Controle de Ash Leaching e sistema de monitoramento Sticky Point para prolongar e otimizar as operações de Caldeira de Recuperação

Resultado de uma parceria duradoura que acompanha a planta de Imperatriz desde seu surgimento, a ANDRITZ e a Suzano foram responsáveis pela implementação do sistema de monitoramento e otimização das caldeiras, visando controlar a perda alcalina e, principalmente, reduzir a emissão de substâncias inertes.

Em ambientes industriais, poucos fatores são tão relevantes para o funcionamento fabril quanto as caldeiras. Elas são dispositivos responsáveis pela geração de energia por meio da produção e acumulação de vapor sob pressão superior à atmosférica. Utilizadas ao longo de séculos em diversas circunstâncias, desde o aquecimento da água até a produção de vapor, seu objetivo no contexto industrial consiste em gerar energia eficiente durante períodos prolongados, quando o processo é corretamente otimizado.

A Unidade Imperatriz, localizada no município homônimo, foi inaugurada oficialmente pela Suzano em 2014, representando mais um marco positivo nas operações da empresa. Inicialmente, a fábrica possuía uma capacidade produtiva de 1,5 milhão de toneladas/ano e gerava mais de 100 MW de energia. Com uma área ocupada de 1,5 milhão de m², atualmente a fábrica produz cerca de 1,8 milhão de toneladas/ano. Desde sua fundação, a operação fabril tem sido focada na produção de celulose e possui um compromisso sustentável e dedicado à preservação do meio ambiente, sendo esse um objetivo padronizado em todas as ações da empresa.

No entanto, como em toda experiência inovadora e, especialmente, no setor industrial, a nova unidade enfrentou desafios comuns à indústria de celulose. As principais dificuldades encontradas estavam relacionadas à otimização, monitoramento e vida útil das caldeiras. Conforme relatado por Wellington dos Santos, consultor de produção na unidade, ocorriam frequentes interrupções nas campanhas da caldeira devido a obstruções e incrustações, gerando instabilidade operacional significativa.

Com o objetivo de aprimorar suas operações e promover uma transformação positiva e eficiente na unidade fabril, a Suzano estabeleceu, em novembro de 2014, uma parceria com a ANDRITZ. Essa colaboração reúne a capacidade e as experiências de duas referências do mercado, visando a resolução de problemas industriais. Em relação a essa parceria, Michael Mota, Gerente de Recuperação e Utilidades, enfatiza: "É uma sinergia boa. Contamos com profissionais capacitados que trazem segurança da ferramenta que trabalham e, aliados ao nosso conhecimento da fábrica e do processo, conseguimos propor soluções eficazes para o processo em uma evolução constante."

Essa atuação conjunta, que teve início quase simultaneamente à inauguração da planta em Imperatriz, resultou em duas soluções principais e inovadoras para as dificuldades técnicas: o Ash Leaching e o Sticky Point. Esses dois sistemas foram responsáveis por uma notável melhoria na eficiência operacional ao longo dos últimos anos, representando um resultado bem-sucedido dessa parceria.

Conheça os sistemas Ash Leaching e Sticky Point

As duas implementações processuais adotadas pela equipe da ANDRITZ para aprimorar a produção na unidade Suzano Imperatriz foram o Controle de Ash Leaching e o sistema de monitoramento Sticky Point. Ambos os sistemas, voltados para monitoramento e tomada de decisão, têm impacto significativo em dois fatores principais: perda alcalina e purgação de inertes.

O processo de Ash Leaching (lixiviação de cinzas) é baseado na diferença de solubilidade dos sais em água. Essa abordagem torna-se relevante em condições específicas de temperatura, pH e concentração, em que os sais de sódio são menos solúveis do que o cloreto e o potássio (também conhecidos como "inertes"). Assim, o Ash Leaching atua no controle da perda de sódio e, principalmente, na solubilização e remoção desses sais do sistema.

Caldeiras expostas a altas concentrações de cloreto e potássio enfrentam sérios problemas, como corrosão e obstrução, que afetam os tubos do superaquecedor e outras partes do equipamento. Esses elementos também são responsáveis por causar entupimentos, exigindo uma limpeza regular dos tubos e, em situações extremas, a parada não programada da caldeira para a realização das manutenções necessárias.

"Nós temos um sistema de Ash Leaching que opera com uma disponibilidade muito boa, então fizemos trabalhos preliminares nele para garantir a disponibilidade desse projeto", diz Verciano sobre o controle de Ash Leaching desenvolvido pela ANDRITZ, que atua diretamente na otimização do processo de lixiviação.

“O Ash Leaching é um dos sistemas mais importantes nas caldeiras de recuperação, pois determina o quanto as campanhas da caldeira vão se estender e até a integridade dela. Isso ocorre porque, se tivermos níveis elevados (de cloreto e potássio), podemos ter incrustações, limitando o tempo de campanha, e até um ataque aos sistemas de metais, causando corrosão nos tubos e também diminuindo a vida útil do equipamento.” - Wellington dos Santos, Consultor de Produção.

Já o Sticky Point trata-se de um sistema de monitoramento que indica a evolução da fase líquida nas cinzas aderidas aos tubos. Segundo Carlos Verciano, "surgiu a ideia de controlar um pouco mais a campanha das caldeiras e entender o Sticky Point e a sua relação com a temperatura, o cloreto e o potássio". O seu objetivo é identificar quando a temperatura se aproxima do ponto em que, conforme testes laboratoriais indicaram, os problemas de corrosão começam a surgir. Dessa forma, em vez de ocorrer uma parada não programada do equipamento, os operadores e tomadores de decisão podem se engajar em ações preventivas e de solução que assegurem a continuidade dos processos.

Job Camargo comenta sobre o diferencial desse controle, que é “a oportunidade de monitoramento. O Sticky Point deixa bem claro qual é o objetivo final do controle", sendo possível acompanhar todas as ações feitas anteriormente e suas evoluções.

Junto ao time local na unidade Suzano Imperatriz, neste projeto, houve a participação de Rudi Modena e Alex Ribeiro, respectivamente cientista de dados e especialista de Automação e Digitalização da ANDRITZ, que, utilizando a capacidade de desenvolvimento, inovação e tecnologia da ANDRITZ, e o Metris All-In-One Platform - no qual recursos são alocados na criação de sistemas de automação e otimização de ambientes fabris pelo mundo -, foram responsáveis pela idealização do projeto do Sticky Point, posteriormente disponibilizado pela equipe ANDRITZ para as lideranças da unidade.

Seu algoritmo foi alimentado com as experiências específicas da rotina industrial em Imperatriz. Como descrito por Marcos Antônio, "o Sticky Point possibilita acompanhar o risco de entupimento da caldeira e, com isso, orienta na tomada de decisão quanto ao ajuste de meta de remoção de cloreto do Ash Leaching."

História da implementação, a partir do método Seis Sigma

A implementação desses sistemas na unidade foi cuidadosamente planejada e amplamente estudada, com o objetivo de garantir a perenidade do projeto e seus resultados. Utilizando a Metodologia Seis Sigma, reconhecida internacionalmente e empregada para identificar e implementar melhorias nos processos internos das empresas, buscando reduzir os custos operacionais, aumentar a eficiência e maximizar os lucros, foram realizados mapeamentos detalhados de todas as etapas. Essas análises envolveram tanto aspectos estatísticos quanto qualitativos, permitindo a identificação das causas fundamentais da baixa eficiência na vida útil das caldeiras.

“Com todas as ferramentas que o Seis Sigma traz para gente, nós conseguimos afunilar e chegar às nossas causas raízes.” diz Victoria Martins, Engenheira de Processos durante o período em que o projeto foi desenvolvido. 

Os principais desafios enfrentados foram a busca por um desempenho aprimorado nas centrífugas e na remoção de inertes, especialmente o cloreto. O que tornava essa operação extremamente delicada era a identificação do "ponto ótimo" das centrífugas (componente essencial da montagem da caldeira de recuperação) e, sobretudo, o equilíbrio entre a produção de celulose, a produção da caldeira e a quantidade de inertes que precisavam ser purgados durante o processo.

Por meio da colaboração e do constante intercâmbio de experiências com outras plantas industriais, o case contou também com suporte remoto do Analista de Automação e Digitalização Cassio Lorenzoni, que atuou no desenvolvimento da solução e acompanhou a implementação na unidade de Imperatriz, aliada ao poderio tecnológico e estrutural apresentado pela ANDRITZ, e com total adesão da equipe da Suzano, identificou-se a necessidade de instalação de dois inovadores sistemas: Ash Leaching e Sticky Point. Essa decisão surgiu a partir da constatação de que a ação do cloreto e do potássio estava corroendo, obstruindo e prejudicando o funcionamento contínuo das caldeiras, o que impactava significativamente a capacidade produtiva da fábrica.

Monitoramento e controle a partir dos sistemas instalados

A partir da implementação dos sistemas, os resultados evidenciaram a importância e o êxito do trabalho realizado. O Ash Leaching, de forma concreta, promoveu uma redução significativa nos níveis de emissão de inertes e perda alcalina, resultando em uma considerável diminuição nos gastos com insumos químicos. De acordo com Marcos Antônio, Operador de SCDC, "O projeto melhorou a eficiência da remoção de cloreto das cinzas, mantendo os valores abaixo de 2,5%. Com isso, a gente conseguiu aumentar o tempo de campanha da caldeira." As campanhas, que anteriormente possuíam uma duração de aproximadamente 15 meses, agora alcançam 18 meses com a utilização dos controles.

Já o Sticky Point, em constante evolução com base nas experiências diárias fornecidas ao software de monitoramento, que possibilitam maior automatização e conhecimento de casos, desempenhou um papel fundamental ao oferecer uma visão dinâmica e em tempo real da saúde da caldeira de recuperação, bem como de todos os processos ocorrendo nela. Tornou-se especialmente valioso para a equipe de operações e para os engenheiros de processo da unidade, permitindo que direcionassem seu foco para outros ajustes à medida que os sistemas se tornavam mais independentes.

Juntos, os dois sistemas foram responsáveis por uma economia acumulada que ultrapassa os 3 milhões de reais. Jhonatas Santos avalia os resultados financeiros decorrentes da redução do uso de produtos químicos, afirmando: "Reduzimos o desvio-padrão na perda alcalina, alcançando as metas estabelecidas pela fábrica e fazendo com que ela consuma menos soda. Com isso, a unidade passa a obter ganhos financeiros por meio da redução dos custos com insumos químicos."

Inovação e colaboração lideram o futuro do ambiente fabril

Carlos Verciano, atual Gerente Executivo de Recuperação e Utilidades, destaca que um dos diferenciais deste projeto é a inovação: "Ele foi inovador. Ele demora um pouco mais de tempo, porque precisa de uma maturação. Por ele ser inovador, largamos na frente. Não tenho conhecimento que esse projeto exista em outra empresa. Ele mostra que Imperatriz está no mapa e que promove não só crescimento econômico social na região, mas também leva o nosso nome para o mundo."

Conforme mencionado pelo Analista de Automação, Jhonatas Santos, "O trabalho é feito sempre identificando oportunidades, juntamente com o cliente, tornando-o muito mais próspero ". Com uma parceria que acompanha praticamente toda a história da Unidade Imperatriz, a ANDRITZ e a Suzano compartilham crenças e culturas que apoiam a inovação nas indústrias de forma responsável e sustentável. Em mais um projeto, foi possível observar o impacto positivo que a troca de experiências e capacidades pode gerar, tanto para a empresa quanto para os parceiros e consumidores finais. Liderando a equipe ANDRITZ na unidade de Imperatriz, Israel Junior compreende que "a inovação é construída a quatro mãos. A cada projeto, nossa parceria com o cliente fica mais forte.".

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