. Além destes existem dois PLCs da Pilz19

vocacionadas para o factor Segurança. O Sistema base do MCS ilustra-se na Fig. 13.

O sistema possui diversas redes parciais em Profibus-DP20 onde cada PLC comunica com

periféricos ET20021

, com variadores electrónicos de velocidade e alguns sensores especiais.

Um exemplo da rede Profibus-DP do PLC 01 é ilustrado no Anexo I (pág.121), neste caso, a

CPU 01 com dois ramos, sendo visível os vários periféricos associados a cada ramo.

A nível hierárquico superior, existe uma outra rede, tipo Industrial Ethernet, ilustrada no Anexo

II (pág.122) e na Fig. 13. Permite a integração dos sistemas ao ligar os PLCs e Servidores entre si e

por sua vez, estes, ao QCS22

e DCS23

. Engloba os meios de interface com os utilizadores, isto é, as

impressoras e as consolas de operação distribuídas pelas salas de operação e de engenharia.

16

PCS7 – Process Control System (S7) - Sistema de Controlo Distribuído da Siemens, da série Simatic 7. 17

PLCs – Programmabel Lógic Controller (plur.). 18

WinCC – Sistema de supervisão, controlo e ligação homem-máquina da Siemens. 19

Pilz – PLC dedicado a segurança das pessoas e equipamentos. 20

Profibus-DP – Process Field Bus - Decentrallised Periphery. 21

ET200 – Módulos de entradas-saídas para PLCs da Siemens, da série S7. 22

QCS – Quality Control System. 23

DCS – Distributed Control System. Na Soporcel está associado ao pacote Honeywell.

Fig. 12 – Planta simplificada da PM2 e localização das salas de engenharia e controlo



É a partir desta rede industrial que se estabelece a comunicação com outros sectores fabris,

efectuada por intermédio de diversos switchs instalados estrategicamente na topologia da rede.

Importa referir que nem todos os sistemas têm a mesma tecnologia, pois a instalação tem sido

ampliada e actualizada diferenciadamente ao longo de vários anos. Há ainda a referir que o MIS24

recebe a informação relevante indirectamente via DCS para efeitos de gestão, mas que não interfere na

actividade perspectivada do âmbito do presente Estágio.

Como foi referido, o interface típico com o Operador de Processo é efectuado através das

consolas de operação e impressoras de rede distribuídas pelas salas de controlo. Aqui são dados os

comandos para os actuadores finais, i.e., motores eléctricos, cilindros hidráulicos e pneumáticos,

válvulas de controlo, alteração de Set-point25 dos Loops26

de controlo, visualização de tendências das

variáveis, monitorização de alarmes, ordens de impressão, etc.

Para utilização pelos TCPs27

da equipa da Manutenção, está disponível uma estação de

engenharia com as aplicações informáticas que permitem a realização de diagnósticos online, a

concepção de imagens estáticas e dinâmicas que surgem nas consolas de operação e a programação

24

MIS – Mill Information System). 25

Set-point – Valores desejados dos anéis de controlo (gíria profissional adoptada da língua Anglo-Saxónica). 26

Loops – Anéis (de controlo). 27

TCPs – Técnicos de Controlo e Potência (equipa da Manutenção ver secção do Tema II).

Fig. 13 – Sistema MCS e respectiva rede [62]

Sala de controlo da Zona Húmida Sala de controlo da Zona Seca

Sala do MCS

Sala dos PLCs

e Servers

Rede do DCS

Campo,

MCCs,

Salas de

Interface

.



23

das funcionalidades pretendidas para os equipamentos inseridos no pacote MCS da máquina de papel,

assim como a configuração de alarmes, eventos, tendências e páginas de diagnóstico.

A máquina de papel nº 2 (PM2), de tecnologia Voith,28

integra no pacote de fornecimento, o

MCS, genericamente representado no Anexo II na pág. 122, com tecnologia Siemens, é formado por

uma rede de 6 PLCs S7-400 com 3.300 I/Os digitais e 350 I/Os analógicos, dois servidores,

5 consolas de operação, a rede de comunicação entre os diversos dispositivos e a aplicação PCS7, que

no seu conjunto, representam o DCS da Siemens.

Em 2000, no Startup da máquina, o sistema operativo base dos PCs era o Windows NT.

A versão da aplicação PCS7 foi durante esse período actualizada para a versão v5.2. A partir de

uma determinada data em que se efectuaram alterações nas redes, começaram-se a sentir algumas

dificuldades, entre as quais evidencia o facto dos Servidores e os PCs de operação bloquearem durante

o aumento de tráfego na rede comum, o facto da comunicação com o OPC Server29 bloquear ou ainda

a demora e conflito entre os dois servidores que afectavam o registo das tendências gráficas de maior

dinâmica e muito especialmente porque era escassa a margem de reserva para atingir o limite de

PO’s30

admitidos pela licença, o que impossibilitava futuras alterações de média dimensão que se

pretendessem efectuar na máquina.

Por todas as razões evocadas recomendava-se e foi realizado na paragem anual de 2010 o

Upgrade para a versão v7.1 e simultaneamente passou-se do Windows NT (muito frequente em

aplicações industriais), para o Windows XP Server na estação de engenharia e Servidores e o

Windows XP Cliente nas consolas de operação.

A partir desse Upgrade o sistema ficou apto e disponível a permitir várias ampliações que seriam

benéficas para a Runnability31 da máquina, com retorno garantido, devido à minimização de tempo

perdido se de facto se melhorasse a informação entre o utilizador e a operacionalidade.

É pois na premissa do parágrafo anterior e no contexto e tecnologia existente actualmente que o

Tema I do presente trabalho do estágio se desenrolou, isto é, utilizar os recursos referidos

anteriormente para melhorar a informação e optimizar funcionalidades que se verifiquem durante o

estudo, sempre com o horizonte das “Optimizações Técnico-Processuais na Máquina de Papel”.

3.3 Descrição da aplicação PCS7 no âmbito do objectivo

A solução PCS7 não é trivial em todos os processos fabris que contêm autómatos da família S7®

usando uma simples consola ou PC de programação ligados ao PLC para transferir ou monitorizar um

28

Voith – Construtor alemão de referência a nível mundial de máquinas de papel. 29

OPC Server – Aplicação que interliga PLCs, DCS e Bases de Dados num formato aberto standard. 30

PO’s – Process Objects (termo específico do PCS7–Siemens, corresponde ao conteúdo da aplicação). 31

Runnability – Termo na gíria papeleira, é estrangeirismo e derivado do termo Anglo-Saxónico.



programa numa das linguagens típicas, LAD, CSF32

, utilizando a aplicação Simatic Manager para

Windows®, a partir da qual se desenvolveu, compilou e documentou previamente esse projecto.

O PCS7 é reservado a sistemas de grande dimensão, não é habitual ver em soluções de baixa

exigência, é uma solução totalmente integrada, tal como refere a Siemens nas suas brochuras [13].

Possui mais opções, tem uma arquitectura mais avançada que outras alternativas e como tal, é uma

solução também mais dispendiosa.

No presente caso, a configuração do hardware e software é realizada num PC apelidado de

Estação de Engenharia, com o sistema operativo Windows XP Server e com a aplicação Simatic

Manager para o Windows® através das opções Component View e Plant View respectivamente.

A menos que seja necessário implementar novas cartas de entradas e saídas digitais ou

analógicas, mais algum módulo ET20033

ou um VEV na rede Profibus, não é necessário reconfigurar o

Hardware, porque é comportamento padrão na Empresa dimensionar os projectos de grande dimensão

reservando alguns canais livres para futuras implementações.

Pelo contrário, a nível do software, é possível e tem havido frequente necessidade de se alterarem

parâmetros e inclusive realizar pequenas correcções à funcionalidade, após a elaboração de uma

análise de avaria ou da implementação de um novo alarme que se impõe e a pedido dos responsáveis

da Operação ou da Manutenção. No caso das alterações à funcionalidade poderem interferir

profundamente com a filosofia do Construtor, estas são efectuadas só após o seu aval, pois a sua

responsabilização é sujeita a normas europeias e nacionais, seguindo a Directiva 98/37/CE corrigida

pela 2006/42/CE [14] e consequente legislação de cada país, tendo em vista a marca de conformidade

CE34

.

O PC de engenharia e a estação de operação usadas para as tarefas de programação são visíveis

na Fig. 14a, assim como o aspecto de uma janela de programação do Simatic Manager Fig. 14b e do

programa para a concepção de imagens interactivas Graphics Designer35 Fig. 14c.

32

LAD, CSF – Métodos de programação: Ladder Logic (Diagrama Ladder); Control System Flowchart (CSF). 33

ET 200 – Módulos I/O´s para os sistemas distribuídos da série Simatic da Siemens. 34

CE – “Conformité Européene”, Conformidade Europeia. 35

Graphics Designer – Aplicação do PCS7 para desenho e associação dinâmica das variáveis processuais.

Fig. 14 – a) Estações de operação e de engenharia; b) Programação em PCS7-Plant View;

c) Desenho em Graphics Designer.

a) b) c)



25

Fig. 15 – a) PLCs S7-400; b) ET 200; c) Sala de Controlo.

a)

b)

c)

A interacção do sistema integrado com o utilizador é conseguida através da aplicação Simatic

WinCC da Siemens, que é simultaneamente um HMI36 e um SCADA37

.

Após a concepção de um novo programa, este é compilado verificando automaticamente a

existência de erros, após o que é enviado para o PLC respectivo (com o cuidado de seleccionar o

download apenas da alteração, caso contrário, o PLC entra em modo de Stop/Program parando a

execução do programa e consequentemente da PM). Este é um pormenor técnico sobre os cuidados

que os TCPs devem tomar sempre que alteram o programa enquanto o processo produtivo está em

laboração, bastando uma pequena distracção para que esta se traduza em custos elevados devido ao

tempo de não produção. A opção de download completo é realizada apenas no início da laboração,

quando se substituiu a CPU ou durante um upgrade.

Uma vantagem destes casos práticos é o facto de permitirem adquirir métodos de precaução e

concentração nas tarefas cruciais durante a laboração de unidades fabris de grande dimensão, uma vez

que o cenário é real e pode ocorrer um erro que se traduza em perda de produção. No fundo, este

contacto com a realidade fabril é uma das vantagens da unidade curricular na opção de Estágio.

Genericamente, os meios referidos são as ferramentas usadas pelos diversos utilizadores na

operacionalidade da máquina de papel e com os quais se pretende melhorar a qualidade da informação

das imagens, o registo de eventos ou tendências temporais, o alerta ou registo de alarmes e ainda o

registo dos actos de comando ou de controlo efectuados pelos Operadores de Processo. O MCS é

baseado nos Servidores, PLCs e seus periféricos sendo nas salas de controlo que se desenvolve a acção

de controlo e monitorização processual (Fig. 15).

36

HMI – Human-Machine Interface. 37

SCADA - Supervisory Control and Data Acquisition.



3.4 Optimizações a implementar no âmbito do MCS

Com o objectivo em mente de rentabilizar o upgrade no MCS efectuado em Julho de 2010 e de

forma a cumprir um dos objectivos do Estágio na optimização de algumas condições

técnico-processuais da PM2, foram efectuados alguns estudos, consultados alguns registos de

actividade operativa, ouvidos os intervenientes da Operação e da Manutenção e analisada a viabilidade

de se poderem realizar essas melhorias. Paralelamente, previu-se reutilizar equipamento desactivado.

Algumas acções propostas serão conseguidas de imediato ou a curto prazo devido à sua urgência,

oportunidade ou facilidade, outras foram planeadas para se realizarem no futuro, uma vez que

dependiam de disponibilidade de recursos humanos ou paragem da máquina, tendo sido agendadas

para a paragem anual de 2012. Outras requerem investimento e a consequente autorização superior.

3.4.1 Acção I: Páginas de ajuda e pop-ups nas consolas de operação

A forma, a qualidade do conteúdo e a rapidez com que os utilizadores acedem aos sistemas

SCADA, designadamente ao MCS numa máquina de papel é um factor determinante de vantagens

produtivas imediatas, pois minimiza o tempo de não-produção.

As máquinas de papel contemporâneas são extremamente automatizadas, possuem múltiplas

sequências e etapas funcionais que se interligam entre elas, chegando ao extremo de executarem ciclos

fechados entre si (apelidado na gíria operativa papeleira de: pescadinha-de-rabo-na-boca),ou quando é

premente trocar os rolos da Calandra em plena produção, sem partir o papel, sendo necessário cumprir

uma sequência de acções que pela sua complexidade requerem uma informação detalhada.

O projecto inicial do MCS não contemplava no seu pacote contratual a exigência da informação

exaustiva através de janelas de acesso rápido de ajuda e esclarecimento dos Interlocks38 que impedem

a operação. A ausência desta ferramenta de trabalho não é de todo impeditiva do funcionamento da

máquina, por isso é colocado em segundo plano para quem tem a obrigação contratual de apenas

entregar ao cliente a máquina a laborar nos desempenhos acordados. O complemento informativo

envolve muito tempo na análise, na concepção do software e é dispendioso pela qualidade dos

recursos técnicos envolvidos. Daí existirem apenas páginas de ajuda básica. Esta temática é

recomendável para que se considere em todos os futuros projectos porque tem um retorno significativo

do investimento.

Desde o início do período de Estágio, as dificuldades sentidas e transmitidas pela Operação e

Manutenção estão a ser minimizadas com várias acções de implementação de novas páginas, alteração

de páginas existentes, acréscimo de alarmes de diagnóstico, implementação de tendências gráficas, etc.

38

Interlocks – Termo usado pela comunidade fabril para definir encravamentos inibidores de funcionamento



27

Este processo de optimização em curso é contínuo e dinâmico e tende a aperfeiçoar-se à medida que

os realizadores das acções vão adquirindo mais experiência.

As ferramentas de trabalho de hardware e software são semelhantes às referidas nas secções

anteriores. A estratégia seguida é simples:

Reconhecimento de necessidade por iniciativa do C&P39

ou da Operação;

Prioridade pela repetibilidade da ocorrência e pelo retorno financeiro da acção;

Tempo e custos do envolvimento da optimização pretendida;

Disponibilidade dos recursos internos.

As fases de implementação/concepção de páginas de ajuda (“help”) e janelas pop-up têm

sequências semelhantes a cumprir, por isso, seguidamente apenas se irão apresentar alguns exemplos

que possam ser representativos dos recursos e técnicas necessárias. Até porque, nas acções

subsequentes a apresentar no presente Relatório são criadas mensagens, alarmes, tendências e janelas

informativas e de ajuda.

3.4.1.1 Desenvolvimento

O exemplo que se segue, refere-se a uma página do MCS relativa ao sistema hidráulico das

Calandras40

.

O interesse de colocar a informação nesta página deve-se ao facto de ser relativamente frequente

substituir um dos dois rolos existentes chamados de NipCorrect.41

É uma operação multidisciplinar, envolvendo as equipas da Operação, Mecânica e Controlo e

Potência e a sequência de paragem deve ser rigorosamente cumprida, caso contrário poderá haver

quebra do papel e por conseguinte, perda de produção. A sequência tem actualmente 25 pontos a

cumprir, entre os quais, se evidenciam alguns dos pontos de vista da segurança das pessoas, sendo

ainda, complementada e optimizada cada vez que se justifique, após cada intervenção.

Assim foi considerado útil acrescentar botões na página do MCS que auxiliasse os intervenientes

com eficácia e rapidez. Esses botões, ao serem carregados com o rato do PC, promovem o

aparecimento de pequenas janelas de ajuda (pop-up) ou acedem a uma folha em formato digital

(Acrobat), com a sequência já referida anteriormente, tal como se ilustra na Fig. 16.

Para que tais janelas apareçam na consola de operação é necessário elaborar alguma programação

na aplicação Graphics Designer como se ilustra na mesma figura.

39

C&P – Controlo e Potência (Especialidade da área da Manutenção) 40

Calandra(s) – Zona da Máquina onde um par de rolos sob pressão realiza o controlo do perfil de espessura e a

lisura do papel (entre outros predicados). 41

NipCorrect – Rolo com a particularidade de possuir internamente pistons hidráulicos, distribuídos por 46

zonas e 3 contra-zonas.



Como se verifica na Fig. 16, os utilizadores podem obter rapidamente a informação necessária

para cumprir a sua tarefa com segurança e minimizando em simultâneo, o risco de perda de produção.

Fig. 16 – Informação e pop-up de ajuda na intervenção nos rolos da Calandra [56]

Programação do

botão de pop-up

de Ajuda.

Chamada da

janela pop-up.

Botões acrescentados à página original.

Híperlink para a

folha da sequência

de instruções.



29

3.4.1.2 Conclusões

A Acção I apenas exemplifica algo que é efectuado nas restantes acções envolvendo o MCS e

descritas no presente capítulo deste Relatório de Estágio.

O resultado da informação que facilmente se acede em qualquer sala de controlo é extremamente

valorizado por todos, pois permite ajudar o utente de forma rápida, direccionada e alivia a pressão

psicológica em momentos que as inúmeras sequências automáticas impedem a máquina de produzir.

O valor e importância que estas acções de optimização têm tido para a Operação e Manutenção,

na prática, a medição do sucesso das mesmas, são sentidos quase diariamente pelo grande volume de

propostas e sugestões que os utilizadores dos diversos quadrantes fazem chegar à equipa do C&P, que

as implementam, rentabilizando o investimento do upgrade de 2010, que no fundo é sustentado e

autorizado por acções fundamentais como estas.

3.4.2 Acção II: Diagnóstico/optimização informativa do NIP da Speed-Sizer

Esta acção surgiu e desenrolou-se pela espontaneidade de um acontecimento motivado por uma

inspecção pedida pela Empresa ao construtor da máquina, a Voith. Há já algum tempo se verificava o

sintoma de oscilação na periferia da folha de papel e a consequente dificuldade do seu

encaminhamento. O Técnico da Voith final da inspecção efectuada numa paragem mensal, colocou

como hipótese a falta de fiabilidade dos actuadores e do sistema de pressão hidráulica que força o

NIP,42 cujo controlo é realizado pelo MCS.

3.4.2.1 Descrição sucinta da fase processual e dos equipamentos

A Speed-Sizer,43ilustrada na Fig. 17, é uma

zona típica numa máquina de papel onde se

procede ao revestimento com banho de amido.

Numa explicação sucinta, a folha de papel

passa a uma velocidade média da ordem dos 1430

metros por minuto, é comprimida pelo NIP de dois

rolos revestidos com uma espécie de borracha e

onde é depositado perifericamente o dito banho de

amido.

Os rolos são accionados por dois motores de

indução que por sua vez são controlados em modo

42

NIP – Termo da gíria papeleira que se refere à pressão exercida por dois rolos rodando em repartição de carga,

por onde passa a folha de papel e cuja força (em kN/m), é obtida pela pressão exercida na zona de contacto. 43

Speed-Sizer – Parte de máquina de papel onde se procede ao revestimento da folha com banho de amido.

Fig. 17 - Ilustração genérica da Speed-Sizer.



Fig. 19 – Impressão de NIP.

Pressão Hidráulica: (43 e 44 Bar)

Marca impressa do NIP

Master-Slave44, em velocidade e em repartição da carga por dois variadores electrónicos de

velocidade. É um controlo tipicamente papeleiro.

A pressão de NIP é efectuada por dois cilindros hidráulicos, (um de cada lado da máquina), cuja

pressão varia por intermédio de válvulas hidropneumáticas perante a pressão de pilotagem que é

ajustada pelo Operador. O sistema hidráulico é controlado pelo MCS através do PLC 04.

Importa referir que há troca de informação e interacção concertada entre os sistemas principais:

MCS-Siemens45, DCS-Honeywell46

e Drives-ABB47.

3.4.2.2 Contextualização do problema e diagnóstico de despistagem

Após a inspecção, o Técnico especialista do construtor sugeriu que a não homogeneidade da

força aplicada nos dois lados do NIP poderia ser o resultado de folgas, limite do curso dos cilindros

hidráulicos ou de pressões erradas. Essa opinião mereceu algumas dúvidas devido a testes

anteriormente realizados pela equipa da Manutenção. Mas houve necessidade de comprovar esta

hipótese de imediato, caso contrário qualquer intervenção correctiva levaria ao atraso no arranque da

máquina e, se não se decidisse fazê-lo, voltariam as dúvidas cada vez que houvesse quebra da folha ou

persistisse a dificuldade no encaminhamento da tira de papel.

Provisoriamente instalaram-se em cada cilindro hidráulico dois manómetros como ilustrado na

Fig. 18 e efectuaram-se alguns testes a diferentes pressões enquanto se filmavam as variações de

pressão. No final de cada ciclo efectuou-se a impressão de NIP48 verificando-se que havia diferença de

impressão como se pode comprovar nos resultados expressos na Fig. 19.

44

Master-Slave – Controlo típico em que o Master controla a velocidade exigida pelo controlador de tensão do

papel e o Slave funciona em repartição de carga (controlo de corrente), num ratio atribuído pelo Operador. 45

MCS-Siemens – Sistema de controlo da Máquina da marca Siemens. 46

DCS-Honeywell – Sistema de Controlo Distribuído da marca Honeywell. 47

Drives-ABB – Sistema de Controlo de velocidade da marca ABB. 48

Impressão de NIP – Gíria papeleira para designar as marcas deixadas pelo encosto dos rolos sob pressão.

Fig. 18 – Filmagem da medida de pressão.



31

O movimento do fecho do NIP é lento mas a transição para a pressão desejada é rápida, pelo que

a filmagem ajudou a complementar o diagnóstico efectuado através do registo das tendências das

pressões, uma vez que o registo não é contínuo devido ao “Sampling Rate”49

.

Apesar do teste não ser absolutamente indicador do problema, pelo menos excluiu a hipótese de

avaria do circuito hidráulico, uma vez que as pressões coincidiam com os valores desejados e

regulados pelo Operador. No entanto, os resultados das impressões de NIP (Fig. 19), evidenciam a

necessidade de uma análise mais profunda.

Os testes efectuados permitiram evitar atrasos para o arranque da Máquina. No entanto,

relativamente à despistagem das alegadas possibilidades de existirem folgas e prisões durante os

movimentos, no momento não havia forma expedita de a realizar. Este era o próximo desafio, mas iria

requerer montagens adicionais e um pequeno projecto mais elaborado que se descreve seguidamente.

3.4.2.3 Implementação e monitorização do movimento dos rolos Speed-Sizer

O objectivo principal residiu em despistar a existência de folgas e prisões em cada movimento,

especialmente quando existia quebra da folha de papel ou dificuldade do encaminhamento da tira.

O desafio foi seleccionar e instalar sensores que transmitissem os sinais analógicos da posição

dos cilindros para o MCS. Esses dois sinais são colocados em tendências no máximo Sampling Rate

(0,5 seg.) e comparados com outras variáveis de pressão de NIP, tensão do papel, velocidades dos

rolos, caudais de amido, sinal de quebra da folha, etc.

Com esta informação, a Manutenção possui a vantagem de poder despistar a existência de prisões

e/ou folgas, analisar a reacção ao encosto dos rolos e ainda se a camba50 é adequada em função do tipo

e das características do material do revestimento do rolo.

Com a mesma informação a Operação tem a vantagem de poder correlacionar as diversas

variáveis operacionais, compará-las com a gravação das câmaras de quebra de folha e efectuar as

diligências operativas adequadas, designadamente corrigir as pressões de NIP ou da aplicação de

amido, mas essencialmente, ao despistar e excluir este problema, pode concentrar-se noutros

parâmetros que podem estar a afectar a runnability51.

O processo tem duas etapas que se complementam:

Etapa I: foi temporária mas necessária para medir todo o curso do movimento com o

objectivo de despistar a existência das eventuais folgas e prisões grosseiras;

Etapa II: a instalação foi definitiva, destina-se à análise pormenorizada da zona de NIP, com

maior resolução, apenas mede o movimento na zona de contacto entre os rolos, i.e., onde

49

Sampling Rate – Termo Anglo-Saxónico usado na gíria do Controlo para definir o nº de amostras de um sinal

analógico adquiridas num determinado intervalo de tempo. 50

Camba – Gíria papeleira para designar a forma de rectificação atribuída aos rolos (camba positiva: maior

diâmetro ao centro do que nas extremidades). 51

Runnability – Temo papeleiro (ver [55]), que na gíria interna derivou para a forma mista de “Runabilidade”.



qualquer desalinhamento ou mau funcionamento podem ser relevantes para

operacionalidade.

Hardware da Etapa I

Os sensores instalados, tal como ilustra a Fig. 20, são da marca ASM, modelo W12-2500 a

funcionar na gama de 300 mm. Requerem 24 VDC de alimentação e saída de 4 a 20 mA, ligadas a

duas entradas livres do módulo analógico 6ES7331-7KF01-0AB0, da unidade ET 200.

Hardware da Etapa II

Os sensores instalados (Fig. 21), do tipo NIPGap fornecidos pela Measurex/Safecontrol,

possuem uma gama de funcionalidade máxima de 30 mm, o sinal é amplificado e convertido por

dois módulos da marca Phoenix, modelo IS0030A e modelo MRC-C-U/I-4-DC. Foi ainda montada

uma fonte de alimentação de ± 15 VDC apenas para o primeiro módulo, porque o segundo

funciona com 24 VDC, disponíveis na ET 200. Os dois sinais analógicos de 4 a 20 mA são ligados

à mesma carta da Etapa I, embora se tenha alterado a escala no software para maior resolução

(0 a 30 mm).

Software para ambos os casos:

1) Foram criados dois novos TAGs: “Speedsizer_Nip_position_TS” para o sinal analógico da

frente e “Speedsizer_Nip_position_TS” para a retaguarda;

2) No projecto PCS7 do CPU 04, foram configurados os CFC Charts52

, ilustrados na Fig. 22, para

onde se carregaram os blocos standard a partir da biblioteca incluída no próprio pacote de

software. Foram ligados os pinos entre esses blocos e parametrizados de forma a serem

endereçados às entradas analógicas e à gama de trabalho pretendida.

3) Foram efectuadas as ligações HMI na aplicação WinCC de forma a poder visualizar as

tendências gráficas.

52

CFC – Continuous Function Chart - termo usado na tecnologia PCS7 para as janelas de programação.

Fig. 20 – Sensor de posição (Etapa I). Fig. 21 – Sensor de posição (Etapa II).



33

Fig. 22 – Programação no PCS7, (ver Anexo IV, na pág. 124).

Monitorização obtida

O resultado das duas fases pode ser analisado nas tendências seguintes. A Fig. 23, representa o

movimento na primeira etapa de medida, onde é possível verificar que o sensor abrange toda a gama

de movimento, não se identificando qualquer falha grosseira por prisão ou folga.

A diferença verificada entre os dois limites superiores e que se nota no diferente declive da

tendência deve-se à diferença de posição dos sensores provocada pelos acoplamentos com

comprimentos ligeiramente diferentes. O motivo deve-se ao carácter provisório da montagem. No

entanto, foram efectuadas medições manuais que confirmam a confiança nos resultados.

A Fig. 24 ilustra o movimento na segunda etapa de medida. Os sensores usados têm maior

resolução mas menor gama de trabalho. Contudo, o que importa é analisar o comportamento na zona

do contacto entre os dois rolos e a sua estabilidade relativamente à pressão hidráulica que vai sendo

ajustada pelo Operador.

Fig. 24 – Monitorização_II do fecho da Speed-Sizer

(ver Anexo V na pág. 125).

Fig. 23 – Monitorização_I do fecho da Speed-Sizer

(ver Anexo IV na pág. 124).



No apresentado exemplo, o registo da posição dos sensores é típico e é a posição esperada pela

reacção à variação da pressão aplicada aos cilindros hidráulicos que é ajustada pelo Operador.

3.4.2.4 Conclusões

Após se terem realizado os trabalhos de hardware, software, testes de movimentos e análise de

tendências, pôde-se concluir que não foi detectada qualquer prisão, folga ou erro na medida de pressão

no movimento dos rolos da Speed-Sizer, resultante de dúvidas que mereceram a devida importância

por serem levantadas na inspecção efectuada por um especialista do fabricante. Este processo de

análise é lento e depende das condições processuais adequadas.

Partindo das análises anteriores, pode-se avançar para uma outra etapa de análise, em que o

fornecedor dos rolos tem um papel fundamental na investigação, devido ao seu conhecimento

acumulado nas diversas máquinas de papel. É esperado que se continue a análise em futuras paragens

planeadas, não se devendo excluir qualquer aspecto, designadamente a influência do fecho dos

aplicadores, as características do revestimento como a rigidez, a elasticidade, a estabilidade térmica, a

espessura máxima e até o valor da camba50 do rolo, em ser mais ou menos positiva. Todos estes

aspectos podem promover as diferenças verificadas na impressão do NIP. Mesmo que remotamente,

poderá ser necessário confirmar a real dimensão dos cilindros hidráulicos ou até a eficácia do controlo

do paralelismo do movimento do fecho dos rolos e aplicadores.

Como resultado positivo é também a possibilidade de poder efectuar os mesmos testes e em

qualquer momento analisar casos passados pois o registo permanece durante alguns dias no MCS e

meses no Uniformance53.

As vantagens para a Operação são evidenciadas pelo potencial de poder usar uma ferramenta de

análise do fecho do NIP, associando-o às quebras da folha ou, pelo contrário, anulando essa

possibilidade e concentrando-se noutras hipóteses evitando perdas de tempo. No passado já surgiram

dúvidas que resultaram em perdas de produção. Nas paragens planeadas, quando os rolos são

substituídos, estes registos permitem ainda comparar com facilidade o binómio das variáveis de

pressão-posição quando se efectuarem as impressões de NIP48.

A decisão sobre o tempo de vida dos rolos na máquina antes da próxima rectificação pode ainda

ser auxiliada através da análise dos movimentos registados, se se verificarem evidências preditivas de

comportamento anómalo.

Para a Manutenção as vantagens residem também na implementação periódica da manutenção

preditiva através da análise das tendências e, se se justificar, promover a reparação ou substituição de

algum componente que demonstre tendências de mau funcionamento.

53

Uniformance - Sistema de Tendências associado ao DCS [58].



35

Outra vantagem surge da possibilidade dos especialistas da Operação e Manutenção, ausentes

fora do horário diurno, poderem analisar à posteriori os registos dos movimentos dos rolos.

As vantagens são ainda reforçadas pela noção instituída na organização sobre o valor de uma

hora de não-produção de cerca de 60 toneladas de papel, estimando-se em cerca de 48.840 €6.

Assim, qualquer demora provocada por quebra de papel ou por ajustes que se façam com o

objectivo de obter os melhores valores de NIP tem prejuízos consideráveis.

A nível de custos, estes não são significativos face às vantagens obtidas. Basicamente são os

custos dos sensores, cablagem até ao quadro, fonte de alimentação ±15VDC e conversores,

estimando-se em cerca de 2.970 €, porque as entradas analógicas estavam já disponíveis e a montagem

foi realizada pela equipa de TCPs.

3.4.3 Acção III: informação, alarmes e by-pass à falha de lubrificação

3.4.3.1 Contexto e descrição do caso prático da lubrificação centralizada

A eficaz lubrificação das chumaceiras e rolamentos dos rolos de uma máquina de papel é um

factor determinante no tempo de vida útil dos mesmos.

Há duas unidades centrais, zona seca e zona húmida. A

lubrificação não deve faltar em cada ponto de aplicação num tempo

máximo pré-determinado, caso contrário, deve parar o

accionamento do grupo rotativo. Há locais que admitem 10 ou 20

minutos, mas outros há que admitem apenas alguns segundos de

falta de lubrificação.

Há 35 unidades de distrbuição para 654 rotâmetros de

regulação do caudal de óleo com um ou dois sensores detectores de

insuficiência de caudal (Fig. 25).

Cada local de distribuição tem uma saída por contacto livre

para o PLC, abrindo em caso de falha evidenciada em algum desses

rotâmetros, o que já aconteceu por diversas vezes, por avaria

esporádica do sensor, ou com maior frequência, por ligeiro

abrandamento do caudal provocado por breves oscilações de pressão ou temperatura. Sempre que se

ultrapassa o tempo limite, esse grupo rotativo pára e a produção é interrompida.

Há anos que se considerava a possibilidade de colocar um by-pass por hardware dentro das

caixas distribuidoras. Chegou-se a iniciar os trabalhos de passagem de cabos mas, como são dezenas

de unidades, os custos seriam elevados devido aos meios humanos e materiais que envolvia.

Importa referir que no passado a máquina chegou a parar ou atrasou o seu arranque por inúmeras

vezes, devido a alarmes de insuficiente lubrificação.

Fig. 25 - – Rotâmetros e Sensores.



3.4.3.2 Solução encontrada e implementada

De forma a possibilitar ao Operador a decisão de permitir ou não a paragem da máquina e, em

simultâneo, o cumprimento das exigências da eficácia da lubrificação sugeridas pelo fabricante e a

despistagem de eventuais falhas facilmente solucionáveis, optou-se por criar um botão de by-pass na

janela da consola de operação (Fig. 29).

Este botão, ao ser colocado a “ON”, é visível o seu estado nos monitores das salas de controlo,

desenvolve um registo de acção operativa, inibe a contagem decrescente que desencadeia a paragem

do accionamento dos rolos e gera um alarme de 10 em 10 minutos se permanecer activo.

Para facilitar o entendimento lógico desenhou-se o diagrama tipo “flowchart” da Fig. 26,

contribuindo para descrever a estratégia apenas num documento e simultaneamente servindo de base

para descrever sucintamente o programa no PCS7 e por conseguinte no PLC.

Espera-se que a Operação e a Manutenção ajam com celeridade e de forma sequencial, o que

sucintamente corresponde a respeitar as seguintes premissas fundamentais:

Fig. 26 - Flowchart da acção a tomar perante alarme de lubrificação.



37

Ao surgir um evento de alarme, no caso de alta prioridade, inicia-se a contagem decrescente ao

fim da qual ordena a paragem do grupo rotativo (tal como já era estabelecido originalmente);

Se o Operador não activar o botão de by-pass continua a decrementar o tempo. Se o activar,

pára a contagem decrescente, impedindo a paragem do grupo até que tome consciência da

gravidade do problema. Essa acção activa um evento e registo de alarme;

É esperado que de imediato o Operador contacte a Manutenção e se desloque para o local

indicado numa página do MCS criada para o efeito e averigúe rapidamente a razão da falha,

decidindo sobre a necessidade ou não de paragem. Ao detectar a eventual não conformidade,

devem agir de acordo com ela. O que acontece com mais frequência é a necessidade de

aumentar ligeiramente o caudal de óleo devido à oscilação da sua viscosidade.

O programa foi implementado nos CFCs Charts da aplicação PCS7 Fig. 27, compilado e

efectuado o download. As imagens já existentes foram complementadas com as alterações propostas

através da aplicação Graphics Designer, destacando-se a informação eficaz do local das unidades

distribuidoras. Estas, em vez de aparecerem numa tabela descritiva como estava inicialmente

projectado, surgem em formato de planta fabril (Fig. 28), conforme sugestão do elemento da própria

equipa de TCPs, tornando-se assim mais fácil de seguir pela equipa da Operação e da Manutenção,

contribuindo para a celeridade da acção, pelos motivos anteriormente apresentados.

Os testes foram efectuados na perspectiva de uma acção de comissionamento, inibindo a paragem

dos grupos secadores, precavendo algum erro de concepção e após os quais se efectuaram os testes

com o programa final. Importa referir que havendo dúvidas durante a implementação, designadamente

se haverá erros na compilação, o programa pode ser implementado previamente pelos TCPs no PC de

treino.

Fig. 27 – Programação do by-pass, (ver Anexo VIII na pág. 128).



3.4.3.3 Conclusões

Esta facilidade foi já aplicada em períodos de paragem planeada e até em plena produção,

impedindo respectivamente os atrasos no arranque e a paragem dos grupos rotativos.

A alternativa encontrada de colocar a acção de by-pass por software em detrimento dos múltiplos

by-pass em cada unidade, foi possível pela segurança e pelas garantias efectuadas na programação, ao

garantir o evento de alarme de 10 em 10 minutos, de forma sucessiva enquanto estiver nessa condição,

recordando aos intervenientes da acção a urgência do evento, impedindo o esquecimento e registando

os avisos e alarmes que surgem entretanto.

Se não se optasse por esta via, a opção por hardware ainda estaria por realizar, pois implicava

custos significativos em cablagem, comutadores, dispêndio de entradas digitais e mão-de-obra

significativa. Em consequência, implicaria futuros actos de manutenção e cuidados paliativos ou

preventivos para evitar avarias fortuitas.

Conclui-se assim que as equipas da Operação, Mecânica e C&P têm uma informação mais

detalhada e acima de tudo mais amiga na óptica do utilizador, contribuindo efectivamente para evitar

atrasos, em especial nas paragens intempestivas da máquina de papel, indesejáveis como é corrente

nos meios papeleiros, devido aos riscos de sujidade e de rebentamento de feltros54

, por conseguinte,

demoras na normalização da instalação.

Após a implementação das diversas etapas, os utilizadores iam sendo informados e esclarecidos

sobre objectivos, forma de consultar e agir perante o surgimento dos alarmes.

Importa referir que esta facilidade operativa já teve várias utilizações eficazes desde a sua

implementação, sendo relevante o tempo de não-produção e atrasos evitados, ao ser atribuído o valor

de 48.840 €6 de produção de papel por cada hora de laboração.

54

Feltros – Anel de tecido com largura superior ao papel que lhe absorve água durante o processo de prensagem.

Fig. 29 – Botão de by-pass e pop-up,

(ver o Anexo XIII na pág. 133).

Fig. 28 – Localização das caixas,

(ver o Anexo XII na pág. 132).



39

3.4.4 Acção IV: Estudo de fiabilidade e controlo da posição dos feltros

O controlo da posição dos feltros das prensas de uma máquina de papel é um factor importante

porque o seu desempenho e estabilidade contribuem para a longevidade dos mesmos e o inverso cria

problemas de condução da máquina, designadamente no acréscimo das quebras por levantamento da

auréola55.

Importa referir que o descontrolo deste sistema pode levar a que o feltro se desloque demasiado

para um dos lados, vincando-se ou rebentando com a consequência de provocar uma paragem

prolongada, além da substituição do próprio feltro que tem um custo significativo.

Se for aceite pelo fabricante da Máquina e responsáveis da Empresa, esta proposta

complementará outra do mesmo fabricante da máquina que prevê colocar um transdutor de posição no

DS56, para informação no MCS da posição do feltro e para a opção de controlo do seu deslocamento

periódico.

Contexto do sistema de guiamento do feltro (Fig. 30)

O sistema de guiamento é pneumático e os actuadores controlam a posição de um rolo guia

reagindo à acção do detector de posição (pá-guia57), que é único e actua pelo contacto físico da borda

do feltro do DS.

O ajuste da velocidade e do curso do deslocamento do rolo guia depende das regulações da

pressão e do caudal de ar e a estabilidade depende das ditas regulações e de várias variáveis não

controladas, designadamente do atrito natural do feltro, da quantidade de água que transporta devido

55

Quebras por levantamento da auréola - termo papeleiro para descrever o motivo de quebra por levantamento

da borda do papel. 56

DS – Drive Side – Gíria papeleira para definir o lado em que está o accionamento da máquina de papel. 57

Pá-Guia – Válvula direccional pneumática actuada por uma peça com aspecto de pá (ver Fig. 32).

Fig. 30 - Percurso do feltro 1ª Prensa. Fig. 31 – Sensor Ultraedge (Pepperl+Fuchs).



ao efeito de aquaplaning58, da temperatura, da tensão atribuída, da colmatação e da própria vida útil

(média de 6 semanas).

A regulação é ajustada no local e não é possível saber a posição real das duas abas do feltro, pois

o sistema não possui essa informação. Assim, pelo que, não é possível também obter a informação da

posição da linha central do mesmo. Apenas se pode obter no MCS a informação da posição do rolo

guia e a indicação e controlo do motor pneumático para o seu posicionamento num modo mais grosso.

A partir desta situação pensou-se em optimizar a informação a enviar para o MCS tendo-se

previsto que o caso de estudo possuísse duas fases:

A primeira fase pretende projectar a colocação e o teste de dois sensores ultra-sónicos na

instalação (Fig. 31) e verificar a sua fiabilidade com o objectivo de mais tarde os colocar em

ambos os lados do feltro e daí obter os dados dimensionais;

A segunda fase complementa a anterior e cinge-se à proposta para uma alteração mais complexa

e condicionada pela permissão do fabricante da máquina e dos responsáveis da Empresa. Prevê

a hipótese de alterar significativamente o controlo do guiamento pneumático através do

feedback dos novos sensores e a montagem protegida no conjunto instalado junto à pá-guia

como é ilustrado na Fig. 32.

58

Aquaplaning – Gíria papeleira para descrever o deslizamento de um feltro perante um filme de água no rolo.

Fig. 32 – Montagem protegida dos sensores de detecção da aba do feltro.



41

Desenvolvimento e recursos utilizados na primeira fase

Os dois sensores já usados foram solicitados a outro centro fabril do Grupo de forma a permitir

que se realizassem os testes pretendidos.

Concebeu-se um suporte e um tubo de protecção para acondicionar os sensores evitando a

sujidade e humidade característica da zona das prensas de uma PM, reforçando-se ainda com ar de

selagem a baixa pressão.

A saída analógica de 4 a 20 mA de cada sensor foi ligada a uma unidade ET200 e a configuração

efectuada da mesma forma que nas acções já anteriormente descritas. Os sensores foram

parametrizados para a gama de 300 mm, 200 a 500 mm de afastamento do feltro e as variáveis

configuradas no PCS7 tal como nas acções anteriores e endereçadas para tendências de forma a poder

verificar o seu comportamento ao longo do tempo, como ilustrado na Fig. 33.

Nos testes que se seguiram após a montagem inicial foi verificada uma variação indesejável dos

sinais, confirmando-se nos testes consequentes que o motivo se devia à alteração do ângulo de posição

do feltro motivada pelo controlo do sistema de guiamento.

Perante esta condição, reposicionou-se o suporte dos sensores, melhorando significativamente a

estabilidade mas também se concluiu que é necessário escolher um local com a linha do feltro

constante, porque o fundamental é monitorizar a distância do feltro ao sensor e não o ângulo.

Esse local já foi escolhido em concordância com a Operação, mas só poderá ser feita a instalação

numa paragem planeada anual, estimando-se a sua realização para Janeiro de 2012.

Nos testes efectuados durante várias semanas, concluiu-se também que um sistema com dois

sensores de cada lado terá fiabilidade, se montados nas condições como aquelas que foram projectadas

e desde que sejam localizados em zonas de estabilidade angular, com a supervisão da programação a

Fig. 33 – Trends para verificar fiabilidade da posição dos sensores (ver Anexo VIII na pág. 128).



concretizar no PCS7, no sentido de precaver eventuais imponderáveis, tais como avaria de um sensor,

obstrução da cabeça dos sensores por pedaços de papel, etc.

Conclusões sobre a primeira fase

Os objectivos foram concluídos com êxito e passavam por comprovar a fiabilidade do sistema. O

MCS contemplará várias informações uteis sobre o feltro, designadamente, a posição de cada aba, a

sua largura, a posição do seu centro, a estabilidade dimensional ao longo de todo o comprimento, a

possibilidade de detectar desfiamentos da borda, a distância do papel à borda, ect. A partir destes

valores, pode-se deduzir se estamos numa zona suja que possa favorecer as quebras e pode-se gerar

alarmes, avisando o Operador do risco de desvios exagerados.

Se esta alteração for aceite, pode ainda servir de feedback para a segunda fase que se irá

descrever seguidamente.

Segunda fase: Desenvolvimento do projecto para documentar a proposta

A segunda fase da alteração do controlo do feltro é complementar à primeira. De facto, é

necessário ter um sistema de medição fiável para se poder arriscar a proposta de alteração da filosofia

de controlo, pois obriga a medir a borda sem contacto físico e ter alternativa no caso de falha.

A sugestão proposta baseia-se num controlo fino a desenvolver em complemento do controlo

grosso baseado no existente sistema pneumático, alterado e ilustrado na Fig. 34.

Numa breve explicação, a ideia base é complementar o sistema pneumático existente com mais

uma pá-guia a instalar no FS e modificar a existente no BS de forma que ambas sejam de efeito

simples. Acrescentam-se ainda duas electroválvulas de duas vias e duas válvulas reguladoras de caudal

para drenarem num modo fino o ar das câmaras do cilindro pneumático, sempre que as abas do feltro

atingirem um valor pré-determinado que é medido pelos sensores sugeridos na primeira fase.

Fig. 34 – Alterações propostas ao sistema pneumático, (ver o Anexo X na pág. 130).



43

Contrariamente à tendência de substituição por sistemas totalmente novos, a estratégia inovadora

nesta proposta assenta em implementar o controlo fino na instalação pneumática já existente e

comprovadamente resistente ao meio envolvente a custos reduzidos.

Será expectável encontrar alguma inércia e até receio de efectuar a modificação, mas tem a

vantagem desejada pela Operação das pás-guias não serem tocadas pelo feltro pois ficam ligeiramente

afastadas, evitando o desgaste, o desfiamento e a dobragem das bordas do feltro. Simultaneamente,

garantem uma segunda opção de controlo obviamente numa forma mais dinâmica e de controlo

remoto, i.e., se por qualquer motivo indesejável a electroválvula se mantiver aberta ou pelo contrário

se não abrir, o feltro será deslocado para o lado até atingir a dita pá-guia que o reposicionará

rapidamente sempre que aconteça. Assim, garante-se uma alternativa de funcionamento a qualquer

falha que ocorra, aumentando a fiabilidade da proposta.

Garantindo qualquer imponderável no controlo, os detectores de fora-de-borda colocados a

alguns milímetros da zona de actuação das pás-guias irão provocar a paragem do grupo rotativo, tal

como já acontece actualmente.

Para facilitar o entendimento operativo da componente que afecta apenas o controlo normal do

guiamento do feltro e ajudar na execução do programa no PCS7 concebeu-se o diagrama da Fig. 35.

Em complemento, acresce ainda a vantagem dos sensores instalados poderem servir para o

cálculo para a alternativa do controlo do deslocamento periódico do feltro (conhecido como skewing),

no caso do transdutor a instalar pelo fabricante avariar.

Fig. 35 – Diagrama da proposta de alteração do controlo do guiamento do feltro da 1ª. Prensa

(ver Anexo XI na pág. 131).



Conclusões sobre a segunda fase

A proposta já foi colocada a alguns responsáveis e até ao representante do Construtor da

Máquina. É espectável que a decisão demore algum tempo a ser tomada, devido às diversas entidades

que têm que formular opinião e porque de momento está a decorrer um processo de optimização do

sistema associado ao guiamento do feltro, o denominado skewing59, que poderá atrasar qualquer

decisão sobre a proposta referida anteriormente. Esse processo, baseia-se na substituição do

dispositivo pneumático de posicionamento por um outro motorizado ao qual está associado um

transdutor da posição da pá-guia e o software da informação da sua posição e da posição relativa do

centro do feltro (deduzida mas não real, como é o caso da proposta referida nesta acção IV do presente

estudo).

A proposta tem múltiplas vantagens, algumas já enunciadas anteriormente. Se for autorizado esse

investimento, em síntese, poderão antecipar-se as seguintes vantagens:

Sensores sem contacto físico com a borda do feltro, evitando o seu desgaste;

Controlo fino e parametrizável através do MCS;

Alarmes de inconformidade, detecção de sujidade e consequente inibição do controlo;

Registos de tendências temporais da posição do feltro enviado por quatro sensores;

Permanece o sistema de controlo pneumático original e alternativo com pás-guias;

Informação real da posição das duas bordas do feltro e por conseguinte o seu centro;

Informação utilizável com maior precisão no controlo skewing59;

Permite solução alternativa à falha (através do controlo original);

Permite alternativa futura para controlo de posição do rolo através de motor eléctrico.

Em conclusão, os testes da primeira fase permitiram confiar na solução de indicação da posição

das bordas do feltro, se forem seguidas as sugestões enunciadas.

Há ainda a experiência nesta máquina mas também numa outra recentemente montada, de falta

de fiabilidade em sistemas de controlo que não têm actuadores pneumáticos, levando a várias horas de

perda de produção. Embora mais arcaico, o sistema pneumático é muito fiável em ambientes

agressivos e a proposta apresentada torna-o num sistema híbrido, acumulando as vantagens da

robustez com a fiabilidade da informação e a redundância.

Conclui-se também que a segunda fase trará as vantagens referidas acima, no entanto a sua

realização dependerá do interesse dos responsáveis da Operação e da permissão do Construtor da

Máquina devido à garantia e também à sua responsabilidade, nomeadamente relativa à Directiva

Máquina que condiciona os deveres do construtor de máquinas.

59

Skewing – Gíria papeleira para denominar o sistema de oscilação controlada e periódica do feltro.



45

3.4.5 Acção V: Optimização: envio de informação para locais estratégicos

A zona fabril tem uma área enorme e as salas de engenharia e de operação distam entre si,

nalguns casos, 100 metros. Nem todas as salas têm consolas que permitem visualizar a totalidade dos

sistemas, designadamente do MCS, DCS, ABB, Ventilação e Pilz, tornando-se uma dificuldade nas

acções técnico-operativas que se reflecte na perda de tempo de produção quando surgem diagnósticos

complicados e que envolvem vários sistemas de supervisão.

Foram identificadas três áreas que interessa optimizar sendo viável realizar essa tarefa até final de

2011 (para além do tempo estimado do Estágio), não envolvendo custos significativos. Os recursos

necessários assentam fundamentalmente na disponibilidade realizadora dos TCPs e na eventual

necessidade de instalar cabos, repetidor ou módulo de comunicação e algum software em PCs activos

ou desactivados.

O objectivo e particularidades de cada caso serão descritos nas secções seguintes.

3.4.5.1 Informação da comunicação entre o MCS e os sistemas ABB e DCS

Considerando a existência de diversos sinais digitais e analógicos entre o MCS e os restantes

sistemas de controlo, i.e., o DCS e os Sectional Drives60, sempre que surgem encravamentos

(interlocks), é por vezes moroso, especialmente para os técnicos que trabalham de turno que estão

menos familiarizados com o processo fabril, diagnosticarem rapidamente o estado desses sinais que

foram o motivo da paragem da máquina ou que podem estar ainda a impedir o seu funcionamento.

Por esse motivo, considerou-se útil e importante conceber algumas páginas de acesso rápido onde

se podem associar tabelas dinâmicas com a descrição do sinal e do seu estado lógico ou valor

associado, através do seguinte critério informativo:

Sinais digitais: representados por pequenos dots de sinalização a verde no estado de “ON” e

a cinzento ou branco no estado de “OFF”;

Sinais analógicos: o seu valor em unidades de engenharia.

Desenvolvimento da acção:

A tecnologia, os recursos materiais e a forma de implementação será no PCS 7. A realização do

trabalho parece adequada para ser realizada exactamente para quem mais necessita dela, i.e., um dos

TCPs de Turno61

durante o tempo extra chamadas62

.

O motivo desta sugestão assenta fundamentalmente nas vantagens de trazer competências na área

do PCS7, de desenvolver o espírito de autoformação e ainda de melhorar o seu conhecimento sobre os

diversos sistemas criando-lhe mais agilidade e rapidez nas futuras chamadas. Para o esclarecimento de

60

Sectional Drives – Sistema do accionamento da PM2 (controlo interligado da velocidade dos motores). 61

TCPs de Turno – Equipa de turno rotativo pertencente à Secção de Controlo e Potência (vulgo: TCPs). 62

Chamadas – Solicitações da Operação a quem está de Turno contínuo para resolver avarias que surgem.



dúvidas que podem surgir dispõe do suporte dos técnicos especialistas desta área. Este método permite

valorizar o desempenho do técnico perante a Operação e também perante os seus pares, dando-lhe

estímulo e motivação para continuar.

Essencialmente o trabalho obriga às seguintes fases de implementação:

Levantamento dos sinais de interligação através de listas que possam existir e consulta da

diversa documentação;

Confirmar, corrigir e complementar essas ligações;

Conceber diversas páginas no Graphics Designer do PCS7;

Interligar campos dinâmicos com o estado lógico, a cor e o valor;

Ligar páginas com janelas pop-up e outras páginas já existentes no Projecto do MCS.

Este processo continua em desenvolvimento pois depende da disponibilidade e do tempo não

ocupacional do TCP de Turno, estimando-se a sua conclusão até final de 2011.

Deixa-se a sugestão para que a mesma tarefa seja implementada no PC Vídeo dos Drives-ABB63

e no DCS-Honeywell, de forma a garantir a reciprocidade da informação noutros monitores das salas.

Actualmente, o levantamento e a confirmação das ligações estão prontas e já se iniciou a

concepção das páginas no Graphics Designer que serão visualizáveis nas consolas HMI.

3.4.5.2 Partilha de informação da ventilação especial nas consolas do DCS

A ventilação especial é o sistema que supervisiona e controla a informação do sistema AVAC64

para as salas de operação, salas eléctricas e de engenharia, laboratório do papel e ainda a ventilação

para equipamentos especiais, tal como os scanners65 do sistema de qualidade e caixas de interface

colocadas em locais de ambiente húmido e quente. O motivo da ideia surge pelo facto de haver um só

local de acesso à supervisão e controlo da referida ventilação especial e que é efectuado num PC

localizado na sala de engenharia dos VEVs da PM2, como se ilustra na Fig. 36.

O controlo do sistema AVAC é concebido por diversos PLCs S7-300 da Siemens distribuídos

pelas diversas zonas da PM2 e da Transformação e pelo PC referido, que simultaneamente serve de

estação de engenharia e de consola de operação com o Windows NT e a aplicação WinCC da Siemens.

A rede entre os diversos periféricos é do tipo Profibus-DP.

Por razões de segurança, apenas é permitido o acesso à sala aos elementos com especialidades

técnico-operativas, pelo que se torna difícil e morosa a reacção atempada, sendo necessário telefonar a

esses técnicos para o acesso e consequente correcção daquilo que se apresente em cada caso.

Importa referir que o projecto de implementação da Fábrica apenas contempla uma estação de

operação, pese embora o facto de uma falha de ventilação de 40 minutos nos Multidrives da PM2,

63

PC Vídeo-ABB – É o HMI da ABB para os Sectional Drives da PM2. 64

AVAC – Nomenclatura atribuída aos sistemas de aquecimento, ventilação e ar condicionado. 65

Scanners – Equipamentos de leitura online das características operativas da folha de papel.



47

obrigarem à sua paragem por temperatura elevada. Por isso, qualquer acção que preveja melhorar o

acesso à informação e impeça a paragem da Máquina tem o retorno do investimento garantido.

Recorde-se uma vez mais que uma hora de paragem corresponde a 48.840 €6.

A distância de alguns locais ventilados para a consola original (local onde se faz a supervisão),

corresponde a mais de 300 metros, no caso das salas da Transformação. Os recursos necessários não

são significativos. Prevê-se aproveitar o PC (ES-Estação de Engenharia) desactivado pelo upgrade do

MCS (ver Secção 3.4), que possui um interface S7 MPI/DP na placa e o software necessário para ser

possível monitorizar a aplicação nas consolas de operação através da aplicação PC Anywhere66.

Os recursos humanos envolvidos nos trabalhos são os elementos da equipa de C&P.

De momento o PC (Fig. 37), está instalado com o software referido para a aplicação proposta,

estimando-se a conclusão da tarefa para a paragem planeada de Janeiro de 2012, uma vez que é

necessário realizar algumas tarefas com a instalação parada.

Esta acção tem o empenho especial e a motivação da equipa do C&P na preparação do PC e da

sua configuração, sendo a especialidade que mais utiliza os recursos apresentados e a que mais

rentabilidade obterá da informação repartida noutros locais de acesso.

66

PC Anywhere – Programa correndo na plataforma MS-Windows que permite aceder a outro PC da LAN.

Fig. 37 - PC que controla a ventilação especial.

Fig. 36 – Rede do Sistema de Ventilação



3.4.5.3 Partilha da informação dos PLCs associados à segurança no MCS

O pacote original da máquina de papel contém dois PLCs da marca Pilz, que são dedicados à

componente de segurança, ilustrando-se um deles na Fig. 38.

São dispositivos chave nas áreas da Speed-Sizer e do

Enrolador uma vez que os actuadores dos movimentos são

directamente comandados pelas suas saídas em sequência das

condições de permissão enviadas pelo PLC S7-400. Ou seja,

este habilita o PLC-Pilz e este por si é que comanda o

equipamento, adicionando os aspectos relacionados com a

segurança.

No projecto inicial não foi considerado, mas cada vez que

surge um problema na máquina de papel que interfira com estes

PLCs, o diagnóstico é demorado, em especial porque requer mais um técnico noutra sala, onde está a

estação de engenharia do MCS (ver Anexo II na pág. 122), para que em simultâneo e em contacto

telefónico consigam resolver o problema.

Nem sempre há a disponibilidade de haver técnicos suficientes para a situação apresentada,

obrigando a chamar a equipa de prevenção, incorporando assim o tempo da deslocação à fábrica, com

o inerente tempo de não-produção e respectivos custos elevados associados.

Assim, foi proposto o seguinte:

Uma proposta inicial para passar um cabo de comunicação do PLC para um PC na sala de MCS,

com um repetidor intermédio (distam cerca de 150 metros com muita interferência presente), para

outra estação de engenharia. Já se realizaram os testes suficientes para garantir o seu funcionamento;

A segunda hipótese surgiu com a preparação do PC da ventilação, referida em 3.4.5.2, podendo

em simultâneo permitir o seu acesso através da rede e da aplicação PC Anywhere. Tal como na acção

anterior, a equipa de TCPs esteve envolvida fazendo sugestões de melhoramento à proposta original,

enriquecendo por isso a solução final.

A tarefa estará concluída até ao final da paragem planeada de Janeiro de 2012.

Em conclusão, destacam-se as vantagens de aceder com rapidez a estes equipamentos, e com um

menor número de técnicos, traduzindo-se na minimização de tempo de paragem da PM2, com os

ganhos produtivos inerentes.

3.4.6 Acção VI: Outras optimizações propostas para o MCS

Durante as diversas análises que se efectuaram, designadamente na consulta de registos de

acontecimentos, nas ocorrências que se iam verificando e ainda a partir das diversas informações

obtidas nos múltiplos contactos com a Operação e a Manutenção, surgiu um conjunto de propostas de

melhoramento que merecem ser incluídas neste Relatório.

Fig. 38 – PLC Pilz e PC de acesso.



49

O motivo da sua inclusão nas propostas de optimização do presente trabalho, deve-se ao valor

que podem ter em termos de minimização do tempo de paragem da máquina, na redução das

intervenções e dos custos associados ou mesmo na melhoria da Segurança e o Ambiente.

O tempo estimado para a sua conclusão será de alguns meses, até ao primeiro trimestre de 2012,

pois os recursos materiais e humanos são limitados e pretende-se que sejam desenvolvidos

internamente com a especial função de servirem de formação para quem os executa, designadamente

os TCPs de Turno que estão menos familiarizados com o MCS.

3.4.6.1 Simulação e by-pass dos encoders do cortador da tira da secaria

Pretende-se que haja uma alternativa para continuar a produzir no caso dos encoders67 de posição

do cortador da tira das secarias deixarem de estar operacionais.

A ideia subjacente é criar botões por software na página respectiva do MCS para forçar as

diversas condições lógicas exigidas ao sistema de vapor, sistema de quebras, sistema de alta pressão

de corte (Paprima68) e diluição dos desintegradores de papel, enquanto o Operador procede

manualmente ao movimento transversal.

A estratégia de execução, passa por atribuir o trabalho a um TCP de Turno, que toma

conhecimento do objectivo, estuda o processo operativo, os meios técnicos e as aplicações do PCS7,

designadamente a forma de conceber os CFCs e elabora o desenho nas páginas existentes no Graphics

Designer. Concebe ainda as páginas de ajuda ou pop-ups que sejam adequadas para os utilizadores

saberem como agir. Deve ainda garantir que se a funcionalidade for activada pelo Operador, o evento

deve ficar registado com data e hora.

Para esta optimização não é necessário trabalho de hardware, tudo se desenvolve no âmbito do

software com a colaboração garantida pelos elementos da equipa de TCPs da PM2.

Após a realização do trabalho devem ser informados e esclarecidos os utilizadores da Operação e

da Manutenção das vantagens e funcionalidades implementadas.

Espera-se que este tipo de trabalho desenvolva alguma motivação a quem o executa, pelo simples

facto de se poder continuar a produzir papel, onde outrora não era possível, através da alternativa por

si elaborada e usada pelos seus colegas de turno da equipa da Operação.

A dita motivação é evidenciada nas “Teorias das 3 Necessidades”, designadamente das Teorias

de MacClelland, que reconhecem a necessidade que um individuo tem (especialmente com o perfil

“nAch”69

), do reconhecimento pela sociedade das suas boas capacidades e competências [7].

67

Encoders – Sensores rotativos que transmitem a posição do cortador de tira através de um sinal de 4 a 20 mA. 68

Paprima – Sistema de alta pressão de água de corte do papel (cerca de 1100 Bar). 69

nAch –Estilo caracterizador da necessidade de realização (Teoria das Três Necessidades – MacClelland).



3.4.6.2 Optimização e monitorização do sistema de controlo da temperatura da

passadeira da Speed-Sizer

A passadeira da Speed-Sizer está localizada por cima da folha de papel e se a sua temperatura for

baixa, condensa a humidade existente no ar e em consequência há o risco da mesma cair em cima da

folha, provocando manchas ou mesmo buracos no papel. O sistema de aquecimento com permutador

de vapor está ilustrado na Fig. 39 e Anexo XIV na pág. 134.

A proposta de optimização é feita por diversos motivos, entre os quais: as solicitações frequentes

à Manutenção motivadas por alarmes de falha de caudal, de picos de temperatura, dificuldade de

controlo na zona inicial da abertura da válvula de vapor e não menos importante: pela eficiência

energética, porque o sistema de aquecimento eléctrico é mais eficiente que o uso de vapor por

permutação em sistemas de aquecimento de água [15].

No caso concreto, o sistema está sobredimensionado para o normal funcionamento, em que

apenas necessita repor as perdas de calor da água ao longo do circuito, levando a que o Set-point esteja

a 67ºC (3ºC acima do necessário), para que haja controlabilidade.

Na análise efectuada recomenda-se ainda o isolamento do tanque e das linhas, não só para evitar

perdas de energia, mas fundamentalmente para garantir a Segurança, precavendo o contacto acidental

com as partes não isoladas (ver em Anexo XIV na pág. 134).

A estratégia é minimizar os custos, usando material desactivado há alguns anos da PM1, caso de

uma caixa de inox, semicondutores, dissipadores e conversor corrente/impulso. A potência é fornecida

de um dos vários feeders de reserva do MCC 17. A entrada e saída analógica estão disponíveis nas

reservas da ET200, os recursos novos a adquirir são apenas 3 resistências de 10,5 kW, uma sonda de

temperatura PT100 e respectiva cablagem. O software será concebido no PCS7 por um dos TCPs de

Turno.

Fig. 39 – Ilustração do sistema de aquecimento da passadeira da Speed-Sizer.



51

A filosofia de controlo projectada é em modo de spli-range70, em que a saída do controlador de 0

a 100% privilegia o aquecimento por resistência de 0 a 50% e se não for suficiente, abre o vapor para

o permutador através da válvula de controlo de 50% a 100% (esperando-se que apenas aconteça no

arranque da instalação e se por qualquer motivo houver necessidade de aquecimento rápido). No

futuro, esta funcionalidade (controlo 50% a 100%) será provavelmente desactivada.

A página acedida através da consola de operação é complementada com as alterações propostas,

permitindo controlar a temperatura em modo manual ou automático, contendo ainda uma janela

pop-up com a informação do sistema. Os esquemas eléctricos devem ser actualizados com as

alterações efectuadas e entregues à Sala de Desenho.

Como foi referido, a execução da tarefa fica a cargo de um dos TCPs de Turno de forma a

concretizar os objectivos de autoformação e rentabilização do tempo pessoal, durante o período em

que não está a ser solicitado para chamadas da Operação. Por esse motivo a conclusão da tarefa foi

planeada até final de 2012 contribuindo para critérios de avaliação de desempenho. De momento, falta

ligar a cablagem, acabar o software, proceder ao comissionamento e realizar os testes de arranque na

paragem planeada de Dezembro.

Já se efectuaram testes de dimensionamento, confirmando-se que as 3 resistências ligadas

directamente aqueceram a água a valores superiores ao necessário, obrigando a fechar a válvula de

vapor, indiciando que possuem potência suficiente para aquecer a água com alguma margem, o que

permite responder a situações de atesto71 pela reposição de água fria.

Após se terminar a montagem far-se-ão testes de energia eléctrica. Com o sistema a vapor, não há

forma de medir o caudal, logo a energia consumida é desconhecida. Como o investimento para o

isolamento do circuito está para aprovação, dará tempo para a recolha de amostras suficientes para se

fazer a comparação da energia despendida sem e com isolamento.

É possível concluir que pelos testes já realizados não haverá picos de temperatura que afectem os

sensores de caudal e promovam dificuldades de controlabilidade, evitando as sucessivas chamadas dos

técnicos da Manutenção, destacando-se ainda o aumento da eficiência.

3.4.6.3 Barramento de 24 VDC em substituição das fontes nas unidades ET200

As fontes de alimentação são dos dispositivos mais falíveis e estão referenciados internamente

como os de maior indisponibilidade para produzir, daí que tivesse sugerido a montagem de

redundância nas fontes dos PLCs.

Apenas no MCS, há 257 fontes de 24 VDC localizadas nas unidades ET200, tal como é visível na

ilustração em Anexo XV na pág. 135. Distribuem-se nas gamas de 2A, 5A, 10A e 20A e se avariarem,

70

Split-Range – Método típico em controlo em que se divide a saída de 0 a 100 % pelos actuadores existentes. 71

Situações de atesto – Acto de enchimento do tanque após purga ou limpeza programada.



Fig. 40 – Fontes de 24 VDC da ET200.

Disjuntores

LED

a entrada digital detecta a anomalia e surge um alarme de sistema, garantindo a fonte em paralelo a

carga total.

Após cinco anos de vida, surgiram inúmeros indícios de avaria nas fontes, provocados pelo ciclo

de vida dos condensadores de filtragem. Nem todas davam alarme devido à intermitência de carácter

transitório (espaço de tempo ou nível de tensão insuficiente) para ser detectado pela carta electrónica

como estado lógico “zero”. Em dois casos provocou perda de produção, o que representa enorme

prejuízo tal como já foi referenciado anteriormente6.

Na sequência da acção sistemática preditiva e sensorial ao sistema de alimentação das unidades

(Fig. 40), detectou-se que o LED apresentava esporadicamente uma ligeira intermitência nalgumas

fontes, sem que a carta detectasse a avaria, logo, não surgia o alarme.

Na sequência do diagnóstico, foi confirmada a necessidade de substituição dos condensadores

por uma lista de prioridades bem definida, que na data presente está prestes a ser concluída. Mas como

prever o novo ciclo de avarias? Este é problema que se coloca! Para o detectar, requer-se a

disponibilização de recursos humanos, meios materiais, logística de registos e o tempo despendido

nessas tarefas.

Perante os factos, a proposta de melhoramento é criar um barramento DC em anel entre os vários

armários (ver anexo XV, na página 135), protegendo-o com disjuntores a montante e a jusante para

cada periférico como de resto já existe parcialmente. Se alguma fonte falhar, surge um alarme

genérico, senão, as restantes (várias), asseguram a carga.

As vantagens recorrentes da alteração, além das que foram anteriormente evidenciadas, são a

garantia da diminuição da probabilidade de avaria, diminuição da periodicidade sistemática e

preditiva, diminuição do número total de fontes, podendo reutilizá-las em várias aplicações isoladas do

MCS que não têm fonte redundante.

Esta proposta de alteração prevê-se que seja autorizada e elaborada durante o ano de 2012, com

custos reduzidos de material, mas com significativa ocupação dos técnicos da área, devendo ainda ser

implementada de forma progressiva, ao longo das paragens planeadas, com prioridade para a Zona de



53

Formação e Prensas, porque uma eventual avaria nestas áreas processuais tem um efeito mais

penalizador devido à demora de encaminhamento do papel72 desde o inicio da máquina.

3.4.6.4 Outros trabalhos de optimização

3.4.6.4.1 Optimização das válvulas Module-Jet:

As válvulas Module-Jet ilustradas no Anexo XVII na pág. 136 estão localizadas na caixa de

chegada da máquina, numa zona húmida e têm a missão de controlar o perfil de gramagem do papel

através do controlo de caudal de água branca, com elevado teor de cargas minerais (PCC73

).

Estão montadas 143 dessas válvulas que exigem muita manutenção devido ao atrito e desgaste,

acrescendo que o kit de reparação é dispendioso. O problema principal reside no desgaste dos

retentores e em consequência, a passagem de líquido para a caixa dos componentes electrónicos.

A solução foi simples. Residiu apenas em colocar um acessório para o ar de selagem, alterar os

vedantes por um modelo diferente e estabelecer um plano periódico de colocação de spray lubrificante

na haste da válvula.

A substituição é feita apenas em paragem planeada e estima-se que leve vários meses para

efectivar a substituição integral. Existem 6 válvulas de reserva para adaptação e posterior permuta.

Nos meses de aplicação, esta experiência tem demonstrado excelentes resultados comprovados

por duas válvulas desmontadas propositadamente após a alteração e funcionamento durante 5 meses.

3.4.6.4.2 Segurança

Montagem de válvulas e sensores nos drenos dos rolos das duas Calandras (Anexo XIX na

pág. 136), para impedir derrame de óleo quente sobre os Técnicos de Manutenção durante a

substituição não planeada do Rolo NIP-Correct das Calandras. Processo decorrente de um

“quase-acidente74”.

As válvulas serão fechadas antes de desligar os acessórios rápidos evitando que o óleo a 57ºC se

derrame sobre o Técnico de Manutenção. O sensor ligado ao MCS impede o arranque da Calandra no

caso de esquecimento na manobra da válvula, permitindo ainda a informação da posição numa página

da consola de operação e evento de alarme.

3.4.6.4.3 Ambiente

Construção de um tanque de retenção de óleo em torno dos armários das válvulas hidráulicas das

Calandras (Anexo XVIII na pág. 136), para impedir que um derrame acidental de óleo possa ir para o

72

Encaminhamento do papel – processo operativo de guiar a tira e a folha de papel ao longo do percurso pré-

estabelecido e sinuoso até chegar ao Enrolador. 73

PCC – Produto mineral de base calcária conhecido no meio papeleiro como “cargas”. 74

“Quase-acidente” – processo que sobressai de um acontecimento que podia resultar de facto em acidente.



efluente antes de ser detectado. Também impede que esse óleo no chão possa promover o perigo de

alguém escorregar. O depósito tem o volume suficiente para reter o óleo até que surja o alarme de

nível baixo no tanque de serviço.

3.4.7 Conclusões

O MCS é uma área técnica chave do processo de condução e manutenção da máquina de papel.

Está no pacote global do fabricante e por isso, contribui directamente para a eficiência dos métodos e

sequências funcionais da arte de fazer papel (“papermaking”).

Há sequências e condições de funcionamento extremamente complexas. Não é simples decorar

nem encontrar um método eficaz fora das imagens dinâmicas das próprias consolas de operação, pelo

que, melhorando a sua apresentação, implementando janelas rápidas de ajuda, colocando o estado

lógico dos equipamentos e implementando tendências gráficas das variáveis, contribui-se para a

operacionalidade e eficiência.

Algumas acções também contribuíram para a melhoria técnico-operativa de alguns subsistemas

processuais (fundamento do tema do Estágio), que se desenvolveram à medida que o estudo e as

solicitações iam surgindo, tendo sempre como alvo a eficiência, a rentabilidade e a melhoria de

competências técnicas dos elementos envolvidos, especialmente se é rara a oportunidade para

aprofundar as especificidades dos PLCs, PCS7 e WinCC, como é o caso dos TCPs de Turno.

Estas acções permitiram ainda promover melhoramentos nas áreas em que a Empresa é

certificada, especificamente nos cuidados com o Ambiente e no reforço da Segurança dos

colaboradores, designadamente, através das acções envolvendo o óleo das Calandras.

Para o Estagiário, foi mais uma oportunidade para adquirir competências de polivalência na área

da automação, concretamente na solução integrada total do chamado DCS da Siemens.



55

4 Tema III: Análise de um sistema de bombagem

com um motor assíncrono com e sem VEV

(Variador Electrónico de Velocidade)

4.1 Introdução

Os sistemas de bombagem com motores de indução controlados através de VEVs75

têm merecido

a atenção da indústria e o incentivo das entidades oficiais, tal como é comprovado pelo programa

PPEC 2011-201276

[16]. O objectivo é que na indústria e agricultura se adoptem as medidas propostas,

seja pelo incentivo directo do financiamento por parte dos Operadores envolvidos, seja pela conclusão

que há efectivamente retorno ao investimento devido à diminuição significativa da energia consumida,

melhorando o factor de potência e ainda contribuindo para a sustentabilidade com a diminuição dos

GEEs77

.Equation Chapter (Next) Section 1Equation Chapter (Next) Section 1Equation Chapter (Next) Section 1Equation Chapter (Next) Section 1

Como é do conhecimento comum da área, a montagem de um VEV também tem algumas

desvantagens, destacando-se, o aumento de harmónicas nos barramentos, influência electromagnética

nos equipamentos e circuitos adjacentes, cuidados redobrados com o aquecimento de motores,

transformador [17] e cabos e a diminuição do ciclo de vida dos motores devido a sobretensões e

vibrações nos rolamentos causados pelas correntes de modo comum [18].

O interesse pelo tema no âmbito deste Estágio foi estimulado por duas razões: a primeira razão

surge porque merece ao aluno um interesse especial associado ao facto do plano curricular do

MACSE78

incluir esta temática em várias unidades curriculares; a segunda razão surge pelo desafio de

tentar comprovar que as premissas evidenciadas nos parágrafos anteriores têm de facto base de

sustentação teórico-prática no caso particular de uma indústria, em particular numa fábrica de papel,

contribuindo para a eficiência energética e a sustentabilidade.

A estratégia foi projectada para a realização em várias fases a abordar nas Secções seguintes.

75

VEVs – Variadores Electrónicos de Velocidade (na Soporcel adoptaram o nome de “Drives”). 76

PPEC 2011-2012 – Plano de Promoção para a Eficiência Energética para 2011-2012 [16]. 77

GEEs – Gases de Efeito de Estufa. 78

MACSE – Mestrado de Automação e Comunicações em Sistemas de Energia.

Capítulo 4 - Análise de um sistema de bombagem com um motor assíncrono com e sem VEV


Fig. 42 - Bombas e motores do tanque de quebras secas.

4.2 Fase 1: Verificação da existência e escolha de um caso aplicável

Sem a certeza de se poder finalizar na prática todo o processo, o que iria obrigar a encontrar

resultados em casos de estudo similares efectuados por terceiros, analisaram-se as condições

processuais, consultaram-se os colegas da Produção e principalmente foram revistas as dificuldades

crónicas dos sistemas que pudessem ser alvo deste estudo.

Entre os casos possíveis e após análise sustentada por vários critérios, a escolha recaiu no sistema

de Bombagem de Quebras Secas ilustrado nas Fig. 41, Fig. 42 e no Anexo XX na pág. 137.

Os motivos dessa escolha são sustentados pelas múltiplas condicionantes que a Fig. 43 ajuda a

entender e que se baseiam nas seguintes características:

Existe um sistema em que uma das bombas centrífugas é de 195 litros/s a 65 mWg, accionada

por um motor de indução de 400V, 160 kW e velocidade não controlada, de 1485 RPM. À

partida, com uma potência significativa, sendo um bom exemplo no âmbito do presente estudo;

O caudal é controlado em anel fechado com o nível, através da abertura de válvulas

automáticas, cujo índice de abertura interfere com a eficiência do sistema;

Este processo está dentro dos critérios da ADENE-TI_1 segundo o PPEC 2011-2012 [16] e

enquadrável nos motores com potência entre 55 a 160 kW, com o número mínimo de horas de

funcionamento anual e a perspectiva de redução da energia em 25% [16] [19];

Ocorre frequentemente as válvulas estarem totalmente fechadas ou com a abertura média

reduzida (cerca de 17%), factor de diminuição do rendimento global da bomba, verificável na

Fig. 49 na pág. 62.

Quando o nível sobe demasiado num espaço de tempo curto, o controlo coloca a válvula a

40% (parâmetro programado) e arranca uma segunda bomba de 555 litros/s a 65 mWg

accionada por um motor de 6 kV, 630 kW. Este motor está limitado a realizar apenas 2

arranques por hora. O limite a 40% foi colocado após o start-up, porque o motor entrava em

Fig. 41 – DCS: Tanque de quebras secas [59].



57

sobrecarga. Durante o decorrer do Estágio constatou-se que está subdimensionado para a

função (é visível na curva da simulação efectuada em ambas as aplicações Scanpump e Pipe

Flow Expert, descrita na Secção 4.4, ilustrada na Fig. 49 (pág.62) e Anexo XXV (pág.140);

Devido ao facto do VEV disponibilizado ser de 690V, há que comprovar a possibilidade de

mudança da alimentação do motor com a consequente alteração dos shunts na sua caixa,

passando de triângulo (Δ) para estrela (Y).

Pelas fórmulas: (4.1), (4.2), (4.3), verifica-se que se o motor estava ligado em triângulo a 400

V, em estrela poderá ser ligado a 690V, coincidindo com as suas características e com a

disponibilidade energética existente num MCC79

para esse nível de tensão e potência, com um

número reduzido de cargas a alimentar, tal como se descrimina na Secção 4.10.2.2 na pág.83.

3* * * cosl l

YP U I

3* * * cosl lP U I (4.1)

l f

YI I

400 3

Cf

Y

UU V 690l C

YU U V (4.2)

3 *l fI I 400l CU U V 400l CU U V (4.3)

Há a possibilidade de usar um VEV da ABB de 400 kVA (Fig. 44), que está inactivo há vários

anos devido a uma alteração processual. Este VEV pode ser utilizado com o motor em estudo

de 160 kW, contudo, está sobredimensionado, permitindo futuramente uma substituição do

motor por outro com potência superior, i.e. 200, 250 ou no limite de 315kW;

79

MCC – Motor Control Center (terminologia Inglesa adoptada na Soporcel referente ao centro de distribuição

de energia para motores).

Fig. 44 - VEV de 400 kVA - (ACS 600 da ABB). Fig. 43 – Proposta da alteração da bombagem 1

26 m

5 m

Distância da bomba ao

cimo do Silo:323 m



Fig. 45 – Recolha de informação com analisador de energia, LEM (antes da alteração).

Há duas opções a serem analisadas e que no fundo é um desafio no âmbito deste estudo:

1) Manter o mesmo motor privilegiando a eficiência energética (cerca de 90% do tempo de

funcionamento), em vez do funcionamento em períodos de “quebra de papel”, comprovado

pelas tendências ilustradas no Anexo XXVI na pág.140;

2) Investir num motor de maior potência com o inconveniente dos custos da sua aquisição e

da aquisição de um novo impulsor para a bomba para garantir uma maior capacidade em

momentos de quebra da Máquina de Papel (condição que envolve maiores débitos e rápida

reacção ao controlo de nível), mas com o inconveniente de aumentar a taxa: Pmotor/Pnecessária,

diminuindo a eficiência do sistema.

4.3 Fase 2: Recolha prévia de informação das variáveis relevantes

Antes de efectuar a alteração, foram efectuados vários e repetidos registos nas diversas condições

processuais de forma a não haver dúvidas da sua representatividade.

Assim, foram guardadas as tendências das variáveis fundamentais, designadamente, o nível,

abertura de válvulas automáticas, saída do controlador, corrente dos motores, factor de potência, forma

de onda, componente harmónica e pressão na linha.

A Fig. 45, ilustra a forma como se obtiveram outras variáveis importantes, adquiridas através do

analisador de energia80

, designadamente as variáveis eléctricas do motor, potência, corrente, factor de

potência, distorção harmónica e formas de onda da tensão e da corrente.

80

Analisador de Energia – Marca: LEM; Modelo: Analyst 3Q.



59

Com base na figura no Anexo XX na pág. 137 para facilitar o entendimento e observando as

tendências apresentadas no Anexo XXIII na pág.140, realça-se que o controlador de nível limita a

abertura da válvula automática localizada a jusante da bomba 1142 para que não abra além de 40%,

impedindo com isso a sobrecarga do motor. A imposição deste limite deve-se a acontecimentos

anteriores, designadamente o disparo do motor por sobrecarga, que levou os Técnicos de Manutenção

a ter optado por esta estratégia. Essa sobrecarga era a consequência da subida da potência acima do

nominal do motor devido ao aumento de caudal, como se depreende na simulação da Fig. 49, na

pág.62.

Para as condições processuais na fase de análise, a potência medida é de 138 kW com a válvula a

40% e 86,6 kW com a válvula a 0%, i.e. toda fechada. Para estimar a carga da bomba centrífuga foram

efectuadas análises da consistência da pasta de papel recolhidas no momento em que se efectuou o

registo e o valor era de 2,8% para ambos os casos não sendo elevada e estando dentro do intervalo

projectado.

Ao nível do processo fabril era importante conhecer a pressão real à compressão da bomba

centrífuga. Numa pequena paragem da instalação, foi soldado um acessório e montado um manómetro

à compressão da bomba (Fig. 46), que permite converter os valores entre 6,2 a 6,6 Bar para cerca de

62 a 66 metros de coluna de água [20].

A importância desta medida é relevante, uma vez que permite calcular a pressão necessária para

deslocar o volume pretendido naquelas condições processuais, simultaneamente comparar esses

valores no programa de simulação e obter as curvas características para o tipo de bomba usada, como

ilustrado pelo gráfico da Fig. 49 na pág.62.

Este trabalho foi efectuado porque a conduta é longa e nos projectos deste tipo é frequente

considerar o fluido de pasta de papel a baixa consistência idêntico ao fluido de água, mas na realidade

a pasta oferece maior atrito devido à sua viscosidade. Assim, os valores da pressão do manómetro

podem ajudar a entender o desvio do valor real relativamente ao valor calculado com base no desenho

isométrico e das dimensões das condutas.

No processo em curso houve necessidade de saber qual era a pressão máxima que se iria obter no

circuito de pasta, garantindo que a pressão de 8 Bar e o correspondente caudal da água de selagem

Fig. 46 – Manómetro instalado à compressão da Bomba 1142.



eram suficientes para o empanque da bomba. Ficou garantido, porque nunca se recolheram valores

superiores a 6,6 Bar e apenas quando a Bomba 2 funcionava.

Foi consultada diversa documentação de arquivo [21], como o exemplo na Fig. 47, permitindo

assim, conhecer o comprimento, o diâmetro da tubagem e especialmente a altura do silo (26 m),

permitindo estimar a coluna hidrostática e a velocidade mínima da bomba para conseguir um caudal

nulo, evitando o retorno da pasta ao tanque de alimentação, uma vez que não é usual aplicarem-se

válvulas de retenção em condutas de pasta.

Para estimar o caudal médio envolvido no processo usaram-se os parâmetros de projecto.

Considerou-se a produção horária máxima de 65 toneladas de papel produzido na máquina, com

grau de secura teórico de 100%. Em quebra, a diluição desse papel com água branca81 nos pulpers82

altera fisicamente o produto para uma pasta de papel liquida à consistência de 3%. Assim, calcula-se o

peso dessa massa que o pulper terá de transferir por cada hora que permanecer em quebra:

Peso do papel a transferir por hora em quebra: (4.4)

Onde: T - peso de papel e água total a transportar por hora (em toneladas);

P - produção horária da máquina de papel (em toneladas);

C – consistência da massa de papel (em %).

81

Água branca – água de diluição utilizada no processo papeleiro, contendo resíduos de PCC e de papel. 82

“Pulpers” – nome atribuído aos desintegradores de papel através de água de diluição e agitação.

Fig. 47 – P&I da instalação [21].



61

Obtém-se:

(4.5)

O que corresponde ao caudal volumétrico de 2.166,7 m3/h (supondo a massa volúmica de 1

kg/dm3). Doravante, será este o valor de referência para os restantes cálculos, reconhecendo desde já

que a bomba em estudo não tem capacidade para a condição de “quebra na PM2”.

4.4 Fase 3: Cálculos de potência hidráulica e potência motriz

A partir dos dados obtidos na secção anterior é possível calcular a potência hidráulica da bomba

centrifuga e por conseguinte, a potência necessária do motor.

Segundo o projecto SIP800 [21], o tipo de bomba referida daria para 540 m3/h a 65 mWg e as

curvas da bomba para este tipo de impulsor num arquivo de documentação, perspectivavam 700 m3/h

a 65 mWg e uma potência ao veio de 170 kW (superior à potência do motor instalado que é de

160 kW). Daí um motivo de ter sido limitada a abertura da válvula a 40%, evitando o disparo térmico.

Para confirmar o dimensionamento, foi efectuado o cálculo das diversas potências envolvidas:

hidráulica, motor e a potência no veio, tal como se ilustra na Fig. 48.

Pelas fórmulas [22]:

(4.6)

(4.7)

Onde: Ph → potência hidráulica (kW)

Pv → potência no veio (kW)

q → caudal (m3/h)

ρ → densidade do fluido (kg/m3)

g → gravidade (m/s2)

h → altura da coluna hidrostática (m)

η → eficiência da bomba

Fig. 48 – Montagem típica de uma bomba centrífuga acoplada a motor de indução [23].



Obtém-se a potência hidráulica:

E a potência aplicada ao veio de accionamento da bomba (considerando como aceitável nesta

fase do cálculo o rendimento de 73% segundo a Fig. 49):

Para as potências nominais standard dos motores eléctricos e considerando uma margem de

segurança, seleccionar-se-ia um motor com a potência de 200 kW (potência útil no veio do motor) e

uma potência eléctrica nominal dependente do rendimento do motor, mas algo que em regime

processual estabilizado e no consumo nominal estará na ordem dos 222 kW para um rendimento de

90% (Pv/ηm), supondo um motor que não tem características de alto rendimento, ou que pode ser

substituído por motores de reserva, reparados ou mesmo rebobinados, sem garantia de ficarem com a

mesma performance.

Para confirmar os cálculos anteriores, simularam-se as condições processuais para o tipo de

bomba utilizada através do software ABSEL Pro [23], obtendo-se o gráfico apresentado no Anexo

XXIV (pág.140). Os resultados obtidos confirmam valores muito semelhantes aos calculados por (4.6)

Fig. 49 – Simulação a diversas frequências, (velocidades) [23].

- Constata-se que à medida que a

frequência e velocidade diminuem a

capacidade elevatória da bomba é

inferior e a potência e o rendimento

global são afectados.

Visível que a 50 Hz, se a compressão da

bomba estiver fechada por uma válvula,

temos:

A pressão ronda os 7,4 Bar;

A potência hidráulica é cerca de 80 kW;

O rendimento é nulo;

O caudal é nulo;



63

e (4.7), sendo de realçar as curvas na Fig. 49, a várias velocidades, para as frequências do motor a 20,

25, 30, 40 e 50Hz, com o objectivo de prever a pressão e a potência necessária nessas condições.

O resultado é muito interessante, permitindo antecipar e confirmar a situação que se de facto se

controlar a velocidade do motor com um VEV há redução significativa da energia ao usar apenas a

necessária para bombear o caudal pretendido, com a vantagem de o realizar a pressões menores e a

velocidades inferiores.

Outro resultado obtido e fundamental foi a velocidade mínima da bomba para garantir a pressão

equivalente à coluna hidrostática de cerca de 26 mWg, para evitar o retorno do fluido ao tanque de

origem, aumentando novamente o nível e a consequente re-bombagem.

Na fase de cálculo apenas se pode prever o valor desta potência, mas só após o comissionamento

e as alterações efectuadas o valor real será conhecido, até porque o nível do tanque tem influência

devido à coluna hidrostática a montante da bomba. À partida estima-se que rondará as 800 RPM para

um caudal nulo e uma potência de 20 kW no veio da bomba. Recorde-se que na situação inicial

a 50 Hz, 1485 RPM e com a válvula automática de controlo do nível completamente fechada a

potência eléctrica do motor era cerca de 80 kW.

Apenas por estes dados prévios é possível deduzir os enormes ganhos em energia que se irão

conseguir com a montagem do VEV a controlar o motor de indução.

4.5 Fase 4: Análise, verificação de existências e selecção de

equipamentos

Esta é uma fase que requer algum conhecimento das áreas e da Organização para tornar a

alteração o mais económica possível, porque a ideia é reutilizar o máximo equipamento existente e não

utilizado.

Não excluindo a possibilidade de se efectuar a compra de novos equipamentos, deve ser

analisada a possibilidade de se utilizar equipamento já existente, porventura desactivado, mas que não

deixa de ter um valor patrimonial e um custo residual que não é nulo, até porque serve de reserva de

componentes para os que estão em serviço.

A bomba e respectivo impulsor mantêm-se, pois garantem o caudal nas condições de trabalho da

recolha de pasta dos Pulpers da Bobinagem e Transformação, considerando um caudal médio de

rejeites nas ditas áreas de 40% da produção obtida em (4.5), cerca de 866,6 m3/h, podendo no limite

chegar aos 1000 m3/h

83 a julgar pela simulação da Fig. 49 (pág. 62), se houver coincidência dos ditos

Pulpers a enviarem em simultâneo a sua pasta para o tinão de quebras secas (caso de estudo).

83

1000 m3/h - caudal que a motobomba terá capacidade de bombear durante um determinado tempo.



Foi identificado um sistema desactivado desde 2006 com um VEV ACS 607 da ABB

(sobredimensionado mas aplicável no caso de estudo), um arrancador da Siemens de 630A que o

alimentava e o respectivo cabo de alimentação. Estes itens podem ser reutilizados, minimizando por

conseguinte os custos da alteração.

O motor eléctrico, embora seja apenas de 160 kW, irá ser suficiente para as novas condições

processuais em regime de não quebra. No regime de quebra de papel na PM2, reforça-se a bombagem

com a bomba existente em paralelo, que arranca acima de 75% do nível do tinão de quebras secas.

O motor pode ser ligado em triângulo a 400V ou em estrela a 690V, tem classe de isolamento F84

,

isolamento reforçado e rolamento isolado no lado do contra-ataque tal como é regra da Empresa.

Com as características referidas, a Empresa garante, por critérios de qualidade superior a

intermutabilidade entre os motores da mesma marca/modelo85

, independentemente da área fabril ou do

tipo de controlo (com ou sem VEV).

O cabo de alimentação do motor mantém-se em serviço porque se verificou que tem as

características mínimas para uma saída de potência de um VEV, isto é, tipo XHOV/XOV86

[24] [25].

Concluiu-se da necessidade de passar cabos de sinais analógicos e digitais entre o DCS e o VEV

e anexar os mesmos aos I/O’s87

respectivos. Esta ligação é provisória. No futuro o controlo e

monitorização serão garantidos pela rede Interbus existente, mas devido a condições processuais que

afectariam outros motores que não podem parar e que estão ligados a essa rede, a alteração só poderá

ser efectuada numa paragem anual (Janeiro de 2012).

Devido à alteração do local da alimentação, o anterior MCC17 (400V) fica menos carregado, já

tem anexado algumas dezenas de motores e o MCC21 (690V) e o respectivo transformador EFACEC

de 15kV/690V, Dyn1188

de 3,15 kVA, possui ainda muita disponibilidade, pelo que a alteração acaba

por trazer vantagens através de uma melhor distribuição da energia. No entanto, será expectável a

diminuição da qualidade de energia do MCC 21, pois a distorção harmónica total (THD89

), será

prejudicada pelas características inerentes ao próprio VEV [26]. Esta particularidade é uma das

desvantagens desta alteração, esperando-se efectivamente que o índice THD esteja próximo dos

limites recomendáveis pelas EN 50160 [27] [28].

Pela desactivação dos equipamentos em funcionamento antes da alteração foi tornada como

reserva o arrancador da montagem antiga de 160 kVA e respectivo espaço no MCC17.

84

Classe de isolamento F – (definição das temperatura máximas, no caso Tmáx.=155ºC). 85

Marca/modelo – termo interno c/ número atribuído e que relaciona a reserva associada ao equipamento-tipo. 86

“XOV e XHOV” – código de cabo que reflecte o tipo de ecrã de protecção [25]. 87

“I/O’s” – Terminologia para o hardware de entradas e saídas dos sistemas de controlo. 88

Dyn11 – Codificação do Transformador de Potência indicando as seguintes características: primário em

triângulo (D), secundário em estrela (y) e com neutro (n) e desfasamento de -30º no secundário (11) [40]. 89

THD – Total Harmonic Distortion.



65

4.6 Fase 5: Alteração e actualização de documentação

A documentação, como ilustra a Fig. 50, é uma ferramenta chave num sistema fabril e

recomenda-se o esforço para a manter actualizada.

Para efectivar a alteração é necessário fazer o levantamento das condições de funcionamento,

soluções técnicas e dispositivos e equipamentos necessários. Essa tarefa implica seguir sempre que

possível filosofia idêntica à que está em vigor de forma a facilitar o entendimento de quem consulta a

documentação e ainda permitir a sua integração nos ficheiros e dossiers existentes e distribuídos pelos

locais estratégicos, pelas estruturas internas interessadas, entre as quais a Sala de Desenho, onde está

depositado o chamado “Master Documentation”.

4.7 Fase 6: Cuidados de segurança durante a execução das tarefas

Alguns trabalhos foram executados durante a laboração fabril, tais como a passagem de cabos e a

montagem do VEV. Outros obrigaram ao corte de energia sendo relevante a componente de segurança,

pois requer alguma concentração por três motivos fundamentais:

A segurança dos recursos humanos envolvidos nas tarefas de

medição, desmontagem e montagem dos cabos de potência,

cabos de sinal, equipamentos de controlo e comutação,

garantindo a consignação como ilustra a Fig. 51;

O planeamento e o cuidado necessário na intervenção

garantindo que os equipamentos em funcionamento não

param levando à perda de produção;

A preservação do bom estado dos equipamentos e outros

recursos materiais durante a sua manipulação, o transporte e

montagem, garantindo posteriormente a sua funcionalidade. Fig. 51 – Consignação de Segurança.

Fig. 50 – a) Esquema inicial; b)-Esquema alterado (esboço). a alterar

VEV ACS 607

Esquema original

Esquema alterado

(enviado à Sala de

Desenho)



4.7.1 Intervenção no variador electrónico de velocidade (VEV)

Foi necessário desmontar o VEV de 400 kVA outrora desactivado, transportá-lo para outra sala

eléctrica e consequentemente efectuar a sua remontagem, concebendo as ligações de potência e

comando, complementando-se com a parametrização para a nova aplicação.

Como o motor é apenas de 160 kW, requer particular atenção a sua potência com valor

significativamente abaixo do valor nominal do VEV. No futuro, o motor poderá até ser

redimensionado até 250 kW, no limite e em óptimas condições até 315 kW. Recorde-se a anterior

demonstração (Secção 4.4, pág.61), que o motor terá sido subdimensionado no projecto inicial para as

condições daquela aplicação. No entanto, a ideia é rentabilizar a faixa de trabalho correspondente à sua

capacidade e não recorrer a custos desnecessários.

A cablagem de controlo e monitorização ligada com o DCS foi passada de novo, porque o MCC

é outro, mas os I/O’s são os mesmos, acrescidos de sinais analógicos da referência de velocidade e do

feedback da potência do motor.

Um cuidado que se deve ter em consideração e foi, é a confirmação se as fontes de alimentação

do DCS e VEV estão referenciadas à terra, porque há casos em que os sinais de entrada num

foto-acoplador podem necessitar do retorno pela massa da carta que se espera referenciada ao pólo

negativo da fonte DC. No caso de não estarem referenciadas teria sido necessário isolar os sinais com

relés de contacto livre.

A cablagem de potência requer cuidados redobrados, especialmente na passagem para o interior

do VEV e na ligação das malhas (Fig. 52), situação que será analisada com maior detalhe na

Secção 4.7.2, antecipando-se no entanto a preocupação de garantir que tudo está adequadamente

ligado à terra inclusive as portas e toda a infra-estrutura metálica, seguindo a recomendação do

fabricante do VEV [29].

Fig. 53- Painel do VEV (ACS 600).

Fig. 52 – Ligação da malha dos cabos.



67

Fig. 54 – Recomendações e requisitos da instalação [29].

O controlo do motor será em modo DTC90

, limitando a corrente e o binário a 105% dos seus

valores nominais, permitindo no entanto que a referência de velocidade esteja no intervalo entre os

700 e 1766 RPM para garantir que a 75% do controlador de nível (quando começa a abrir a válvula

“B” da segunda bomba), se atinjam as 1500 RPM. Esta rotação será no entanto difícil de obter devido

ao limite imposto pelos parâmetros da corrente e binário.

Durante a paragem da instalação e após inserção manual dos parâmetros de “startup” através do

painel de operação (Fig. 53), é efectuado o “ID Run”91

com a bomba desacoplada, garantindo assim

que o VEV adquire automaticamente através de uma macro específica, os diversos parâmetros

intrínsecos e as características do motor da aplicação real, tais como o momento de inércia, atrito,

fluxo e rendimento, por forma a poder optimizar o seu controlo [29] em regime de produção. Este

“start-up” permite que o utilizador aceda a variáveis do motor, tais como a potência mecânica no veio.

O fornedor do equipamento, a ABB, fornece opcionalmente o equipamento com a marca CE,

cumprindo as directivas EMC e EN, i.e., as disposições da European Low Voltage e as Directivas

EMC: a Directiva 73/23/EEC (emendada pela 93/68/EEC), a Directiva 89/336/EEC (emendada pela

93/68/EEC), a EN 61800-3 e cumprindo a Directica EMC para as redes industriais de baixa tensão,

redes públicas de baixa tensão e redes IT [29]. No caso do exemplo aplicado e pela sua placa de

características, o VEV possui os chamados filtros dv/dt na saida para os cabos de saída para o motor.

4.7.2 Cablagem de Potência

Nos circuitos com conversores de frequência, o tipo e acondicionamento da cablagem deve

cumprir as recomendações do fabricante do VEV (Fig. 54) [29], procedendo de acordo com as

medidas que minimizem os efeitos de condução e radiação do cabo nos equipamentos que lhes são

directamente ligados, ou nos sistemas vizinhos [30].

90

DTC – Direct Torque Control1. Filosofia patenteada no controlo de motores de indução e que é muito usada

pela ABB Drives. 91

“ID Run” – Função seleccionada de auto parametrização do VEV durante os testes com o motor desacoplado.



Fig. 56 – União provisória.

Os dois cabos de alimentação do VEV, com cerca de 15 metros e do tipo XOV de 3*120/70 [25]

(Fig. 55), são reaproveitados de uma outra aplicação desactivada, pelo que apenas se teve custo na

tarefa de desmontagem e posterior montagem.

O cabo de saída para o motor, embora não seja o modelo óptimo, mantem-se o mesmo uma vez

que tem as recomendações mínimas do fabricante do VEV e é aquele que tem sido frequentemente

aplicado no centro fabril. É do tipo XOV de 3*240/120 [25], com cerca de 68 m, está

sobredimensionado por critérios do projecto inicial, permitindo por isso o aumento de potência do

motor, caso se queira realizar esse aumento no futuro. Para um cabo acima de 70 m, o manual do VEV

recomenda a consulta ao fabricante [29].

Por questões de dificuldade de recondicionar o caminho do cabo, que se estima que leve cerca de

12 horas, como a instalação não pode estar desactivada tanto tempo, decidiu-se realizar uma união

entre os cabos (Fig. 56), até à próxima paragem anual de Janeiro de 2012. Além disso, esta opção

permite retomar a aplicação original num curto espaço de tempo no caso de algum imprevisto durante

o comissionamento e start-up.

Essa tarefa exige um cuidado especial na sua concepção e instalação devido aos valores elevados

da corrente e a garantia que o ecrã metálico se mantém com as características protectoras.

Durante o funcionamento, em regime de maior carga, estabelece-se a rotina de monitorização da

temperatura com a câmara termográfica, salvaguardando assim a qualidade das uniões. O efeito da

capacitância e da indutância é significativo em aplicações com tecnologia PWM com dispositivos de

comutação extremamente rápida como é o caso dos IGBTs (na ordem dos nano segundo [31]) usados

nos VEVs de última geração, cuja frequência de comutação base é 3 kHz, sendo parametrizável [29].

Em condições especiais em que se possam prever dificuldades (não é o caso de estudo), pode-se

estimar a capacidade por fase através da simplificação da associação das capacidades [24]. Para

facilitar o raciocínio, elaborou-se a ilustração demonstrada na Fig. 57.

Fig. 55 – Pormenor do ecrã metálico.



69

Partindo da premissa que há simetria dimensional entre todos os componentes, legendados como:

Cx0 C10=C20=C30 → Capacidades entre cada fase e o ecrã metálico;

Cx C1=C2=C3 → Obtidas na transformação triângulo-estrela a partir das

capacidades entre fases: C12=C23=C31=Cxy.

Considerando então a descrição no parágrafo anterior, chega-se à simplificação da

capacitância de cada condutor, dada por [24]:

(4.8)

Importa referir que na escolha dos cabos e nos cuidados de montagem cumpriram-se as

recomendações do fabricante do VEV, mas para melhor esclarecimento, consultou-se alguma

literatura e documentos técnicos disponibilizados via Internet, alguns dos quais irão ser referidos

seguidamente.

O comprimento do cabo é um factor a tomar em consideração uma vez que a capacitância e a

impedância dependem do comprimento. Se a linha não estiver adaptada à carga ou à fonte haverá onda

reflectida [31]. Este fenómeno cria condições de sobretensões significativas aos terminais do motor

que podem originar micro-roturas de isolamento, especialmente nas primeiras espiras, ou até o efeito

de corona entre os terminais e a carcaça resultando em avarias, a diminuição do ciclo de vida e na

substituição precoce [31].

Para minimizar o problema dos cabos em função das suas características e comprimento, é

possível calcular e aplicar filtros passivos RLC com o objectivo de evitar a sobretensão aos terminais

do motor e em simultâneo o efeito das correntes de modo comum [32], tal como ilustra a Fig. 58, em

que a tensão não sobe mais do que 1,5 que o valor nominal.

Fig. 57 – Esquema simplificado da capacitância no cabo (a azul é a resultante Triângulo – Estrela)

Ecrã metálico

(formado por fios

e fita de cobre)



Fig. 61 – Capacitâncias numa instalação com

VEV e motor de indução [31].

Fig. 58 – Coeficiente da tensão reflectida em função da

frequência (e resistência do filtro RLC [32]).

Fig. 60 – Estimativa de VPK e dv/dt em função do

comprimento do cabo (com e sem filtro) [29].

No entanto, como o VEV tem a opção do chamado filtro dv/dt para atenuar o efeito das correntes

de modo comum e como o cabo é menor que 70 metros, este estudo foi dispensado (no caso de ter

mais que 70 m o fabricante sugere ser contactado [29]).

O filtro dv/dt impede elevadas transições da corrente em consequência da capacidade do cabo e

da rápida comutação dos IGBTs, da ordem dos nano segundos (ns). Um exemplo típico do efeito da

comutação pode ser observado na Fig. 59.

Para o exemplo de uma tensão do barramento de 950 VDC e para um tempo de comutação

efectivo de 200 ns [31], no caso de não possuir filtro, teríamos nesse intervalo um valor extremamente

elevado para a razão de variação da tensão dada por:

(4.9)

Para se ter a noção da importância dos filtros dv/dt em função do comprimento do cabo, o

fabricante fornece um conjunto de gráficos que se ilustram na Fig. 60.

Fig. 59 – Exemplo de efeito de filtro dv/dt [31].



71

É visível na Fig. 60, que os níveis de tensão podem atingir valores elevados, especialmente sem

filtros e com cabos de menor comprimento e que esses valores podem danificar os motores. No caso

prático em estudo o cabo tem cerca de 68 m e são utilizados filtros dv/dt.

A capacitância do sistema não está apenas no cabo de potência. As capacidades parasitas são

distribuídas por toda a instalação, tal como sugere a Fig. 61 [31], designadamente entre a terra e os

demais componentes, i.e., a linha de alimentação, os enrolamentos do motor, cabo de entrada, cabo de

saída, componentes electrónicos, etc.

Associado à capacidade parasita está a corrente de modo comum, do Inglês common mode

currents ou c.m.c, que flui especialmente na malha de terra criando diferenças de potencial ao longo

do circuito podem ser minimizadas usando cabos com ecrã metálico na alimentação do VEV e na

saída deste para o motor.

Esta corrente depende assim da capacitância do circuito e do transitório da comutação, que

podemos avaliar da sua importância pela fórmula [31]:

(4.10)

A circulação da c.m.c. na malha do circuito pode criar diferenças de potencial de valor distinto ao

longo de todo o circuito, especialmente se os cabos de potência não possuírem um bom ecrã metálico,

como ilustra a figura superior no Anexo XXI (pág.138). A diferença de potencial depende do

comprimento do cabo e das suas características, que pode ser estimado pela fórmula [31]:

(4.11)

Considerando a instalação com cabos de potência com ecrã metálico, i.e. blindados, a c.m.c. é

dividida, mas acima de tudo tem um caminho preferencial controlado pelo utilizador, minimizando os

diversos potenciais da malha global tal como se ilustra no Anexo XXI (pág. 138). Daí que na

montagem do caso em estudo se tenha tido alguma preocupação com a instalação deste tipo de

cablagem e até com a distância para os cabos de sinal e comunicação passados em esteiras vizinhas.

Sabe-se pela literatura divulgada anteriormente e pela documentação do fabricante do VEV que

os efeitos das correntes parasitas (c.m.c.), influenciam directamente sistemas vizinhos através da sua

condução nos circuitos em malha fechada, mas além deste fenómeno há que considerar o ruído

reflectido e irradiado pelo cabo, que se comporta como uma antena [31]. Estes fenómenos surgem a

frequências elevadas, na ordem dos MHz.

Não havendo nenhum equipamento à disposição para detectar o nível de radiação, foi feito o

levantamento dos sistemas que poderiam ser afectados e foi planeado que se verificasse se havia

influência negativa assim que se ligasse energia para o VEV. Os cuidados foram tidos na rede geral de

Profibus dos PLCs, rede Interbus da ligação de outros VEVs com o DCS e a rede Ethernet Industrial.

Nada de anormal e perseptível foi detectado nessas redes, no entanto desconhece-se exactamente

qual o nível de interferência e se a margem de segurança está próxima de ser comprometida. Contudo,



esta dificuldade teve a vantagem de alertar a equipa para a necessidade de procurar no mercado

dispositivos adequados para este tipo de ensaios, pois há internamente a consciência de uma utilização

crescente de variadores electrónicos de velocidade no controlo processual.

4.7.3 Motor de indução: características fundamentais e cuidados com as

suas ligações

O motor utilizado é do fabricante EFACEC e de 160 kW tal como já foi referido anteriormente.

Cumpre as exigências do projecto inicial cuja estratégia assentava na premissa que todos os motores

adquiridos deviam estar preparados para funcionar sem e com variadores de velocidade, uma vez que

as reservas são comuns para as diversas áreas produtivas. No caso em estudo, o motor tem isolamento

reforçado, rolamento isolado de cerâmica no lado do contra-ataque, protecção IP56 e classe de

isolamento F (para 155ºC).

Para garantir a ligação adequada da malha do cabo foi substituído o bucim92 da caixa de ligações

por um modelo mais adequado, com anel cónico. Os shunts da caixa do motor foram alterados,

passando de triângulo para estrela, uma vez que a tensão base passou de 400 V para 690 V. A Fig. 62,

ilustra algumas das etapas do trabalho desenvolvido.

Uma das preocupações quando se coloca um motor a funcionar com um variador electrónico de

velocidade é a temperatura e a capacidade de auto arrefecimento através do ventilador montado no

lado do contra-ataque.

92

Bucim – Dispositivo que permite a entrada do cabo na caixa de ligações e que garante a vedação e o contacto

perfeito com a malha ou ecrã metálico (obrigatoriamente metálico nos motores com VEV).

Fig. 62 - Motor, caixa de ligações e bucim.



73

Fig. 64 - Imagem termográfica das bombas.

Em regime de baixa velocidade, a ventilação forçada é menor e se for demasiado reduzida com

binários resistentes elevados, a temperatura da carcaça sobe, exigindo que se instale um ventilador

suplementar, com os custos acrescidos resultantes. Nesta situação há que analisar o binómio custo

versus benefício, instalando um ventilador independente ou limitando a redução de velocidade. No

caso concreto, a velocidade mínima é definida pela necessidade de garantir a coluna hidrostática

correspondente à altura do silo, pelo que a ventilação mínima é garantida e foi confirmada à posteriori

através de imagens obtidas com a câmara termográfica (Fig. 63).

Na Fig. 64 verifica-se que quando a bomba 2 (de reserva e com maior capacidade) está em

funcionamento, se a válvula está fechada a temperatura sobe porque não há passagem de caudal, não

devendo permanecer demasiado tempo nesse regime por questões de segurança devido ao aumento de

temperatura.

Para precaver esta situação, foram monitorizadas as temperaturas em diversas condições

processuais, antes e após a alteração, tal como apresentado na Tabela 1.

Tabela 1 – Temperaturas na carcaça do Motor e no Transformador.

Concluiu-se com agrado que as temperaturas médias do motor baixaram significativamente,

inclusive em regime de maior velocidade. Esse facto surge pela temperatura da carcaça do motor já ser

inferior antes de partir para um regime de maior exigência. Como a permanência neste regime não é

muito longa, a energia calorífica acumulada ao longo do tempo é reduzida.

Data Hora Temperat.

Ambiente

Temperat.

Motor

Regime

(vel.)

Temperat.

TRAFO Observação

05/07/2011 9H30 21ºC 63ºC Fixo 45 ºC Em quebra (Válv. 40%)

06/07/2011 10H 20ºC 49ºC Fixo 46 ºC Válv. 10%

08/07/2011 10H 20,5ºC 52ºC Fixo 45 ºC Válv. 19%

12/07/2011 10H 19,5ºC 40,5ºC Variável (62%) 45 ºC Após alteração

14/07/2011 9H30 20,5ºC 39ºC Variável (55%) 45 ºC “

25/07/2011 11H 23ºC 42,5ºC Variável (70%) 46 ºC “

28/07/2011 10H 30ºC 45ºC Variável (90%) 49 ºC “ (Em quebra)”

Fig. 63 - Imagem termográfica do motor 1142.



No Transformador não se notou diferença na temperatura, até porque a carga não excede 60% do

nominal da sua potência. Para elevadas cargas associadas a VEVs é necessário considerar uma

diminuição da capacidade nominal tal como é exemplificado na Fig. 65 [17].

No VEV, os limites de velocidade e corrente foram previamente parametrizados para evitar

sobrecarga e aquecimento desnecessário.

Como precaução foi também acompanhado com mais assiduidade na manutenção preditiva de

análise condicionada das vibrações. Esta acção foi tomada com base na experiência e conhecimento de

casos práticos, mas também teóricos [33], na criação de estrias (fluting), nas pistas dos rolamentos. De

facto, a passagem das correntes de modo comum num rolamento pode criar micro arcos eléctricos nas

pistas e também nas esferas dos rolamentos, originando a diminuição do seu tempo de vida. De

momento não há qualquer informação de agravamento do motor em estudo, no entanto a vigilância

permanece assídua.

Uma outra preocupação com o motor é a sua capacidade de resistir a picos de tensão que podem

surgir no caso da indutância e a capacitância do circuito, nomeadamente do cabo, não estarem

adaptadas tal como referido na Secção 4.7.2. Neste caso pode surgir o fenómeno de ondas reflectidas e

ondas estacionárias [30] [34] e ainda, devido à indução mútua entre as bobinas [35], cuja influência ou

somatório em cada ponto do circuito pode provocar microrroturas de isolamento e o “efeito de

corona”.

As primeiras espiras da primeira bobina de cada fase são submetidas aos valores de tensão, pelo

que influencia o tempo de vida útil do isolante e por conseguinte a probabilidade da falha de

isolamento do motor, obrigando à sua substituição [36]. Contudo, seguiram-se as recomendações do

fabricante do VEV e os motores adquiridos pela Empresa desde 2000 terão de possuir isolamento

reforçado, por via de uma regra interna emanada por comunicação do DCEI93

01/2000, garantindo por

isso alguma tranquilidade.

93

“DCEI” – Departamento Interno da Área Eléctrica e Instrumentos (1999).

Fig. 65 – Desclassificação do Transformador em função das harmónicas [17].



75

Não foi possível realizar a obtenção de sinais na caixa do motor através de osciloscópio, porque

as regras de segurança interna da Empresa não o permitem, considerando que teriam que ser obtidos

com a caixa de ligações aberta exigindo a ligação das pinças de medida e a passagem dos cabos

respectivos. Embora tenha sido uma contrariedade, importa referir uma vez mais a preocupação da

Empresa com a segurança dos seus colaboradores.

4.8 Fase 7: Comissionamento e start-up

Grande parte da montagem e instalação foi efectuada com o processo produtivo a decorrer,

reservando-se para o dia da paragem planeada da PM2 apenas os trabalhos que nas condições de

produção colocavam em risco a segurança das pessoas e a operacionalidade da instalação. A ligação

dos cabos de potência, cabos de controlo e de feedback foram efectuados nesse dia.

Foram simulados os sinais digitais e analógicos confirmando-se desta forma a sua correcta

ligação ou corrigindo os que não estavam bem, garantindo assim o sucesso e minimizando as perdas

de tempo e recursos durante o arranque da instalação e confirmando ou corrigindo a exactidão dos

parâmetros no DCS e no VEV.

Os cabos, as entradas e saídas de potência foram megados94, sendo um procedimento

fundamental e incontornável porque garante o bom isolamento sob tensões elevadas. Neste caso

revelou que uma das fases estava com passagem devido a uma pequena peça metálica caída durante o

transporte e que forçava a ligação à massa. A sua detecção e correcção atempada antes de alimentar o

VEV impediu um curto-circuito que iria disparar um Protistor95 ou “queimar” um módulo

semicondutor (Powerplate96).

Nesta fase, compara-se e confirma-se também se a documentação entregue aos técnicos da

realização coincide com a realidade instalada. Sempre que necessário corrige-se para posterior envio

para a Estrutura responsável. Esta fase é importante, pois já se têm encontrado diferenças, algumas

oriundas da instalação inicial e que foram ignoradas nos “As Built”97.

Não é demais reforçar a importância de uma documentação bem elaborada, seguindo regras pré-

estabelecidas, internamente ou pelas normas internacionais. Numa Empresa desta dimensão, com

quilómetros de cabos, centenas de esteiras paralelas (Fig. 66) ou que se cruzam, salas de cabos,

dezenas de salas de interface, cabos de potência, cabos de sinal, cabos de comunicação em cobre ou

fibra óptica.

94

Megados – (Megar): verificar a resistência de um ponto relativamente a outro através de um megaohmimetro. 95

“ Protístor” – fusível de acção extremamente rápida. 96

“Powerplate” – termo usado para o módulo híbrido que contém componentes electrónicos e o IGBT. 97

“As Built” – termo usado para a documentação corrigida durante os testes do primeiro arranque fabril.



É dogmático e consensual entre as Estruturas das Empresas com instalações industriais de grande

dimensão, que é completamente impossível realizar atempadamente qualquer diagnóstico pela equipa

da Manutenção ou conceber novos projectos e interligá-los sem uma documentação actualizada, clara

e acessível para os intervenientes das múltiplas especialidades.

4.9 Fase 8: Tuning98

do loop99

de controlo e automação associada

O processo fabril associado ao motor eléctrico cuja velocidade se passou a controlar e é objecto

do presente estudo, tem a finalidade de controlar o nível do tanque. Anteriormente a variável

controlada agia directamente na abertura de uma válvula automática e se não fosse suficiente e o nível

continuasse a subir arrancava uma segunda bomba de maior capacidade, controlando uma segunda

válvula automática de maior diâmetro.

O maior problema residia no facto do motor não ter potência suficiente se a válvula abrisse

totalmente, além de não ser possível controlar a sua corrente, a não ser que se limitasse a abertura da

válvula, tal como foi referido e se comprovou na Secção 4.4, através do cálculo da potência hidráulica.

A estabilização do nível até ao momento era tarefa difícil para um típico controlo PID, pois as

variáveis de sistema eram várias e pouco estáveis, designadamente a pressão no colector, a

consistência do fluido, o caudal de entrada no tanque (muito variável), tal como se pode ver em Anexo

XXVI (pág.140), através do comportamento do nível (variável controlada) no registo a vermelho e da

respectiva reacção da saída (variável manipulada) a verde.

98

“Tuning” - termo usado na gíria da automação e referente ao acto de sintonizar um controlo de um anel. 99

“Loop” – termo usado para apelidar uma cadeia ou anel fechado de controlo, (usado no género feminino).

Fig. 66 – Cablagem em esteiras.



77

Nas diversas tentativas de tuning98 ao loop99

de controlo, concluiu-se que funcionava

excepcionalmente bem num regime e menos bem ou sofrível noutro. Por exemplo, aumentando o

ganho (P) ou a rapidez da acção integral (I), o nível estabiliza, mas essa rapidez do controlo força o

arranque precoce da segunda bomba, accionada pelo motor de 6 kV - 630 kW, que não podia efectuar

mais que dois arranques por hora.

Chegou-se a colocar a hipótese de alterar a filosofia de controlo, com mais que um patamar de

parâmetros PID, modificando o software que permitisse essa alteração, mas esse esforço seria

infrutífero, uma vez que os patamares não são constantes e o regime é muito pouco previsível. Seria

necessário informação no sistema sobre a consistência, pressão e caudais de chegada ao tanque, mas

não existem tais sensores.

A dificuldade sentida é sintomática do motivo que leva a que os técnicos de automação que

realizam a tarefa de tuning aos anéis de controlo de qualquer indústria, a evitar o cálculo matemático

típico das teorias do controlo moderno, pois os sistemas não são isolados, estão quase sempre

interligados. Corrigindo um, afectam-se os restantes. São inconstantes e processualmente dinâmicos.

Demorar-se-ia muito tempo pelo que não seria rentável.

Apesar de serem conhecedores das teorias de controlo de sistemas, designadamente do cálculo da

função de transferência, determinação dos pólos, zeros, lugar das raízes, técnicas de controlabilidade e

observabilidade, na prática, o método usado é o da tentativa-e-erro.

Desta forma, não se despende muito tempo, fazem-se vários tunings em simultâneo e em

diferentes áreas industriais, verificando à posteriori o resultado da mudança efectuada previamente

nos parâmetros PID, “dead band”, “filtre” e, se necessário, corrigem-se novamente até se chegar a

resultados aceitáveis sob o ponto de vista das equipas produtivas. Os responsáveis pela instalação são

aqueles que avaliam o resultado e a eficácia do controlo.

Há no entanto uma técnica que por vezes é usada na primeira vez que se efectua o tuning de cada

anel de controlo, isto é, quando uma instalação inicia a laboração, na fase que habitualmente no

ambiente industrial se denomina como start-up e que se assemelha às teorias desenvolvidas no

controlo moderno. São os métodos heurísticos de Ziegler-Nichols, para sintonia de controladores

PID [37].

Fig. 68 – Regime oscilatório da saída. Fig. 67 – Sistema em malha fechada com um controlador proporcional



O mais usado, é o segundo método de Ziegler-Nichols, para o caso de sistemas em malha fechada

do tipo apresentado na Fig. 67:

i. Desactivam-se os parâmetros integral e derivativo para: Ti=∞ e Td=0;

ii. Modifica-se progressivamente o ganho proporcional de KP=0 até KP=KCR (i.e. de zero até ao

seu valor crítico onde se inicia o regime oscilatório), esperando que a saída exiba uma

oscilação sustentada e constante na amplitude e no período “T=PCR”;

iii. Considerando então que o controlador PID sintonizado pelo método fornece as seguintes

relações [37]:

( ) (

) (4.12)

( ) (

) (4.13)

( ) (

)

(4.14)

Concluindo-se que o controlador PID tem apenas 1 pólo na origem e zeros duplos em:

iv. Assume-se que a saída apenas exibe a oscilação sustentada para o ganho crítico Kcr e o

período Pcr e determinados experimentalmente segundo a Fig. 68;

v. Assim, os valores de Kp, Ti e Td sugeridos por Ziegler-Nichols e representados na Tabela 2,

serão introduzidos no tipo de controlador escolhido.

Tabela 2 – Regra de sintonia de Ziegler-Nichols, baseada no ganho e no período crítico.

Tipo de controlador usado Kp Ti Td

P 0,5*Kcr ∞ 0

PI 0,45*Kcr (1/1,2)*Pcr 0

PID 0,6*Kcr 0,5*Pcr 0,125*Pcr

No controlador em estudo iniciou-se o método referido, mas a dinâmica processual é elevada não

permitindo manter uma oscilação constante durante muito tempo devido à inconstância das condições

processuais, mas após várias tentativas, em média, obtiveram-se os valores: KCR= 5 e PCR=5 minutos.

Optou-se pelo controlo PI com Kp=2,25 e Ti=4.14 complementando-se com o método da

tentativa-e-erro ao longo de alguns dias de funcionamento, após os quais se considerou que o controlo

tem uma resposta satisfatória à maioria dos regimes de trabalho, especialmente em momentos de

quebra na PM2 quando a resposta for lenta, há o risco de transbordo e consequente inundação do

espaço envolvente devido a caudais da ordem dos 2000 m3/h.

Após a realização dos vários testes, como o exemplo ilustrado na figura do Anexo XXVII

(pág.140), optou-se pelo modelo de controlador PI, aceitando-se os valores de P=2.0 e I=0.20.



79

A acção proporcional possui um valor relativamente elevado para que a saída reaja com alguma

dinâmica, mas não tem inconveniente porque o motor agora tem velocidade variável, limite de

corrente para evitar sobrecargas e rampa na subida e descida da velocidade, pelo que não promove

pulsações na linha nem Golpes de Ariete100.

Além do tuning ao controlador de nível, optimizou-se a funcionalidade do sistema associado ao

tanque de quebras secas, em especial as condições de arranque e paragem da bomba “2” e respectiva

válvula de controlo.

Para ajudar a compreender o sistema concebeu-se a ilustração no Anexo XX (pág.137),

representando o circuito principal do sistema de quebras secas, deduzindo-se a existência de alguma

dinâmica processual devido aos diversos subsistemas associados com controlo autónomo. Foi

necessário ainda redefinir a zona de trabalho das válvulas automáticas e da referência de velocidade

para o VEV e motor em função da saída do controlador de nível, “PO”101

.

Alterou-se o início de abertura da válvula “B” de 50% para 75% do PO, porque a paragem da

bomba 2 é forçada se a dita válvula permanecer fechada e se o tempo que permite novo arranque

estiver garantido.

Recorda-se que este motor possui 560 kW à tensão de 6 kV, só permitia fazer 2 arranques por

hora e desejavelmente só interessava que arrancasse em caso de quebra na PM2.

Mas tal não acontecia antes de se efectuar a alteração por haver diversos “Pulpers”102

a enviar

pasta em simultâneo e a bomba 1 ter a válvula limitada na abertura a 40% para impedir sobrecarga.

A figura no Anexo XXVIII (pág.140) clarifica bem a razão do que se expôs no parágrafo

anterior, evidenciando a saída para a válvula B (registo a azul) e a corrente do motor da bomba 2

(registo rosa), que permanece a funcionar sem necessidade uma vez que, nessa fase, a bomba 1 já tem

capacidade para transferir o volume exigido de pasta de papel.

Importa referir que as válvulas de calote esférica só começam a abrir de facto a cerca de 15º da

sua rotação (dead angle [38]), daí que o sinal de saída não seja o mesmo que a abertura, como é típico

e descrito no manual do fabricante (Neles [38]). Este aspecto reforça a não necessidade de

funcionamento da segunda bomba, visível no registo das tendências.

O Gráfico 2, apresentado na Fig. 69, clarifica a alteração efectuada, define a zona de

funcionamento de cada órgão de controlo final e a noção da repartição da escala de trabalho

(Split Range103).

100

“Golpe de Ariete” – fenómeno de hidráulica com variação rápida de pressão devida a variações de caudal. 101

“PO” – terminologia de processual output do controlador PID. 102

“Pulpers” – termo usado no ambiente fabril para designar os tanques onde a pasta de papel de quebras ou

rejeites é desintegrada e emulsionada com água. 103

“Split range” – Terminologia usada na gíria da instrumentação para indicar gamas repartidas pelas válvulas.



Importa referir que a velocidade limite do motor da bomba 1 apenas será conseguida quando a

válvula C estiver aberta para a PM1, aproximadamente a 1800 RPM, porque a pressão é menor,

devendo-se ao facto do colector de pasta estar sujeito a uma menor coluna hidrostática. Neste caso, o

limite de corrente será atingido a uma velocidade superior. Esta, é outra das vantagens da supervisão

de um motor através de um VEV relativamente à ligação directa convencional, no caso, aumentar a

velocidade até atingir o limite de corrente.

Ao motor da bomba 2 (que arranca quando a bomba 1 já não tem capacidade de controlar o

nível), foi permitido efectuar 3 arranques por hora (em vez de 2), pois nos testes que se efectuaram,

verificou-se que cada arranque demora em média 2,88 segundos, o que garante que não ultrapassa o

limite de 6 segundos, sugerido no manual do fabricante [39].

Esta alteração é mais uma vantagem deste estudo, pois resulta em poupança de energia, uma vez

que se trata de um motor com 630 kW, numa fase em que a válvula “B” está fechada, como é ilustrado

no Anexo XXVIII (pág.140), reduzindo o desnecessário aquecimento da pasta dentro da bomba.

4.10 Fase 9: Análise de variáveis eléctricas

4.10.1 Precauções de segurança na ligação do analisador

De forma a garantir e sustentar os objectivos de melhoria propostos, mas também para detectar

pontos fracos, foram realizados vários registos, antes e depois da alteração e em diversos regimes de

funcionamento. Esses registos foram obtidos com o analisador de energia da LEM, modelo

ANALYST 3Q (Fig. 70).

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Ab

ert

ura

das V

álv

ula

s (

%)

Velo

cid

ad

e d

a B

om

ba (

RP

M)

Saída do Controlador "PO", (%)

"Split Range" do controlo 92-LC-1486 Velocidadeda BB 1142(%)

Válvula A(%)

Válvula B(%)

Válvula C(%)

Gráfico 2 – “Split range” entre os órgãos de controlo final.

Fig. 69 – Gráfico da gama de funcionamento das automáticas e referência de velocidade para o motor



81

Fig. 70 – Analisador de energia ligado ao barramento de chegada do MCC 21. (690 VC).

Nas instalações de funcionamento contínuo, os barramentos de chegada do MCC estão

permanentemente sob tensão, alimentados por transformadores de 2 ou 3,15 MVA e correntes de

curto-circuito extremamente elevadas.

A tarefa de ligar as pinças de medida em tensão, requer precauções acrescidas, designadamente a

utilização de meios de segurança individual, muita concentração, sem a perturbação de conversas ou

chamadas telefónicas, efectuada por pessoas competentes e apenas acompanhadas, para precaver uma

ajuda no caso de um acidente.

Este tipo de tarefas valoriza a opção de estágios curriculares protocolados com instituições do

ensino superior, especialmente quando efectuados em empresas da dimensão da Soporcel. O ambiente

da acção tem grandezas elevadas ao nível da tensão, corrente, trânsito de potências, energia

consumida/produzida, caudais enormes, momentos de inércia com massas e velocidades significativas,

etc. Por esse motivo, as actividades também envolvem riscos, assumidos e controlados através de

regras de segurança.

Ao cumprir adequadamente essas regras de segurança fortalece-se as competências e a propensão

para que no futuro se possa planear e motivar para o cumprimento dessas regras.

4.10.2 Aquisição e análise das variáveis eléctricas antes da alteração

Efectuaram-se e guardaram-se os registos das variáveis eléctricas relevantes e sempre que

necessário tomavam-se notas complementares acompanhadas com fotografias, pois poderia ser

necessário recordar as condições processuais, como as que se descrevem seguidamente.



4.10.2.1 Aquisição de variáveis no MCC 17

As primeiras medições foram efectuadas na saída do arrancador do motor 1142, um MCC

alimentado por um Transformador (TRAFO104

) EFACEC, modelo N85179 de 2 MVA, Dyn11,

15kV/400 V, cuja rede parcial se ilustra na Fig. 71.

O MCC 17 de 400 VAC alimenta 173 motores com a potência total nominal de cerca de

1600 kW, entre os quais está o motor antes da alteração. De realçar que 10 desses motores com a

potência total conjunta de 220 kW, sendo controlados por VEVs, mas não estando em regime

permanente, dependendo das condições processuais do momento, portanto, numa relação de cerca de

13% do total nominal. Esta taxa é relevante para comparações futuras, uma vez que não influencia em

demasia a qualidade da energia, tal como se pode observar nas formas de onda na Fig. 72 e na Fig.i do

Anexo XXIX (pág. 140), merecendo as seguintes observações:

A UTHD105

, no barramento do MCC não ultrapassa 1,7 %, dentro do critério de qualidade da EN

50106 [27], que é 8%;

A ITHD106

distorção harmónica da corrente consumida apenas pelo motor em estudo, também

não é muito significativa (3,1 %), sendo afectada pela distorção da tensão do barramento, segundo

se deduz pelo formato de ambas as ondas ilustradas;

Os registos de potência do motor para regime de válvula fechada e a 20% são respectivamente de

85,4 kW e 134,5 kW. O primeiro valor é fundamental para o estudo da potência e da energia

consumida sem produzir trabalho útil, provoca desgaste na bomba centrífuga e nas sedes das

104

TRAFO – Transformador de Potência 105

UTHD – Doravante refere-se à Distorção Harmónica Total da Tensão. 106

ITHD – Doravante refere-se à Distorção Harmónica Total da Corrente.

Fig. 72 – Medidas no MCC 17 - Saída para o motor 1142,

(antes da alteração).

Fig. 71 - Rede parcial de 15kV

para alimentação do TRAFO.

Transformador que

alimenta o MCC17



83

válvulas. O segundo valor permite deduzir a potência máxima necessária se a válvula abrisse

totalmente (como já anteriormente se tinha referido, estava limitada a 40%);

O factor de potência varia com a carga (0,756 a 0,826), reflectindo-se também nos registos

temporais conforme a necessidade operativa, tal como ilustra a Fig.i do Anexo XXIX (pág. 140)

e como é expectável pela característica típica do motor de indução [40] e conforme prevê o

manual do fabricante [39].

4.10.2.2 Aquisição e análise das variáveis no barramento do MCC 21, sem VEV

O MCC 21, local onde irá ser ligado o novo VEV, é alimentado por um TRAFO EFACEC

modelo N85179 de 3,15 MVA, Dyn11, 15kV/690 V e fornece energia às máquinas eléctricas listadas

na Tabela 3.

Tabela 3 – Características das máquinas inicialmente ligadas ao MCC 21.

Descrição Volt Amp KW RPM Regime normal

Motor do Ventilador Circ. p/ Secador de Ar 690 315 315 1500 Permanente

Comp. 1 Chiller 2 Salas Eléctricas da PM2 690 (na) 315 1500 Conforme selecção

Comp. 2 Chiller 2 Salas Eléctricas da PM2 690 (na) 315 1500 Conforme selecção

Motor Agit.1 Desint. Speed-Sizer 690 316 315 1500 Quebra na PM2

Motor Agit.1 Desint. Speed-Sizer 690 316 315 1500 Quebra na PM2

Motor do Compressor nº.2 690 340 340 1500 Depende (load/unload)

Motor do Compressor nº.3 690 340 340 1500 Permanente

Apenas um desses motores é controlado por VEV (de 400 kVA), sendo expectável uma THD

ligeiramente superior quando se alimentar o novo VEV para o motor 1142.

Foram várias as medidas efectuadas em vários regimes, antes da alteração, algumas estão

representadas na Fig.ii do Anexo XXIX (pág. 140), merecendo as seguintes observações:

A UTHD no barramento varia entre 4,4 % e 7,1 % (no pior cenário), 5,7% na figura, estando nos

níveis recomendados pela EN 50160 [27], i.e. THD<8 %, pese embora, a 2ª harmónica ser

ligeiramente superior ao recomendado na dita norma, não devia ser superior a 2%;

A ITHD consumida no MCC varia entre 3,6 % e 5,7 % (no pior cenário), 3,6% na figura referida.

Em qualquer dos casos não supera os critérios de qualidade;

A distorção harmónica da corrente de neutro varia entre 2,5 % e 6,2 %;

Regista-se que a componente “flicker”107

é superior que no MCC 17 (era praticamente nula);

Os registos adquiridos da potência global, factor de potência e o desfasamento entre a tensão e a

corrente têm valores que permitem afirmar a disponibilidade energética para mais um motor, no

caso de 160 kW, alimentado por um VEV.

107

“Flicker” – Tremulação de um sinal (no caso da onda da tensão).



4.10.2.3 Aquisição e análise das variáveis no barramento do MCC 21, com VEV

As medidas ilustradas na Fig. iii do Anexo XXIX (pág. 140), reflectem a instalação do VEV no

MCC 21 para controlar o motor 1142 (que é o objecto deste estudo).

À partida espera-se a diminuição da potência total, mas um agravamento na qualidade de energia.

Assim, efectuaram-se diversas medidas em ocasiões diferentes, tentando abranger o máximo de

regimes de funcionamento e que merecem a seguinte análise:

A UTHD no barramento subiu no seu valor máximo, recolheram-se valores entre 4,4% e 10,6 %

(no pior cenário em que as cargas lineares estavam em vazio) e 6,9% no caso da figura referida. A

2ª e a 3ª harmónica apresentaram uma subida significativa, sendo que, a 2ª harmónica continua a

ultrapassar as recomendações da EN 50160, tal como foi referido na secção anterior, antes da

montagem do VEV (objecto de estudo);

A ITHD da corrente consumida no MCC também subiu nos seus valores máximos, obtiveram-se

nas amostras valores entre 4,1 % e 9,0 % (no pior cenário) e 4,4% na figura, ultrapassando

ligeiramente no pior cenário o nível recomendado;

A distorção harmónica da corrente de neutro do MCC ficou entre 3,6 % e 9,1 % (no pior cenário),

3,6% na figura, reflectindo o agravamento das duas medidas anteriores;

Registou-se um aumento esperado da componente “Flicker” porque aumentou a carga não linear

que caracteriza o VEV;

Os registos da potência global do MCC, factor de potência e o desfasamento entre a tensão e a

corrente ficaram compreendidos respectivamente entre os valores de: P=[679..1172] kW,

FP=[0,853...0,876] e cosφ [0,860..0,887].

Com estas medidas, considerando-se que são representativas da maioria dos regimes de

funcionamento, concluiu-se que há efectivamente uma ligeira subida da THD da tensão, corrente e

subida significativa do ”Flicker”. Os parâmetros da potência não revelaram aumento significativo na

carga do MCC. A desvantagem e o reconhecido aumento da distorção total harmónica total da tensão

(UTHD), não está permanentemente acima dos valores recomendáveis da EN 50160 e quando está,

não se prevê que afecte as restantes máquinas eléctricas, nem o Transformador de Potência que está

sobredimensionado para a carga habitual (60%). Valores elevados de distorção com carga elevada no

transformador pode ser problemático como se pode deduzir pela Fig. 65 (pág.74) [17]. No entanto,

neste caso, não é previsível que possa vir a ter qualquer aumento significativo na sua temperatura nem

que afecte significativamente a rede a montante.

4.10.2.4 Aquisição e análise das variáveis na saída do MCC 21 para o VEV

Para completar o ciclo de amostragens, resta analisar a saída do MCC para alimentar o VEV,

esperando à partida, resultados bem diferentes do ponto de vista do formato da onda da

corrente em cada fase e do factor de potência (PF), afectado pela componente tridimensional

que lhe confere uma diferença relativamente ao cosφ



85

Há agora o interesse reforçado no comportamento da ITHD108

devido ao facto de reflectirem o

efeito directo do VEV no barramento do MCC.

Assim, as imagens ilustradas na Fig. 73, merecem a seguinte análise:

A distorção harmónica da tensão mantém-se nos intervalos referidos acima, i.e., a mesma

característica que a tensão do barramento de chegada, UTHD<8%, mas com a 2ª e 3ª harmónica

com valores ligeiramente elevados, tal como já se tinha referido na secção anterior;

Como é espectável [26], a ITHD (distorção harmónica da corrente) consumida no VEV, tem

valores elevadíssimos: THDI= [99,4% .. 94,1%] (módulo de rectificação do VEV);

A distorção harmónica da corrente de neutro do cabo de alimentação do VEV é também

relevante, devido às correntes parasitas. A 5ª harmónica tem uma amplitude elevadíssima tal

como outras de ordem superior, especialmente de ordem ímpar. No caso da figura, obteve-se a

leitura de THDIRMS=17,1 % para IRMS=6,7 A.

O “Flicker” mantém-se elevado;

Os registos da potência revelam efectivamente o que se esperava, que é a descida média muito

significativa da potência, devido à redução de velocidade e abertura da válvula para 100%, como

foi referido na Secção 4.4 (pág.61). O factor de potência e o desfasamento entre a tensão são

muito distintos. É um ponto de diferenciação na aplicação de VEVs. Por um lado, não há

desfasamento significativo entre a tensão e a corrente, porque a rectificação para o BUS DC e

respectivo banco de condensadores é efectuada sem desfasamento significativo, como se pode

confirmar na Fig. 73. A THD afecta significativamente o factor de potência, como se pode

deduzir na fórmula (4.16) e é evidenciado na figura pela diferença entre F.P.=0,651 e

108

ITHD – Componente harmónica relativo à onda da corrente.

Fig. 73 - Medidas no MCC 21 - Saída para o VEV do motor 1142.



cosφ =0,993. Esta diferença pode ser entendida pelo efeito das cargas não lineares, cuja relação

entre: factor de potência, cosφ e THD é definida pelas fórmulas (4.15) [41] e (4.16) [27]:

√ (4.15)

√∑

(4.16)

Conclui-se ainda pela leitura dos gráficos e por (4.16) que até à ordem 40ª a amplitude dos

harmónicos não deve ser desprezável.

4.11 Fase 10: Análise da potência e energia antes e após alteração

Um dos objectivos estabelecidos no início do estudo e que ia criando alguma expectativa à

medida que os cálculos se iam desenvolvendo era a significativa poupança de energia que se iria

traduzir num ROI109 atractivo, especialmente após a análise dos gráficos da potência hidráulica em

função do caudal da bomba e os gráficos da potência do motor.

Para analisar a potência e a energia foram efectuadas algumas leituras através do analisador de

energia, da pinça amperimétrica e pela importação dos dados do Uniformance53 para uma folha de

MS - Excel, obtendo-se a diferença na média das potências de:

PV constante ≅ 95 kW;

PV variável ≅ 35 kW (incluindo as perdas do VEV).

∴ Tal desempenho permite supor um ganho aproximado de 60 kW, cerca de 63%.

Importa referir que os valores da potência e da energia são valores totais, reflectem as perdas do

motor, VEV e cabo, com os quais se conceberam os gráficos da Fig. 74 e Fig. 75, sendo visível a faixa

de trabalho bem vincada entre o regime de quebra e não-quebra na máquina.

De facto, distingue-se na Fig. 74, que a variação da potência seja menor em resultado da

velocidade aproximadamente constante do motor, como se depreende pelas simulações no Anexo

XXV (pág. 140), dependendo apenas da posição da válvula de controlo.

Depois da alteração efectuada, tal como é demonstrado na Fig. 75, há grandes variações da

potência em consequência da variação da velocidade, uma vez que neste modelo, a válvula permanece

totalmente aberta. O valor máximo da potência depende da corrente máxima permitida na

programação do VEV, conseguindo-se assim transferir mais pasta de papel ao atingir limites de caudal

outrora restringidos devido ao risco de disparo do motor. Considerando-se assim mais uma vantagem

no processo do caso de estudo.

109

“ROI” – Return On Investment.



87

No entanto, surgem inconvenientes, designadamente as perdas no VEV devido à energia para

o ventilador de arrefecimento e alimentação de circuitos electrónicos, assim como a dissipação do

calor dos componentes de controlo e de comutação. Além disso, surgem perdas em função da

frequência de comutação escolhida, quanto mais alta, maiores serão as perdas no VEV, cablagem e

motor [42].

O rendimento diminui com o factor de carga do sistema [42] (relações PotVEV/PotMI e

Pmotor/Pmecânica), no caso, o VEV é de 400 kVA, o motor de 160 kW e a potência mecânica baixa.

Fig. 74 - Potência e Energia do motor 1142, antes da alteração.

Fig. 75 - Potência e Energia (com perdas), depois da alteração.



Gráfico 3 – Potência calculada e perdas no sistema.

Fig. 76 – Gráfico das perdas no sistema VEV-Motor.

Como a indicação da potência disponibilizada pelo VEV reflecte apenas a potência no veio do

motor e não reflecte as perdas do sistema, foi elaborada a Tabela 4 durante o funcionamento,

contemplando os diversos pontos da gama de trabalho e recolhendo resultados de diversas medições

em simultâneo no analisador de energia e no display do VEV, das quais resultou o Gráfico 3 (na Fig.

76).

Tabela 4 - Estimativa de perdas no sistema VEV-Motor

VEV MCC Perdas

(kW)

Perdas

(%) Pot. Mec.

(kW)

Rotação

(RPM)

Tensão

(V)

Corrente

(A) Potencia F.P. cosφ

7,5 600 196,3 36,65 9,5 0,624 0,999 2,0 21,1%

12,2 754 253,5 45,35 15,6 0,660 0,999 3,4 21,8%

15,1 794 278,9 47,80 18,1 0,670 0,993 3,0 16,6%

22,4 905 354,0 54,72 25,6 0,691 0,992 3,2 21,1%

28,2 984 399,7 60,78 31,8 0,709 0,990 3,6 11,3%

33,0 1019 432,8 65,01 37,0 0,722 0,989 4,0 10,8%

34,8 1013 434,1 67,10 39,0 0,730 0,988 4,2 10,8%

83,5 1199 565,2 110,43 90,0 0,809 0,979 6,5 7,2%

129,9 1344 637,0 147,54 137,6 0,867 0,980 7,7 5,6%

153,3 1562 672,2 163,60 162,7 0,874 0,975 9,4 5,8%



89

Na Tabela 4 e no gráfico da Fig. 76, é perceptível que as perdas relativas diminuem com a carga

e sobem em valor absoluto com o aumento da potência, devido à diferença entre as perdas constantes e

aquelas que surgem pela maior dissipação dos componentes ao serem percorridos por correntes mais

elevadas.

Para a potência mínima, as perdas rondam os 2 kW, i.e., a potência dissipada é mínima,

destacando-se o consumo do ventilador que tem a potência de 800 W.

Com já foi referido anteriormente, foram registados numa folha de cálculo os valores da potência,

com intervalo de 5 minutos, durante 7 dias de laboração contínua, cobrindo todos os dias da semana,

sem paragem planeada e reflectindo o espaço temporal representativo da realidade processual. Esses

dados foram depois integrados no tempo de onde se obteve a energia acumulada nesse período,

integrando já as perdas médias deduzidas na Tabela 4.

Assim, elaborou-se a Tabela 5 partir da qual se irá estimar os ganhos do projecto.

Tabela 5 – Energia consumida pelo motor em período similar (antes e após alteração).

Controlo do

motor

Dia, data e hora

inicial Dia, data e hora final

Energia

consumida Observações

Velocidade fixa 5ª feira, 2011-06-16, às

00H00m

5ª feira, 2011-06-16, às

00H00m 16.411 kWh

A válvula estava

limitada a 40%

Velocidade

variável

5ª feira, 2011-07-22,

00H00m

5ª feira, 2011-07-29,

24H00m 5.961 kWh Válvula toda aberta

4.12 Fase 11: Análise económico-financeira do projecto

A partir da determinação na secção anterior dos valores da energia consumida num período

representativo de 7 dias, chega-se às seguintes conclusões:

Energia poupada com a mudança nos 7 dias de amostragem:

(4.17)

Rácio da Energia após mudança:

(4.18)

∴ Concluindo-se que consome apenas 36,3% da energia anterior, logo um ganho de 63,7% da

energia anterior.



Projecção anual da energia, considerando que a instalação poderá parar 1 semana por ano (em 2

paragens anuais planeadas ou devido a avaria grave que impeça a sua laboração):

Custos anuais da energia num cenário hipotético de grande consumidor:

o Considerando a hipotética capacidade negocial de um grande consumidor que permita por

exemplo preços na ordem dos 50 €/MWh110

.

Energia poupada projectada num consumidor final típico português:

o Considerando o consumo anual de uma família típica portuguesa estimado em 2.640

kWh [43], para quantas famílias daria a energia poupada?

O impacto da energia poupada e o contributo para sustentabilidade ambiental, inclusive para o

cumprimento de acordos internacionais como são os protocolos de Quioto, Copenhaga e Cancun,

considerando o valor de referência de 0,47 kg CO2/kWh [44], obter-se-ia o equivalente a:

Em conclusão e partindo dos critérios referidos anteriormente, o contributo da montagem de um

VEV num motor accionando uma bomba centrífuga, permite obter a poupança energética anual de

532.950 kWh, correspondendo ao valor anual de 26.645 €111

e evitando a emissão para a atmosfera de

250,487 toneladas de CO2. Estes valores irão servir de base para outras deduções, designadamente, o

tempo que demora a que o investimento seja pago. Considerando ainda que no futuro e no Sistema de

Quebras da PM1 e PM2 há outros casos semelhantes, pode-se facilmente extrapolar os ganhos

passiveis de realizar.

110

50 €/MW.h é o valor de referência considerado como:PU: (per unit), atribuido apenas para formalizar custos

e benefícios. Não é atribuível a nenhuma entidade em particular . Não considera impostos nem parcelas de

facturação de potência. Para qualquer outro valor diferente, deve ser multiplicado pelo rácio entre ambos. 111

Valor obtido considerando o preço de 50 €/MW.h (preço base de referência como unidade: PU).



91

Para testar a confiança dos resultados obtidos anteriormente através do método utilizado (moroso

na recolha da informação) e confirmar realmente de forma mais expedita a viabilidade económica do

caso de estudo, aplica-se outra opção de cálculo mais célere, pela fórmula [42]:

∑ ⌊(

) ⌋ (4.19)

Onde:

S → Poupanças anuais (€/ano)

ηMI → Rendimento do MI (decimal)

ηVEV-MI → Rendimento do sistema MI,VEV (decimal)

PMI → Potência mecânica ou útil do MI sem VEV (kW)

PVEV-MI → Potência mecânica ou útil do MI com VEV (kW)

h → Períodos de funcionamento (horas/ano)

C → Custo médio do kWh para o período h (€/kWh)

i → Regime de carga

Simplificando os momentos “i” para valores médios aproximados do caso de estudo durante todo

o período de funcionamento (51 semanas), ao preço médio de 50 €/MWh, teríamos ao usar a fórmula

((4.19)20):

⌊(

) ⌋

Para valores:

S → Valor a calcula da poupança anual (€/ano);

ηMI → Considerando a média de 90%;

ηVEV-MI → Considerando a média de 86% (4% devido ao VEV sobredimensionado);

PMI → Considerando a média obtida do gráfico de 95 kW;

PVEV-MI → Considerando a média obtida do gráfico de 35 kW;

h → 8.568 horas em 51 semanas;

C → Preço médio considerado de referência de 0,05 €/kWh (a usar como PU);

i → Traduz-se para intervalo total.

Então, com estes valores não muito longe do que se pode esperar em casos reais, muito

rapidamente se obtêm valores muito aproximados aos calculados anteriormente, isto é 27.785 € com

este modelo simplificado e 26.645 € com o modelo anterior que é mais elaborado.

Esta opção pode ser muito útil para se efectuarem as estimativas aproximadas apenas com um

conjunto de medidas obtidas com os aparelhos convencionais junto aos equipamentos e

complementadas com as curvas da potência hidráulica.



4.13 Fase 11: Análise de custo-benefício do projecto

A montagem efectuada não é típica do que normalmente se faz na Soporcel em projectos desta

natureza. A acção foi influenciada pelo objectivo do Estágio, não foram cumpridas algumas fases

convencionais de preparação, desenho, cotações e compra de materiais e serviços. Foi usado um VEV

desactivado de uma outra aplicação e não foi comprado o modelo que seria adequado, a potência é

superior ao necessário, o modelo é antigo, demorou algum tempo a desinstalar e a voltar a instalar,

foram usados cabos desactivados de uma outra montagem, etc.

Os valores apresentados também não reflectem eventuais subsídios que possam surgir no caso de

um projecto similar e aceite nas medidas divulgadas a 15 de Setembro de 2011 e inserido no âmbito do

PNAEE112

e do possível PPEC 2012-2013113

.

De facto, o caso de estudo ao integrar um motor de 160 kW a accionar uma bomba centrífuga

estaria dentro do intervalo admissível, i.e., “…em motores de potência nominal média de 90 kW (de 55

a 160 kW)”…, para uma candidatura das 140 acções do PPEC 2012, tal como se deduz na ilustração

obtida no site do promotor e transferido para a Fig. 77.

Eventualmente, esse cenário de candidatura poderá ocorrer, uma vez que a montagem efectuada é

provisória até à paragem de 2012 e o VEV utilizado e disponibilizado é de 400 kVA (desejavelmente

seria de 260 kVA por razões de rentabilidade e do factor de carga).

Se as condições divulgadas pela ADENE a 15 de Setembro de 2011 puderem ser cumpridas, é

um cenário que pode ocorrer se a Empresa estiver de facto interessada. Acresce que o VEV é da marca

ABB, um dos fornecedores certificados pela ADENE para o programa “GERE”, podendo ser uma das

Firmas contactadas para apresentarem propostas e o estudo que se exige para a candidatura aos

incentivos desse mesmo programa, podendo-se depois comparar os resultados com os do Relatório.

De forma a sustentar os recursos materiais e humanos envolvidos, elaborou-se Tabela 7, no

Anexo XXII (pág. 139) sob três cenários:

112

PNAEE – Plano Nacional de Acção para a Eficiência Energética 113

PPEC 2011-2012 – Plano de Promoção de Eficiência no Consumo de Energia Eléctrica para os anos 2011-

2012.

Fig. 77 – Estimativa para acções com VEVs para 2012-2013 [19].



93

Caso #1: Aplicação já colocada em funcionamento através de montagem provisória e

utilizando o material desactivado de um sistema fabril obsoleto;

Caso #2: Aplicação que seria implementada no caso de se implementar um projecto novo e

que é habitual acontecer (não havendo reaproveitamento de equipamentos);

Caso #3: Aplicação que seria implementada no caso de tentar minimizar os efeitos das

harmónicas através de um VEV especialmente concebido para o efeito.

Pelos custos apresentados nos 3 casos aplicáveis expressos na Tabela 7 e pelo ganho da energia

poupada na Secção 4.11 (pág.86), prevê-se que o retorno do investimento seja feito em:

Caso #1 (caso actual em que se usou material desactivado de outros sistemas):

∴ - Obtém-se um retorno anual superior ao investimento. Demora apenas cerca de 210 dias

para o retorno ao investimento (para 360 dias de produção).

Caso #2: (caso se adquirisse o VEV novo):

∴ - No caso #2 obtém-se um retorno ligeiramente mais demorado, no entanto, também é

muito interessante, demorando 0,63 anos a pagar, isto é, cerca de 231 dias, no caso em que

se pode aplicar a metodologia interna com a mudança através de investimento planeado.

Caso #3: (caso se adquirisse o VEV com atenuação da THD):

∴ No caso #3 obtém-se um retorno significativamente mais demorado (440 dias) e só

justificável num cenário de se pretender aumentar o número de VEVs no MCC 21.

Para os valores obtidos apenas foram contabilizados os valores directos num ano, não sendo

consideradas taxas de juro acumuladas, depreciações projectadas no tempo, ganhos com a não emissão

de GEEs, incentivos no âmbito do PPEC 2012, etc.

Então, numa análise puramente económica e considerando os critérios internos da Empresa de:

“…ser factor de análise o investimento que tiver à partida um retorno inferior a um ano…”, conclui-

se que tem grandes viabilidades de sucesso.



4.14 Conclusões

O que se pode concluir após os testes e cálculos efectuados é o seguinte:

Tecnicamente este caso de estudo é fácil de realizar e está dentro das competências que se

podem encontrar em organizações industriais de média e grande dimensão;

A tecnologia é acessível e o tempo de montagem adequado, dependendo das necessidades

processuais e do planeamento produtivo;

Deve ser efectuada uma análise prévia de dimensionamento adequado à potência hidráulica,

recorde-se que inicialmente, antes da opção proposta, estava preparada uma cotação para a

possível substituição do impulsor da bomba e do motor, o que seria um erro;

O controlo de MI’s com VEVs não tem apenas vantagens, também tem desvantagens, embora

nem todas se tenham comprovado, pode-se distinguir:

o Aumento de correntes parasitas nos cabos de controlo e potência e nas malhas de terra, que

podem afectar sistemas de comunicação, aumento da temperatura da cablagem, aumento de

tensão nas espiras do motor, aumento de temperatura do motor e do transformador. O

aumento da temperatura do motor não se confirmou pela Tabela 1 (pág.73), porque a carga

baixou enquanto no transformador a carga é inferior a 60% [17].

o Custos acrescidos se a característica do motor não for adequada: classe e isolamento

reforçado, rolamento isolado no lado do contra-ataque, cabos com malhas adequadas,

probabilidade de diminuição do ciclo de vida do motor;

o Custo com dispositivos suplementares de filtragem no VEV;

o Agravamento da distorção harmónica total (THD), na amplitude e na ordem, especialmente

as de ordem ímpar, passando para os barramentos da rede;

o Ao instalar um VEV em série no circuito produtivo aumenta a probabilidade de avaria e de

aumento do “Downtime”, exigindo equipas de Manutenção com formação adequada e bem

treinadas;

Mas, as vantagens sobrepõem-se, como por exemplo:

o A potência baixou significativamente com a velocidade do motor, teoricamente tende a ser

proporcional ao cubo da velocidade angular [42];

o A energia gasta diminuiu de forma evidente tendo repercussões económico-financeiras muito

significativas;

o Há uma grande poupança na emissão de gases de efeito de estufa devido à diminuição da

energia consumida, melhorando a imagem da Empresa perante a opinião pública e

contribuindo para a Goodwill114;

114

“Goodwill” – Valorização intrínseca de uma Empresa não reflectida directamente nos activos/passivos.



95

o A optimização do controlo favoreceu a funcionalidade e estabilidade temporal das variáveis

controladas;

o O ruído diminui nas proximidades da bomba devido à válvula automática estar

permanentemente aberta;

o A temperatura média do motor baixou devido à diminuição da potência;

o O motor arranca e pára em rampa de velocidade controlada pelo VEV, evitando vibrações e

Golpe-de-Ariete100 na linha;

o Diminuiu as fugas no empanque da válvula evitando a frequente limpeza da zona

circundante;

o Com a diminuição da pressão o atrito entre o obturador e a sede ou entre o veio e o

empanque diminuíram, tal como diminuiu a probabilidade de desgaste por cavitação na

bomba e peças da válvula automática (com a alteração permanece totalmente aberta);

o Durante o caso de estudo também se tiveram algumas dificuldades que acabam por se

traduzir em vantagens posteriores, designadamente, o saber e domínio técnico nos

fenómenos que ocorrem com sinais parasitas, a dificuldade de os medir, consciencializando a

estrutura para a necessidade de adquirir equipamento para o efeito e para entender melhor as

causas da falha da rede interbus que ocorreram no passado durante o comissionamento de

um VEV;

o Na necessidade de determinar as curvas de comportamento das bombas centrífugas em

função da altura e do caudal, alertou para a possibilidade de adquirir software dedicado;

o No campo pessoal, existiu muita motivação e foi gratificante o facto de ir assistindo ao

aparecimento progressivo de leituras indicadoras de sucesso e de viabilidade do caso de

estudo.

No futuro, o sistema de quebras da PM2 tem ainda vários casos aplicáveis e que têm excelente

probabilidade de viabilidade económico-financeira, recomendando-se o estudo porque a filosofia

processual é semelhante. A PM1 e outras fábricas de papel do Grupo terão casos idênticos.

Um exemplo de um outro sistema que revela grandes probabilidades de se efectuar uma

optimização semelhante é o sistema processual do Stand-Pipe, em que a válvula está muito fechada e a

bomba e motor de indução a rodar em excesso de velocidade.

Sem efectuar muitos cálculos, existe uma probabilidade elevada de diminuir a facturação

energética na ordem dos 100.000 €/ano, além das toneladas de GEE não emitidas para a atmosfera,

contribuindo para a sustentabilidade ambiental.

Como se podem adiantar valores desta grandeza? Porque existem vários casos semelhantes, entre

4 e 6 motores nos sistemas de quebra e aproximação de pasta da PM1 e PM2.

Em síntese, considerando os prós e contras focados ao longo deste capítulo, recomenda-se algum

cuidado com o projecto e controlo dos motores de indução através dos variadores electrónicos de

velocidade, no sentido de evitar sinais parasitas, aumento do THD na rede e diminuição do ciclo de



vida do motor. Pelo lado das vantagens, tem-se um retorno do investimento rápido, a diminuição da

energia consumida, a contribuição para a sustentabilidade ambiental e a melhoria das condições

processuais.

Um futuro caso de estudo seria a análise de barramentos que alimentassem unicamente cargas

não lineares com e sem transformadores especiais, com e sem filtros especiais de harmónicas [17].

Este caso de estudo desenvolvido neste capítulo serviu de base à submissão de uma publicação

aceite para publicação no ICREPQ 2012, a realizar em Santiago de Compostela – Espanha, de 28 a

30 de Março de 2012.



97

5 Tema IV: Análise Energética e Qualidade do Ar

Interior dos Edifícios Administrativos

5.1 Motivação

Este tema foi associado ao Estágio e complementa-o adicionando conhecimento e experiência

nesta área da engenharia aplicada. Os edifícios objecto de estudo são utilizados pelas Estruturas de

Gestão da Manutenção, cujo Director é o Supervisor Externo do Estágio, que sugeriu esta tarefa como

um dos temas a integrar no plano de Estágio, assentando em dois motivos fundamentais:

1. Pela necessidade de existir uma equipa interna da Soporcel no acompanhamento e colaboração

com a empresa Siemens no levantamento de existências, nas diversas auditorias a realizar nas

diversas fases do processo, na organização e angariação da diversa documentação dos edifícios

e das características dos equipamentos, etc.;

2. Pelo interesse e conteúdo em conhecimentos polivalentes na área da engenharia, pelo assunto

em si, inegavelmente contemporâneo, contribuindo para a sustentabilidade e para o

cumprimento dos acordos internacionais de Quioto, Copenhaga e Cancun e pela abrangência do

tema no conteúdo programático do MACSE-ISEC115

. Assim, aproveitou-se um caso prático para

solidificar os conhecimentos teóricos adquiridos nas Unidades Curriculares de GADS e ER116

,

ao aplicar e assimilar os termos e a linguagem da especialidade e em simultâneo conhecer a

legislação aplicável.

À partida tem-se a consciência que a responsabilidade e a autonomia da acção neste processo são

muito limitadas devido à adjudicação completa a uma Empresa certificada, mas, exactamente pela

mesma razão, também tem a vantagem de se trabalhar com técnicos especializados no assunto.

5.2 Introdução

Motivado pela directiva nº2002/91/CE, pela consequente legislação [45] e também pela estratégia

do Grupo interno em torno da eficiência, foi necessário proceder-se à certificação dos Edifícios

Administrativos da Pasta e do Papel do Centro Fabril da Soporcel.

115

MACSE-ISEC – Mestrado de Automação e Comunicações em Sistemas de Energia (ISEC). 116

GADS e ER – Unidades: Gestão Ambiental e Desenvolvimento Sustentável; Energias Renováveis.

Capítulo 5 - Análise Energética e Qualidade do Ar Interior dos Edifícios Administrativos


A Portaria 461/2007 calendarizou os seguintes prazos para a certificação dos edifícios:

A partir de 1 de Julho de 2007, para os novos edifícios destinados à habitação com área útil

superior a 1000 m² e os edifícios de serviços, novos ou que fossem sujeitos a grandes obras de

remodelação, com área útil superior a 1000 m² ou de 500 m², consoante a respectiva tipologia

(nºs 1º ou 2 do artigo 27º do RSECE);

A partir de 1 de Julho de 2008, para os edifícios novos, independentemente da sua área ou fim;

A partir de 1 de Janeiro de 2009, para todos os edifícios (onde se enquadravam os edifícios

administrativos em análise, mesmo estando a sua localização integrada no complexo

industrial).

Havia que cumprir a calendarização117

e já há alguns meses que existiam contactos e o pedido de

cotação a Empresas legalmente competentes. A escolha recaiu na Siemens SA, que a partir desse

momento lideraria o processo técnico contando com a colaboração da estrutura técnica da Manutenção

para acompanhar todo o processo de levantamento de equipamentos, estruturas, documentação

complementar, diagnóstico e medições de variáveis locais, etc.

Foi aprovado um plano inicial com o agendamento temporal ilustrado na Fig. 78 após ter sido

sujeito à apreciação e discussão entre as partes, ficando acordado o objectivo claro de fazer todo o

possível para que pudesse ser cumprido, até porque havia o compromisso de não retardar o processo

tendo em vista o cumprimento da legislação.

Foi acordado ainda, que no caso de surgirem dificuldades, designadamente a realização de tarefas

de recondicionamento, obras e investimentos necessários para o cumprimento das directivas,

actualizar-se-ia a calendarização, mas a ideia que ficou bem vincada foi o objectivo de garantir a

certificação o mais rapidamente possível.

117

Portaria 461/2007 – Calendarização para a certificação dos edifícios.

Fig. 78 - Agendamento inicial das tarefas [49].



99

5.3 Levantamento da documentação e dados preliminares

Esta tarefa foi efectuada pela nossa equipa técnica e não deveria demorar mais que uma semana a

chegar à Empresa contratada, tal como se pode verificar no plano da Fig. 78.

Em concreto, foram obtidos os desenhos técnicos da implantação na área fabril, topografia,

estruturas, construção civil, electricidade, água, saneamento, telefones e comunicações e AVAC118

dos

edifícios administrativos.

A partir da referida documentação, foi efectuada uma primeira inspecção no local, para

reconhecimento preliminar que confirmasse ou corrigisse a planta desenhada e que em simultâneo

garantisse que as futuras auditorias e levantamentos não fossem retardados. De qualquer das formas

poderia também desencadear um eventual processo de actualização de algum pormenor cuja

actualização não tivesse sido efectuada nos desenhos do arquivo.

Uma segunda visita foi efectuada, com mais pormenor. Cada divisória, zona comum ou espaço

ocupado do edifício administrativo foi localizado, registada a actividade e a denominação respectiva,

anotada a dotação da ocupação, feito o levantamento dos dispositivos de consumo energético,

verificada a sua potência e identificado qual o tipo de climatização, tal como se ilustra na Fig. 79.

Os dados obtidos nesse levantamento foram enviados de imediato para a Siemens SA, doravante

apelidada de Contractor, de forma a cumprir o planeamento temporal da Fig. 78.

118

AVAC – Aquecimento, Ventilação e Ar Condicionado.

Fig. 79 - Levantamento de equipamentos consumidores de energia [49].



Os dados dos levantamentos serão analisados nas instalações da empresa contratada, de forma a

definir a estratégia da pré-avaliação do ar interior, dos locais onde se irão instalar os equipamentos de

medida da energia e de monitorização do sistema AVAC e se à partida, por inevitabilidade, se podem

sugerir as primeiras recomendações ao cliente (Soporcel), de forma a poderem ser programadas e se

possível realizadas, enquanto as restantes fases do trabalho se vão desenrolando.

5.4 Medição de consumos de energia

Um edifício com a área útil superior a 1000 m2 no âmbito do RSECE

119 pode ser sujeito a um

plano de racionalização energética contendo um conjunto de medidas que visam a redução de

consumos ou de custos de energia, obviamente sustentadas na exequibilidade e na sua viabilidade

económica. Para tal é necessário monitorizar os consumos de energia na sequência de uma auditoria

energética [46].

Essa foi uma das tarefas realizada em colaboração com o Contractor e que é demonstrada na Fig.

80, através da aquisição das variáveis eléctricas em pontos estratégicos previamente definidos,

designadamente em quadros gerais e parciais. Os quadros dos sistemas de ventilação foram também

sujeitos a especial atenção.

Esta actividade requer algum cuidado relativamente à segurança das pessoas e também da

instalação para além da operacionalidade dos serviços. Os circuitos estão sujeitos a tensão e há regras

119

RSECE – Regulamento dos Sistemas Energéticos e de Climatização dos Edifícios.

Fig. 80 - Medição de energia nos quadros gerais e quadros parciais.



101

de segurança internas a cumprir de forma a precaver acidentes devido a contactos directos ou

indirectos. Daí a utilização de material de segurança e a demarcação da zona de trabalho.

Esta fase de monitorização é relevante, uma vez que os dados recolhidos serão analisados e

comparados com outros elementos do edifício obtidos pelo perito qualificado, contribuindo para

avaliar o desempenho energético do imóvel. No caso em análise, é um edifício existente (não é uma

construção nova), pelo que a sua classificação pode compreender nove classes, de “A+” para melhor

desempenho a “G” para pior desempenho.

Só após a análise dos dados pelo perito qualificado será possível saber o nível de desempenho.

Contudo, pelos índices registados e comparados com valores de referência das tabelas da legislação, o

edifício administrativo do papel deverá ter uma boa classificação energética. É a habitual cultura da

Soporcel zelar pela eficiência energética nas várias vertentes, havendo no entanto, sempre margem

para optimizar.

Prevê-se à partida que após a análise de consumos e o tratamento dos dados surja a sugestão de

melhorar a eficiência energética, especialmente na iluminação, designadamente:

Substituição de algumas lâmpadas incandescentes por fluorescentes compactas;

Substituição de lâmpadas de halogéneo por lâmpadas de tecnologia LED, especialmente no

Hall e auditório;

Substituição de lâmpadas fluorescentes tubulares com balastro ferromagnético para balastro

electrónico e lâmpada fluorescente tubular T5120

;

Montagem de detectores de presença para comando da iluminação dependente da presença

de pessoas em locais de presença esporádica;

Poderá haver a sugestão de mudança de comportamento, designadamente na perspectiva de

desligar os PCs fora do horário de trabalho;

Instalação de um sistema domótico integrado e de gestão de consumos.

Nas propostas de melhoria energética o PQ121

tem de referir o custo estimado do investimento, a

redução anual na factura energética e a estimativa temporal de retorno do investimento.

5.5 Conceitos sobre a Qualidade do Ar Interior (QAI)

A QAI122

dos edifícios corresponde a regras basilares no conforto e saúde dos utilizadores e em

simultâneo no rendimento e durabilidade do equipamento. Na última década acentuou-se a tendência

120

T5 – Terminologia para diâmetro de 16 mm. 121

PQ – Perito Qualificado. 122

QAI – Qualidade do Ar Interior.



de crescimento de aplicações de climatização e por conseguinte uma preocupante elevada taxa de

crescimento do consumo energético.

Existem compostos potencialmente perigosos libertados no interior dos edifícios devido a

emissões com origem nos próprios materiais de construção e ornamentação, nos produtos de limpeza e

de higiene pessoal, nos bolores e fungos e ainda poluição de origem microbiana.

A União Europeia publicou a Directiva 2002/91/CE dirigida ao desempenho energético dos

edifícios e como consequência o RSECE, através do DL79/2006 de 4 de Abril. Este surge com a

preocupação de quatro objectivos básicos, designadamente, na definição do conforto térmico e de

higiene, na melhoria da eficiência energética global, na imposição de regras de eficiência aos sistemas

de climatização e ainda na monitorização regular das práticas de manutenção nesses sistemas [46].

Entre os objectivos propostos destaca-se a QAI, com requisitos e exigências de conforto térmico,

tal como a velocidade máxima do ar interior (0,2 m/s), valores mínimos para a renovação do ar e de

concentração de substâncias poluentes [46].

5.6 Visita preliminar e pré-avaliação

A Soporcel costuma primar pela excelência e por filosofia própria não obtém satisfação apenas

ao alcançar resultados medianos, tenta obter os melhores possíveis. Os objectivos tendem a ser

cumpridos e o próprio Contractor imbuído na mesma filosofia, definiu o plano garantindo assim que

não haveria imponderáveis no cumprimento do objectivo.

Foi efectuada uma visita preliminar, de resto recomendada na Nota Técnica do procedimento

funcional dos processos de certificação, com a finalidade de actualizar a informação previamente

recebida, antecipar e propor melhorias e ainda recolher informações complementares necessárias ao

planeamento da auditoria da QAI. A nossa equipa técnica envolveu-se colaborando na recolha dos

elementos e em simultâneo na apresentação e justificação dos trabalhos em curso pelos diversos

departamentos dos edifícios. A metodologia usada nessa visita é descrita na Nota Técnica NT-SCE-02,

estabelecida no âmbito do RSECE e SCE123

[47].

A larga experiência do Contractor noutros processos de certificação de edifícios permitiu-lhes

antecipar hipóteses semelhantes às verificadas, em que o sistema AVAC até está bem dimensionado e

a manutenção é adequada, mas os utentes, por desconhecimento, poderem diminuir a eficiência da

ventilação, por exemplo ao bloquearem inadvertidamente o circuito do ar, levando a um ligeiro

agravamento dos valores do ar ambiente, próximos dos limites de aceitação. Esta visita preliminar

acrescenta a vantagem de avaliar e sensibilizar os utilizadores dos espaços, eliminando à partida as não

conformidades desnecessárias.

123

SCE – Sistema Nacional de Certificação Energética e da Qualidade do Ar Interior nos Edifícios.



103

5.7 Auditoria de QAI

A despistagem da existência de agentes biológicos no ambiente interior é uma das preocupações

e um requisito para a certificação do edifício, daí a importância da ventilação eficiente e sem excesso

de humidade.

Segundo a OMS124

não é possível identificar, de um modo geral, espécies individuais de

microorganismos ou de outros agentes biológicos específicos responsáveis por efeitos prejudiciais à

saúde, com excepção de algumas alergias comuns atribuíveis à exposição de agentes específicos tipo

ácaros e animais domésticos [48].

Outra das preocupações no âmbito da QAI é o fumo do tabaco. Nos edifícios de escritórios, onde

os ocupantes passam várias horas, é frequente haver espaços reservados para fumar. É importante

verificar se nessas zonas a ventilação é suficiente e os espaços mantidos a pressão negativa, para os

poluentes não migrarem para o sistema de ventilação comum, evitando incomodar os não fumadores.

De notar que as Directrizes da OMS para o fumo do tabaco ambiente (FTA), publicado nas

Directrizes da Qualidade do AR para a Europa pela OMS, WHO – 2000, são claras e ainda se

encontram válidas, referindo não existir evidência quanto a um nível de exposição seguro para a saúde

humana [48].

124

OMS – Organização Mundial da Saúde.

Tabela 6 – Concentrações máximas de referência [47].



Na medição de poluentes e os parâmetros das concentrações máximas admitidas são ilustrados

nas Tabela 6, obtida da NT-SCE-02 [47], a qual recomenda ainda, especialmente se houver queixas,

que os ocupantes devem ser entrevistados e a fonte de poluição determinada, seja ela interna ou

externa.

Foi prestada colaboração ao Perito Qualificado (PQ) na monitorização dos espaços do edifício e

em cada local foram efectuadas medições volumétricas, espessura dos vidros, levantamento de

materiais, anotada a dotação, registadas as concentrações, indagação de eventuais queixas, etc.

Esses dados permitem a concepção de um relatório posterior caracterizando o espaço, a avaliação

sensorial do PQ, a sensibilidade dos ocupantes sintetizando um conjunto de parâmetros físicos e

químicos, como por exemplo o ilustrado na Fig. 81.

O método e os equipamentos utilizados no processo de avaliação e monitorização dos dados

obtidos pelos diversos locais do edifício foram fornecidos pelo Contractor que em última análise é

quem tem a responsabilidade de garantir a sua fiabilidade e a aferição periódica em instituições

certificadas para o efeito, DL 291/90.

Alguns dos equipamentos utilizados estão ilustrados na Fig. 82.

Fig. 81 - Exemplo da apreciação e valores obtidos num gabinete durante a visita preliminar [49].

Fig. 82 - Dispositivos utilizados na auditoria: 1 - Medidor laser de distância; 2 – Fluxímetro;

3 – Medidor de espessura dos vidros; 5 – Anemómetro; 4 e 6 – Analisador gases do ar interior;

7 – Medidor de temperatura a termopar.

1) 2) 3) 4) 5) 6) 7)



105

5.8 Inspecção aos sistemas AVAC

5.8.1 Notas introdutórias e enquadramento

O sistema AVAC é uma peça chave no processo de certificação dos edifícios, pela energia

despendida no processo e pelo binómio qualidade/quantidade do ar que o sistema serve. Assim, é

fundamental garantir as condições de higiene e de manutenção.

Devido à sua importância, mereceu cuidados adicionais do Legislador através de Directivas

Europeias transpostas para leis Nacionais. As instalações AVAC devem possuir planos de manutenção

preventiva permanentemente actualizados, que estabeleçam com clareza as tarefas previstas e a sua

periodicidade, cobrindo as recomendações dos fabricantes dos equipamentos e cumprindo a

regulamentação existente. Daí a exigência de haver um TRF125

pelo desempenho da instalação com as

competências e qualificações definidas no artigo 21º do DL 79/2006 de 4 de Abril e que deve

acompanhar o PQ126

no processo da inspecção [47].

Para garantir os critérios de qualidade, a legislação define que as tarefas de manutenção devem

ser executadas por técnicos certificados, TIM127

, com as competências definidas no artigo 22º do

mesmo Decreto-lei.

Para ambos, os TRF e TIM é obrigatório adequar e comprovar a actualização profissional num

prazo não superior a cinco anos [46].

Na Soporcel a competência referida nos parágrafos anteriores é garantida por Técnicos de uma

Empresa contratada para o efeito128

, que executam e gerem autonomamente as tarefas acordadas

apenas com o enquadramento de um Quadro Superior da Soporcel.

5.8.2 Circuito de acondicionamento e circulação do ar

Durante a visita preliminar foi dada especial atenção a UTAs e UTANs129

, rede de condutas,

ventiloconvectores, filtros e unidades de aquecimento por indução.

Os requisitos de conformidade para o estado e limpeza das condutas podem exigir portas de visita

em função da sua configuração: inclinação, dimensões de troços rectos, mudanças de direcção, etc.

Aleatoriamente foram recolhidas amostras para futura análise.

125

TRF – Técnico Responsável pelo Funcionamento. 126

PQ – Perito Qualificado. 127

TIM – Técnico de instalação e manutenção de sistemas de climatização, nível II e III e de QAI (TQAI). 128

Empresa contractada – ORLACOR. 129

UTAs e UTANs – Unidades de Tratamento de Ar e Unidades de Tratamento de Ar Novo.



Fig. 83 – Chillers do edifício do Papel.

Foram verificados os andares de filtragem e a classificação mínima F5 (EN 779) [49] [50] para o

filtro antes das baterias ou permutadores, em accionamentos com correias ou a seguir a atenuadores

acústicos, promovendo o recondicionamento onde se aplicasse.

Nos permutadores foi onde se efectuou alguma beneficiação e até substituição após a

recomendação no âmbito da visita preliminar, devido à detioração provocada pelo meio ambiente

(proximidade marítima).

Foi confirmado durante a visita às salas que a insuflação e extracção do ar são de facto efectuadas

através de grelhas, que atenuam, dispersam e distribuem o fluxo de ar, em detrimento de um jacto

concentrado, evitando mal-estar provocado pela velocidade da passagem do ar (0,2 m/s) [46]. Num ou

noutro caso foi recomendado a sua substituição devido a indícios de deterioração.

5.8.3 Circuitos de água quente e fria

Nos edifícios da pasta e papel, o sistema de água quente sanitária é alimentado por

termoacumuladores, logo, consumindo energia eléctrica, pelo que provavelmente será recomendado

no PRC130

a montagem de um sistema solar térmico.

Embora a energia eléctrica que é fornecida aos edifícios seja produzida na Empresa e considerada

energia renovável devido à sua produção ter origem a partir do combustível queimado nas caldeiras de

biomassa, pode-se com esta medida evitar o seu consumo e reaver o investimento num prazo médio e

simultaneamente contribuir para a sustentabilidade.

No edifício do Papel, a produção de água fria e quente para o ar condicionado é conseguida por

vários chillers131 (Fig. 83) e bombas de calor,132

para além de duas unidades tipo split133 e ainda duas

130

PRC – Plano de Racionalização de Consumos. 131

Chiller – Máquina de produção de água fria pelo método de compressão de vapor ou pelo ciclo de

compressão refrigeração. 132

Bombas de calor – Processo de aquecimento de ar através do ciclo termodinâmico. 133

Split – Sistema de refrigeração composto por dois módulos (um interior e outro exterior).

Fig. 84 – Ventilador e filtro do edifício do papel.



107

do tipo de expansão directa134 para aplicações especiais no Laboratório, pois este requer estabilidade

ambiental devido aos procedimentos funcionais no âmbito das normas de qualidade.

Já no edifício da Pasta, a água quente é obtida através de um permutador vapor-água, com o

condensado resultante a ser reenviado para o sistema da caldeira a biomassa. A água fria é obtida

através de um sistema de chillers.

Há que contar ainda com as diversas unidades tipo split que têm vindo a substituir as unidades

obsoletas do tipo ventiloconvector, à medida que estas têm vindo a ser abatidas após se considerarem

irrecuperáveis.

Nas medidas efectuadas durante a visita, do ponto de vista sensorial genérico, algumas unidades

recomendavam o seu recondicionamento ou melhoramento, devido a indícios de pouca eficácia.

Após a recepção do relatório preliminar, foram executadas as sugestões de melhoria propostas

pelo Contractor, em que algumas não eram obrigatórias para garantir a aprovação no âmbito do SCE.

No entanto, a Empresa tem como filosofia atender às boas sugestões dos especialistas. Um exemplo

das sugestões efectuadas está expresso na Fig. 85.

Tal como recomenda a NT-SCE-02 [47], são ainda recolhidas pelo PQ amostras da água para

despistagem de existência da legionella.

Esta despistagem é importante, no entanto a Empresa já desenvolvia esforços e tomava medidas

de controlo e combate à legionella em todo o sistema fechado de águas, inclusive no sistema fabril

muito antes do processo de certificação em curso, pelo que não se esperavam surpresas.

O processo de recolha tem procedimentos funcionais de alguma complexidade, executado por

peritos e obedece a métodos técnicos e temporais que devem ser respeitados, designadamente a

escolha do local de amostra, o conhecimento da eventual presença de biocidas para tratamento, a

desinfecção do ponto de amostragem, o tipo de recipientes recomendados, variações de temperatura, o

134

Tipo de expansão directa – caracteriza-se pela expansão do gás numa serpentina que absorve o calor do

espaço ambiente.

Fig. 85 – Vistoria a equipamentos do Sistema AVAC [49].



transporte e o prazo de entrega das amostras no laboratório que não pode ser excedido, tal como é

recomendado no anexo IV (pág. 16), da NT-SCE-02 [47].

5.8.4 Análise dos dados e recondicionamento dos sistemas

Após a obtenção dos dados documentais de caracterização dos edifícios, do levantamento de

existências de equipamentos, da recolha das variáveis energéticas nos respectivos quadros eléctricos,

da recolha de amostras laboratoriais e da inspecção ao estado da instalação durante a visita preliminar

e auditoria aos sistemas energéticos, AVAC e à QAI, o Contractor entendeu que tinha os elementos

necessários para analisar toda a informação recolhida, num local que garantisse as condições de

trabalho adequadas, i.e., na sua sede.

Esta fase dos trabalhos não contemplou a nossa equipa técnica, como é expectável num processo

idóneo, contando apenas com os seus Peritos Qualificados.

Seguidamente foi elaborado um relatório com algumas sugestões de melhoramento, o qual foi

enviado para a Empresa e posteriormente apresentado à equipa técnica interna que acompanhou o

processo e à respectiva Direcção.

Daí resultou a aceitação das sugestões de melhoramento na instalação e nos procedimentos

organizativos e funcionais que foram enviados às equipas da Realização Local (Manutenção) e à

Empresa que assume as tarefas de execução nos sistemas AVAC, por forma a cumprirem-se esses

objectivos o mais rapidamente possível, sendo que superiormente era emanada a orientação da

brevidade e do interesse de cumprir essas recomendações.

Algumas dessas tarefas iriam demorar algum tempo a preparar e a executar, daí que se tenham

estendido um pouco mais os prazos iniciais.

5.9 Emissão de Certificados Energéticos provisórios

Quando as condições pré-estabelecidas na reunião de análise do relatório e das sugestões de

melhoramento foram terminadas foi enviado pelo Contractor o Certificado de Desempenho

Energético e da QAI, cuja auditoria foi realizada entre Novembro de 2010 e a respectiva data de

conclusão de 31 de Maio de 2011.

O documento regista que a certificação irá ter a validade até 12/07/2014.

O mesmo documento faz várias propostas de melhoria de desempenho energético e da QAI para

os dois edifícios (da Pasta e do Papel), complementando com a previsibilidade da redução anual da

factura energética, do custo do investimento e do período de retorno do investimento. Dentro das

melhorias propostas destacam-se a substituição de chillers e a substituição da unidade Close-Control

por outras mais eficientes, melhorar a recuperação de calor nalgumas UTAs, a instalação de um



109

sistema solar térmico com depósito de acumulação, implementação de sistema de gestão de consumos,

melhoria da iluminação com substituição de lâmpadas por modelos mais eficientes, etc.

Na Fig. 86, ilustra-se (apenas parte dos documentos recebidos por questões de privacidade), onde

se deduz a classe de desempenho atribuída para os dois edifícios administrativos que foram sujeitos ao

processo de certificação.

À partida pode-se supor que um edifício com a classificação de A+ nada tem a melhorar. A

classificação é beneficiada pela característica fundamental do tipo de energia consumida nos edifícios.

É considerada energia verde devido à produção própria em turbinas movidas a vapor originário das

caldeiras a biomassa alimentadas pelos resíduos orgânicos do processo produtivo: serradura, nós,

cascas e licor negro concentrado extraído no processo do cozimento da madeira. A Empresa está

sempre disponível para melhorar estando planeadas outras reuniões com o Contractor e com o

fornecedor de Serviços AVAC para pedir cotações que permitam lançar os planos de investimentos a

serem realizados em 2012.

5.10 Conclusões

Na realidade este foi o tema em que a autonomia do Estagiário era mais limitada. O desempenho

cingia-se à colaboração necessária no âmbito do acordo entre a Direcção de Manutenção e uma

empresa muito experiente no ramo da certificação de edifícios, que tinha o trabalho adjudicado. No

entanto, o acompanhamento tem a vantagem de promover competências e a familiarização com os

termos técnicos e com a legislação em vigor.

Confirmaram-se ainda as vantagens de lidar com técnicos com muita experiência e especializados

no tema, permitindo com frequência esclarecer dúvidas e adquirir prática e sensibilidade operativa

acerca dos equipamentos utilizados na recolha das variáveis físicas relativas à construção de edifícios,

variáveis energéticas e parâmetros da qualidade do ar interior, que são determinantes para a aprovação

no âmbito do SCE e na passagem do respectivo certificado.

Relativamente à classificação atribuída, no caso dos objectos em estudo, os edifícios

administrativos das fábricas de pasta e papel, obteve-se a classificação A+ para ambos os edifícios, foi

Fig. 86 – Emissão dos certificados energéticos provisórios dos edifícios da Pasta e do Papel [49].



o resultado da apreciação por Peritos Certificados, usando critérios pré-estabelecidos. Não foi possível

obter todos os dados que levaram ao índice atribuído, pelo que se aceitam sem reservas, com a

convicção que o tipo de energia consumida teve muita influência, ao ser produzida na própria Empresa

através do processo de biomassa.

Sem merecer qualquer contestação, de qualquer das formas, seria recomendável que o Legislador

revisse os critérios e parâmetros, colocando a fasquia a níveis mais difíceis de atingir, de forma a levar

a que os proprietários sejam aliciados e motivados a perseguir uma melhoria contínua. No caso, se a

classificação à partida é a mais alta (A+), o que pode motivar o investimento? Provavelmente só os

próprios critérios da procura da excelência, que é o paradigma da Soporcel.

Em boa verdade, inicialmente este tema não tinha muita relação com os objectivos centrais do

Estágio, até porque não se refere directamente às Máquinas de Papel. No entanto, após a sua conclusão

verifica-se que as técnicas, a organização, os conceitos metrológicos, os paradigmas da eficiência

energética e da QAI facilmente se transportam para parte industrial. A sua influência manifestou-se na

forma de abordagem do Tema 2 (sobre a eficiência em motores de indução com VEVs).

Em complemento, o tema despertou o interesse pela análise da possibilidade de haver formas de

energia desperdiçadas nas Máquinas de Papel que possam ser convertidas e posteriormente

aproveitadas nos edifícios administrativos ou até nas instalações sociais, como é o caso dos balneários

dos colaboradores com a actividade próxima das instalações fabris.

Sem se ter efectuado qualquer análise académica, apenas pela sensibilidade do autor, adquirida

em 30 anos de actividade profissional na indústria da pasta e papel, se poderá deduzir que há margem

de recuperabilidade de energia. Como exemplos:

A energia térmica da exaustão das Secarias das duas Máquinas de Papel é recuperada

parcialmente, mas será no limite?

Os efluentes das máquinas de papel transportam uma carga considerável em energia térmica, bem

expressa no caudal médio conjunto de 350 l/s, à temperatura de 42 ºC (O pH=8.2, teor de sólidos

apenas de 0, 01 g/l). Poderiam ser um caso de estudo a exemplo do projecto-piloto em Straubing, na

Alemanha [51]? Outro exemplo, na Finlândia obtém-se água dos lagos a temperaturas relativamente

baixas mas a diferença de temperatura para o ar ambiente é significativa, pelo que há vantagens no uso

das bombas de calor [52].

O futuro revelará a necessidade de aproveitar todas as fontes de energia, contribuindo-se para a

optimização dos conceitos técnico-processuais nas Máquinas de Papel (objectivo do presente Estágio),

para a eficiência energética, redução de GEEs e por conseguinte, para a sustentabilidade e o

cumprimento dos acordos de Quioto, Copenhaga e Cancun.



111

6 Conclusões

Os objectivos que foram propostos para o Estágio poderiam parecer à partida demasiado

ambiciosos e de difícil execução, pois abrangiam diversas áreas técnicas em ambiente industrial de

elevada exigência. No entanto os Orientadores e Supervisor do Estágio, ao depositarem a confiança no

mérito das acções contidas no plano de trabalho, motivaram o Estagiário para o seu desenvolvimento e

conclusão, contribuindo ainda para a orientação da direcção e da estratégia cada vez que se justificava.

Como o local onde ocorreu o Estágio é o ambiente industrial em que o Estagiário desenvolve a

sua actividade profissional há mais de mais de vinte anos, existia um conhecimento aprofundado do

processo fabril e da especificidade técnico-prática da profissão. Adicionalmente, os conhecimentos

teóricos adquiridos pela frequência no MACSE complementaram essa experiência [53]. Estes dois

aspectos resultaram numa vantagem evidente que permitiu desenvolver com sucesso o plano de

trabalho ambicioso que foi proposto, ao considerar que a área de manutenção oferece desafios para a

ciência e para as empresas, a fim de optimizar o desempenho de equipamentos e instalações [54].

A experiência na industria referida tem, no entanto, a desvantagem que foi identificada na

elaboração deste relatório, ao verificar que alguns termos técnicos e da nomenclatura papeleira, que

são triviais para o Estagiário não o são de facto para quem, fora desta industria, lê o documento, tendo

este facto resultado num esforço complementar de redacção, mas, ao mesmo tempo, num

enriquecimento da linguagem do presente relatório.

Outra dificuldade sentida durante a realização do Estágio, e com vista ao cumprimento do plano

de trabalho, foi a constatação de nem sempre foi possível cumprir alguns dos objectivos temporais,

principalmente devido a alterações de planeamento interno e a dependência de terceiros.

No entanto, as vantagens sobrepõem-se claramente às desvantagens enunciadas. Como o

objectivo principal era promover as “Optimizações Técnico-Processuais em Máquinas de Papel”, a

experiência contribuiu para que várias optimizações fossem propostas e concluídas, encontrando-se

outras em fase de conclusão. Estas últimas são realizáveis apenas na paragem anual de Janeiro de 2012

ou aguarda a disponibilidade dos TCPs de Turno. Há ainda algumas propostas que se encontram em

fase de análise por outras estruturas da organização como é o caso do controlo do guiamento do feltro

das prensas (acção proposta na Secção 3.4.4).

O método utilizado para seleccionar os temas de trabalho foi o conhecimento pessoal do

Estagiário das áreas de maior interesse e as sugestões das estruturas da Operação e da Manutenção. A

elaboração e execução das acções foi essencialmente conseguida pela Equipa da Realização Local da

Manutenção, que demonstrou um desempenho muito relevante.

Capítulo 6 - Conclusões


Durante a execução de algumas tarefas, a componente de Segurança teve que ser reforçada e

cumpridas as respectivas regras procedimentais internas, porque se actuava com a fábrica em

laboração, enquanto se efectuavam diagnósticos e amostragens em locais sujeitos a tensões elevadas

(até 1000 V). Este ambiente de trabalho pressupõe o risco assumido da perda de produção com custos

elevados (estimados em 48.840 €/h) e mesmo o risco de acidente. No entanto, ao cumprir com rigor as

regras impostas, esses riscos são praticamente nulos. Assim, a actividade neste ambiente fabril em

laboração e com elevado rigor em termos de segurança, torna-se numa das vantagens que mais

valoriza os estágios curriculares protocolados com instituições do ensino superior, especialmente

quando efectuados em empresas da dimensão da Soporcel.

No final de cada capítulo deste relatório foram tecidos alguns comentários em forma de

conclusão, evidenciando-se seguidamente os que se consideram mais relevantes.

No Tema I, desenvolvido no Capítulo 2, relativo à coordenação da Equipa do C&P, e de acordo

com a percepção já existente anteriormente, pôde constatar-se que a componente mais complexa foi a

gestão das próprias pessoas, mais do que a gestão das instalações. Nesta área elege-se como a acção

mais relevante a solicitada aos Elementos de Turno, no sentido da implementação, simulação e

apresentação suportada na aplicação virtual ITS.

A autoformação foi globalmente promovida através do estabelecimento de objectivos práticos de

realização.

O envolvimento no projecto da filosofia Lean e dos conceitos (5Ss+1), permitiu confirmar com

agrado que uma equipa se pode envolver fortemente num projecto interno comum, tendo ainda neste

caso apresentado motivação adicional para inovar na organização dos ficheiros de trabalho através da

introdução de páginas em formato “html”.

Coordenar uma equipa foi motivante e o desafio permanente foi adquirir características de

liderança.

No Tema II, apresentado no Capítulo 3, desenvolveram-se algumas acções na área da automação.

A Equipa do C&P possui elementos com elevada competência nesta área. Por esse motivo, foram

propostas diversas optimizações, facilitadas pelo conhecimento e experiência processual papeleira do

Estagiário e que foram realizadas pela Equipa, ou que estão na fase de realização, dependendo do

planeamento para a paragem anual.

O MCS é um dos sistemas fundamentais da PM2 e as optimizações que se implementaram

tendem a rentabilizar o investimento do upgrade de 2010 e possuem um retorno elevado pela

minimização do tempo de indisponibilidade da Máquina. Entre as optimizações realizadas, destacam-

se a melhoria da informação nas consolas de operação, a forma de analisar o fecho do NIP da

Speed-Sizer, a proposta de melhoramento do sistema de guia dos feltros, a solução para impedir o

atraso no sistema de lubrificação, a melhoria da eficiência do aquecimento de água da aparadeira da

Speed-Sizer e ainda o desenvolvimento de acções de optimização das componentes de segurança e do

meio ambiente, aplicadas ao sistema hidráulico das Calandras.



113

No Tema III, objecto de descrição no Capítulo 4, é suportado no caso de estudo real que teve por

objectivo alterar o controlo do nível de um tanque, até aí efectuado por motobombas com velocidade

fixa e abertura variável de válvulas automáticas, para o controlo de velocidade de uma das

motobombas e a consequente alteração, implementação e tuning do algoritmo de controlo.

Provavelmente foi a acção que exigiu maior componente de estudo multidisciplinar, com a

aquisição e aplicação de conhecimentos das áreas da mecânica de fluidos, energia, instrumentação e

controlo. A acção foi proposta pelo Estagiário e aceite pelos responsáveis da Manutenção. Tinha como

objectivos gerais analisar as vantagens e desvantagens da aplicação de VEVs em casos semelhantes da

Indústria da Pasta e do Papel e simultaneamente comprovar a sua viabilidade económica e quantificar

a sua contribuição para a sustentabilidade.

O caso prático estudado e implementado permitiu concluir sobre algumas desvantagens e antever

outras, assim como sobre as suas soluções:

- É deteriorada a qualidade da energia, em especial da Distorção Harmónica Total (THD);

aumenta o risco de avaria no motor devido a picos de tensão nos enrolamentos provocados pelas

características do sinal PWM e reflexões nos cabos, assim como picos de tensão nos rolamentos

provocados pelas c.m.c.; diminui a capacidade efectiva do transformador; aumenta o custo da

instalação; aumenta o risco de Downtime por avaria no VEV e pode ainda aumentar a temperatura nos

cabos, motor e transformador (o que, tendo sido medido, não se verificou nesta instalação).

- Para a minimização das desvantagens concluiu-se que se podem utilizar VEVs com filtros de

harmónicas e filtros dv/dt; motores com características especiais - já anteriormente previsto por uma

directiva interna; cabos de potência adequados, com malha de qualidade e bem instalados, seguindo as

recomendações do fabricante do VEV; formação e treino adequados da Equipa do C&P.

Apesar destas desvantagens, concluiu-se que as desvantagens foram superadas pelas vantagens

obtidas, destacando-se:

- A energia consumida foi fortemente reduzida com ganhos económicos significativos; a pressão

da linha foi reduzida implicando menor fricção, desgaste e fugas pelo empanque da válvula; menor

vibração, cavitação e ruído ambiente; maior controlabilidade; rampas de aceleração e desaceleração

controladas; menor custo com manutenção e limpeza; menor temperatura no grupo motor-bomba e

ainda o excelente contributo para a sustentabilidade com a redução de GEEs.

- No futuro, este exemplo servirá de referência para promover a alteração de casos que já foram

identificados pelo Estagiário, podendo ainda ser objectos de candidatura, caso haja interesse

empresarial, ao programa de incentivos “Gere” da parceria Adene/Erse.

Como motivação e satisfação complementar, este caso de estudo serviu ainda de base à

submissão de um artigo que foi aceite para publicação e apresentação na International Conference on

Renewable Energies and Power Quality - ICREPQ 2012, a realizar em Santiago de Compostela –

Espanha, de 28 a 30 de Março de 2012.

Capítulo 6 - Conclusões


No Tema IV, descrito no Capítulo 5, o objectivo era colaborar com uma empresa externa

contratada para a certificação dos edifícios administrativos. A autonomia do Estagiário foi mais

limitada nesta acção, mas permitiu adquirir competências nesta área e a familiarização com os termos

técnicos e terminologia usados por profissionais muito experientes nessa actividade. Acima de tudo,

permitiu tomar consciência das especificidades encontradas nos edifícios objecto de estudo e dos

deveres exigidos pela legislação em vigor, designadamente na QAI, sistemas AVAC e na concepção

arquitectónica e energética dos edifícios em estudo.

Esta acção permitiu ainda ao Estagiário formar uma opinião fundamentada sobre a legislação,

que neste caso prevê atribuir a classificação máxima, muito influenciada pelo fornecimento de energia

proveniente de fontes renováveis.

A colaboração neste projecto permitiu ainda ao Estagiário desenvolver uma nova sensibilidade

para estar mais atento aos processos industriais, que até esse momento passavam despercebidos, mas

que desde então se tornaram alvo de interesse para futuros casos de estudo de recuperação de energia

térmica. Foram identificados designadamente a exaustão das Secarias das duas máquinas de papel e os

seus efluentes que, ao serem alvo de recuperação de energia térmica, podem contribuir

significativamente para obter importantes reduções energéticas e por isso contribuir para a

sustentabilidade.

Após as breves conclusões temáticas anteriores, pode-se concluir globalmente que os objectivos

que orientaram as motivações do desempenho tinham invariavelmente a mesma preocupação comum

individual, empresarial e académica, podendo ser definidos por palavras como: eficiência, eficácia,

optimização da informação, minimização de indisponibilidade, aumento de produção, segurança,

sustentabilidade, ambiente e formação dos recursos humanos.

Conclui-se também, pelo decorrer dos trabalhos ao longo do estágio e na preparação e elaboração

deste relatório, da existência de inegáveis vantagens da inclusão na formação superior este tipo de

estágios protocolados com empresas e instalações industriais de grande dimensão.

Em termos individuais, este estágio permitiu cumprir dois objectivos pessoais importantes:

cumprir as metas estabelecidas para a Componente de Projecto/Estágio do Mestrado em Automação e

Comunicações em Sistemas de Energia e ainda realizá-lo com resultados muito positivos evidenciados

ao longo do presente relatório, com vantagens para a Empresa onde é exercida a actividade

profissional do Estagiário, resultando no paradigma da negociação relacional clássica,

“ganhar-ganhar” [3].

Finalmente, pode-se concluir que os objectivos propostos, apesar de terem sido temporalmente

difíceis de atingir, abrangeram áreas pluridisciplinares da engenharia e alguma complexidade de

realização, e foram conseguidos com sucesso individual, empresarial e académico.



115

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119

Anexos

Optimizações Técnico-Processuais em Máquinas de Papel


121

Exemplo de dois ramos da rede Profibus do CPU 01, ligando vários periféricos

Anexo I - Rede Profibus-DP entre PLC e ET200. Fonte: Projecto SIP800 [62].

Anexos


PLCs Pilz: dedicados à componente

segurança

Sala ER-119, (conhecida como Sala dos Servers)

Servers do MCS

Nota: CPU01..CPU06 dos 6 PLCs S7-400

Sala de controlo da Zona Húmida

Sala de controlo da Seca

Sala de Engenharia do MCS

Sala de Engenharia do DCS

Ligação à Rede da Honeywell

(ver próxima página)

Anexo II - Rede do MCS – Fonte: SIP800 modificado pelo upgrade de 2010 [62]



123

Ligação à Rede do MCS

(ver página anterior)

Sala de Controlo da Zona Húmida

Sala de Controlo da Zona Seca

Sala de Controlo das Bobinadoras

MIS

Anexo III - Parte da Rede do DCS Honeywell – Measurex [59]

Anexos


Disponibilização

para a

monitorização

Blocos de entrada analógica e

de escalamento a unidades de engenharia

Anexo IV - Blocos de programação no PCS 7 para monitorização dos sensores do NIP da Speed-Sizer [56].



125

Anexo V - Tendência dos sensores de posição do movimento de fecho da Speed-Sizer.

Anexos


Anexo VI - Monitorização do fecho da Speed-Sizer, evidenciando a zona do NIP.



127

Anexo VII – Registo do movimento dos rolos da Speed-Sizer e dos aplicadores de amido que influenciam o encosto.

Anexos


Anexo VIII – Registo para verificar a fiabilidade e estabilidade do sinal dos sensores.



129

Anexo IX - Parte da programação no PCS 7 para o by-pass à lubrificação [56].

Anexos


Sistema original

Alteração proposta

Anexo X - Alterações propostas para sistema pneumático do guiamento do feltro (SIP800 [62]).



131

Anexo XI - Diagrama funcional da alteração ao sistema de guiamento do feltro da 1ª. Prensa.

Anexos


Lado do Accionamento

da Máquina (Drive Side)

Lado da Condução

da Máquina (Tending Side)

Nº dos Pilares

Tags

Pressostatos

Caudalímetros

Localização física das caixas

Anexo XII - Página elaborada no Graphics Designer pela equipa da Realização Local para localização rápida das caixas de lubrificação [56].



133

Página original

Botão de by-pass colocado numa página original

Botão de acesso rápido

à página de localização

das caixas de

lubrificação

Anexo XIII - Botão de by-pass e pop-up adicionados à página original [56].

Anexos


PT 100

Transmissor de Temperatura (Hart

Protocolo), (saída 4..20 mA)

Conversor de disparo dos

semicondutores

(entrada a 4..20 mA)

Semicondutor do

controlo da corrente

para as Resistências

Anexo XIV - Sistema de aquecimento da água para a passadeira da Speed-Sizer – Alteração no controlo de temperatura.



135

Disjuntores

Anexo XVI - Fontes de alimentação (redundantes duas a duas), das extensões ET 200.

Esquema unifilar base

Anexo XV - Proposta: Anel com barramento de 24 VDC entre as ET200.

Anexos


Anexo XIX - Optimização das válvulas de Module-Jet: (melhoria de selagem e manutenção).

Anexo XVIII - Reservatório de retenção de fugas de óleo (Ambiente e Segurança)

Ligador de

desmontagem rápida

Anexo XVII - Válvula de isolamento e sensor de posição:- (segurança das pessoas).



137

Bb 2

Bb 1

Anexo XX - Sistema fabril do tinão de quebras secas.

Anexos


Corrente de modo comum na malha exterior de terra, devido à inexistência de cabos blindados [31].

Correntes de modo comum acondicionadas por cabos blindados [31].

Anexo XXI - Correntes parasita.



139

Tabela 7 - Custos associados a três cenários (caso de estudo, caso normal e atenuação de THD).

135

Valor residual estimado (usado como reserva total ou parcial). 136

XOV – Referência impressa no revestimento dos cabos usados e referência na comercialização [25]. 137

O custo total considera os valores dos componentes desactivados e que serão reutilizados noutros projectos ou

como reservas para substituição em caso de avaria.

Designação Quant. Caso #1 Caso #2

(VEV novo)

Caso #3

(Red.

Harmónicos)

Observações

#1- VEV ACS 600 de 400 kVA

(modelo descontinuado e reutilizado).

#2 - VEV ACS 800 de 205

kVA (regime normal, não

Heavy Duty) (caso de investimento

normal)

1 12.000 € 135

14.317 € 29.894 €

Modelo ACS 600

descontinuado.

Substituído por ACS

800.

Feeder 630 A (Tipo FE400A) 1

3.000 €

3.000 €

3.000 €

Feeder desactivado e

reserva disponível

Arrancador (Tipo NS160kW):

(desactivado e disponível para

reutilização)

1

- 4.000 €

- 4.000 €

- 4.000 €

Fica em spare no

MCC 17 (valor

negativo devido a

reutilização)

Cabo de alimentação XOV136

3x120/70 30 m 1.100 € 1.740 € 1.740 €

Retirado de uma

esteira (desactivado

desde 2005)

Cabo do motor XOV

3*240/120 70 m 0 € 0 € 0 €

Utilizado o mesmo

(características

apropriadas)

Cabo de sinal: 2x(2+1)x0,5 (blindado)

200/

100 m 240 € 120 € 120 €

No futuro será

Interbus

Bucim NPT 2 1/2" + execução de

redutor de 3" para 2 1/2" 1 120 € 120 € 120 €

Retirado o antigo para

posterior reutilização

Consumíveis diversos: (terminais, manga termo-retráctil, anilhas, porcas, braçadeiras de serrilha)

- 275 € 275 € 275 €

Módulo NAMC-11 1 1.318 € - - Faltava no VEV

reutilizado

Módulo NPBA - Interbus 1 - 200 € 200 € A instalar no futuro

Mão-de-obra especializada, - 900 € 750 € 750 €

Mão-de-obra não especializada

- 560 € 280 € 280 €

Totais 15.513 €137

16.802 €137

32.379 €137

Anexo XXII - Custos estimados do caso de estudo e de um caso de ocorrência normal.

Anexos


Anexo XXIII - Tendências do controlo do nível através da aplicação Uniformance.



141

i) - Simulação com vários tamanhos de impulsores para

um determinado tipo de bomba;

ii) - Possibilidade de simular para vários tipos de bomba;

iii) - Possibilidade de obter a gama de motor necessário

para cada simulação.

Anexo XXIV - Simulação do tipo de bomba da ABS [23].

Anexos


Simulação à velocidade nominal

e com 4 tipos de impulsor

Simulação a velocidades distintas

com o mesmo impulsor (470 mm)

Anexo XXV - Curvas específicas da Bomba ABS: BA300/250-60 (software ABSEL Pro [29]).



143

Anexo XXVI - Registo das variáveis (antes da mudança): nível, corrente do motor, sinais para controlo das válvulas, etc..

Anexos


Anexo XXVII – Resultado do tuning do controlador de nível.



145

Anexo XXVIII - Registo de abertura frequentes da válvula “B” que motivou a alteração da sua funcionalidade.

Anexos


Fig. i - Medidas no MCC 17 - Saída para o motor 1142, (antes de qualquer alteração: - sem VEV).

Fig. ii - Medidas no MCC 21 - Barramento de chegada (antes da montagem do VEV).

Fig. iii – Medidas no MCC 21 – Barramento de chegada, (após a montagem do VEV)

Anexo XXIX - Análise da qualidade da Energia nos barramentos dos MCC 17 e 21.



147

Anexo XXX - Estrutura da organização de directórios e ficheiros da PM2.

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