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OS BENEFÍCIOS DO MONITORAMENTO REMOTO DE VÁLVULAS DE
CONTROLE ATRAVÉS DO GERENCIAMENTO DE ATIVOS.
Paulo F. Fernandes - Engenheiro Eletricista
Emerson Process Management Ltda.
Gerente de Negócios PAM – América Latina
1. Introdução
A
crescente demanda global por petróleo, associado com ao iminente fechamento de
poços de petróleo dos países normalmente conhecidos como grandes produtores,
como o Oriente Médio por exemplo, fez com que a Petrobras, aproveitando a sua
experiência de décadas de exploração em águas profundas, fosse buscar ainda
mais longe e mais fundo, e hoje, a camada pré-sal já é uma realidade.
Reservatórios com estimativa de 8 bilhões de barris, o pré-sal poderia ser a
"Mina de Ouro" do país, se não fosse pelos enormes desafios tecnológicos
a serem superados; começando com a profundidade dos poços, que podem atingir
mais de 7000 metros da lâmina d’água e não menos complicada, a grande distância
da costa.
Atualmente,
o meio de transporte mais utilizado para acessar as plataformas é o helicóptero
que realiza vôos diários levando todos os tipos de passageiros, desde médicos e
engenheiros a técnicos e operadores. Esta viagem, além de ter um custo muito
elevado, é muitas vezes perigosas e os acidentes são iminentes. Apesar destas
empresas fazerem o seu trabalho seguindo os mais rigorosos procedimentos de
segurança, ainda hoje é possível ver e sentir os danos que um acidente em uma
plataforma pode causar. A Petrobras é um exemplo de empresa que segue uma
rigorosa política de boas práticas e de alta precisão técnica nos aspectos
relacionados aos equipamentos e treinamento de pessoal.
E
pensando em melhoria da segurança e redução de custos, a Petrobras busca a cada
dia novas formas de operar e manter suas plataformas com um número mínimo de
técnicos a bordo (POB), sem abrir mão da eficiência e confiabilidade da
produção.
Porém,
adotar uma solução para reduzir o efetivo a bordo, leva a necessidade de
operação e manutenção remota; algumas plataformas instaladas no mar do Norte -
Noruega, por exemplo, já tem essas características, onde cerca de 1000 válvulas
de controle, são monitoradas remotamente por uma equipe de especialistas que
identificam, através de um sistema de gestão de ativos, problemas operacionais
ocorridas precocemente em tais equipamentos, fazendo com que a equipe de
manutenção atue antes de uma quebra total do equipamento, evitando paradas não
programadas e possíveis acidentes.
Entretanto,
a implantação de um sistema de gerenciamento remoto de ativos não é uma tarefa
simples, o sistema deve ser capaz de monitorar de forma on-line (em tempo real)
a "saúde" dos equipamentos, aumentando a disponibilidade, reduzindo a
variabilidade do processo, evitando paradas não programadas, assim, reduzindo os
custos de manutenção e de logística da plataforma e principalmente, aumentando
a segurança.
1.1. O exemplo de sucesso que vem do
Mar do Norte
Localizado
no campo de Oseberg, Noruega, a Norsk Hydro ASA, pertencente ao grupo Statoil
ASA, tem 4 plataformas chamadas de Oseberg A, B, C e D.
Através de uma parceria entre a Emerson Process Management
e a Solberg Bjørge & Andersen, foi criado em suas instalações on-shore, um
Centro de Colaboração para diagnóstico remoto de válvulas de controle. Todas as
válvulas de controle da plataforma foram equipados com posicionadores
inteligentes capazes de diagnosticar o desempenho do conjunto válvula-atuador
em tempo real.
Com o
uso do software de gestão de ativos (AMS Device Manager), eles monitoram
remotamente, todos os indicadores de desempenho da válvula, como perda de
pressão no atuador, desvios de curso, haste com fricção excessiva, contagem de
ciclo, entre outros diagnósticos disponíveis. Além disso, a equipe de terra
também pode realizar calibrações e ajustes do posicionador, eliminando ou
minimizando a necessidade de embarques de técnicos especialistas.
O
monitoramento em tempo real do status e desempenho da válvula de controle, fez
com que o modelo de manutenção adotado deixasse de ser corretiva ou preventiva
para se tornar preditiva. Além disso, a maneira que o monitoramento é
realizado, ou seja, à distância, fez com que o custo de manutenção fosse
drasticamente reduzido, principalmente devido à redução na quantidade de embarques
e que os intervalos entre manutenções fosse extendidos. Mas o maior benefício
dessa arquitetura foi, sem dúvida, o aumento da segurança pessoal.
2. As válvula de controle e seus desafios na manutenção
Tipicamente,
durante uma parada de manutenção, todas as válvulas de controle são removidas
do processo e enviadas para manutenção, onde são testadas, abertas, reparadas,
calibradas e instaladas novamente. Mas, muitas vezes, esta desmontagem não é
necessária, o que aumenta os custos e o tempo da parada. Um exemplo claro deste
retrabalho ocorreu em uma refinaria no Brasil, onde 230 válvulas foram
retiradas do processo e enviadas para a oficina de manutenção, porém, foi
detectado que apenas 37% das válvulas só precisavam de calibração, 27% poderiam
ter sido reparadas no local e 5% das válvulas não exigiam qualquer ação, ou
seja, apenas 31% ou 71 válvulas de 230 realmente precisava ser reparados e as outras
159 poderiam ter sido reparadas apenas com o uso do software de gestão de ativos.
Segundo especialistas do setor, a manutenção preditiva não
substitui totalmente os métodos mais tradicionais (preventiva e corretiva), mas
os complementa. Embora os métodos tradicionais de manutenção estejam baseadas
em serviços de rotina (preventivo) ou quando as falhas ocorreram (corretiva), o
programa de manutenção preditiva age apenas quando é realmente necessário,
reduzindo o número de interrupções não planejadas e proporcionando uma gestão
mais confiável na rotina de manutenção.
A fim
de mitigar falhas inesperadas e reduzir gastos desnecessários, as plataformas estão
cada dia mais conscientes de que é necessário estabelecer um sistema de
manutenção preditiva. Estas plataformas já vem desenvolvendo um sistema de
manutenção preditiva de válvulas de controle, onde são periodicamente testados
e diagnosticados por especialistas qualificados através de software e
equipamentos especiais, que emitem relatórios informando sobre a
"saúde" do conjunto válvula-atuador-posicionador, permitindo uma
melhor coordenação das tarefas de
manutenção.
3. O sistema de monitoramento de ativos
Podemos
dizer que houve sim um grande avanço tecnológico no modelo de manutenção aplicada
nestas plataformas, no entanto, é muito importante salientar que, atualmente,
estes testes são feitos offline, ou seja, para gerar um diagnóstico completo do
conjunto, é necessário a ida do técnico ao campo, muitas vezes é necessário
montar andaimes, e, principalmente, a válvula deve sofrer um by-pass.
Porém,
no início deste trabalho, ficou claro que o objetivo das empresas offshore é
reduzir o número de pessoas a bordo e a utilização de ferramentas offline vai
totalmente contra esses princípios. Assim, a pergunta é: como realizar
diagnósticos preditivos online, sem a necessidade de técnicos especializados
estarem presentes para realizar essa tarefa? É possível
fazê-lo remotamente?
A
resposta é sim, mas para isso, deve-se estar preparado para executar esta
tarefa. E estar preparado é ter um sólido sistema de gestão de ativos.
O
conceito de gestão de ativos não é novo: ele se originou na década de 1980 quando
as empresas reclassificaram os modelos de manutenção, agregando os conceitos de
preditiva e pró-ativa, adicionando as já existentes corretivas e preventivas. Através destes novos
modelos, é esperado um aumento na disponibilidade e confiabilidade, aumento na
segurança, melhor qualidade final do produto, menor variabilidade, maior vida
útil do equipamento e sem esquecer da preocupação com o meio ambiente,
tornando-se um elemento vital na busca de Excelência Operacional .
No
entanto, a implantação correta do sistema de gestão de ativos não é uma tarefa
simples. Primeiro, as empresas devem quebrar alguns paradigmas do modelo
tradicional de manutenção e fazer uma clara mudança cultural na forma de
trabalho de sua equipe, onde o técnico vai trabalhar de forma pró-ativa, atento
aos sinais de cada equipamento, prevenindo que pequenas falhas resultam em
grandes problemas, ou mesmo no pior dos casos, acidentes
Outro
ponto muito importante na tomada de decisões é a escolha correta do sistema de
gestão de ativos: ele deve ser capaz de comunicar com todos os instrumentos na
planta, independentemente do fabricante, deve ter uma interface gráfica clara, simples
e uniforme, onde os alertas dos instrumentos sejam facilmente identificados e
interpretados, deve permitir fácil acesso a todos os parâmetros de configuração
dos instrumentos e, especialmente, ser capaz de realizar testes e análises de
diagnósticos preditivos em válvulas de controle remoto de forma on-line,
eliminando a necessidade de embarques, aumentando assim a segurança
operacional. Um sistema completo de gestão de ativos deve também ajudar o
pessoal de manutenção na gestão de calibração, permitindo assim o aumento dos
intervalos entre as ações preventivas nos equipamentos.
3.1. A arquitetura tradicional do
sistema de gerenciamento de ativos:
Definir
a correta arquitetura do sistema de gestão de ativos é o primeiro passo para o
sucesso, no entanto, não é suficiente, os equipamentos (instrumentos e válvulas
de controle) devem estar aptos a se comunicarem com este sistema, ou seja,
possuir protocolos de comunicação digitais tais como como HART ou Fieldbus
Foundation. Em adicional, as válvulas de controle devem ser equipadas com
posicionadores inteligentes, que proporcionam diagnósticos que permitem, através
de software de gestão de ativos, avaliar a integridade do conjunto ou mesmo,
anormalidade do processo.
Estes posicionadores inteligentes tem a capacidade de
realizar diagnósticos com a válvula em serviço (on-line), sugerindo ações
específicas, ou com a válvula fora de serviço (offline), realizando
diagnósticos avançados, proporcionando uma análise detalhada do conjunto. Esta
análise, em geral, é feita a partir de um gráfico de deslocamento do atuador x
pressão aplicada, o qual é chamado de Assinatura da Válvula
Através deste gráfico, é possível identificar
·
Problemas com os componentes internos da
válvula
·
Integridade do atuador
·
Desvio de curso
·
Calibração do Bench Set
·
Calibração do I/P
·
Assentamento
·
Histerese e Banda Morta
·
Altos níveis de fricção
·
E outros.
Uma vez
definidas que as válvulas de controle e a instrumentação devem ser conectadas
ao sistema de gestão de ativos, o próximo passo é definir a arquitetura da rede.
Hoje, as novas plataformas já são desenhadas com redes de multiplexadores de
sinais, que permite que o sinal HART seja “separado” do sinal de controle
(4-20mA) e, em seguida, enviado para o software de gestão de ativos.
4. Os Benefícios
do Monitoramento Remoto de Válvulas de Controle
A
implementação de um programa de diagnóstico preditivo de válvulas de controle tras
benefícios significativos para as plataformas, reduzindo custos, diminuindo a
variabilidade ou mesmo evitando paradas desnecessárias. Nós também vimos na
seção 3, que é totalmente possível a realização de diagnósticos preditivos
on-line, ou seja, com a válvula em serviço podemos ter uma grande visibilidade
do que está acontecendo com o conjunto, no entanto, a arquitetura dos atuais sistemas
de gerencimanto de ativos ainda faz-se necessário o embarque de técnicos
especialista, já que servidor do sistema está disponível apenas na plataforma.
Um
estudo realizado pela Emerson Process Management mostrou que em uma plataforma
que já participa de um programa de manutenção preditiva através de diagnósticos
frequentes com o uso de software específico, porém com a necessidade de
embarque de técnico especialista, esta plataforma deverá ter uma redução no
custo das análises de aproximadamente 55%, se considerarmos 150 válvulas de
controle a serem analisadas remotamente, ou seja, pela equipe de terra.
Vale
ressaltar, que neste estudo foi considerado apenas os custos h-h do
especialista para realizá-lo on-shore x off-shore. No entanto, destaco que não
consideramos os custos relacionados ao transporte à plataforma, tampouco
alojamento no local, profissionais na plataforma e o mais importante, o custo
da segurança pessoal. Esses custos não são facilmente mensuráveis, no entanto, são
extremamente sentidos quando ocorre um acidente.
5. O
Gerenciamento de Ativos através da Tecnologia Sem-fio
A implementação do software de
gerenciamento de ativos pode ser uma tarefa simples, quando pensamos, por
exemplo em plataformas onde uma rede de multiplexadores foi concebida no
projeto original, mas os desafios são muito maiores quando aplicados a projetos
antigos, quando não havia o conceito de gestão de ativos. Nessas plataformas,
instalar redes de multiplexadores é inviável, em primeiro lugar devido ao alto
custo e segundo pela falta de espaço físico na plataforma.
Para resolver este problema, foi
desenvolvido um adaptador wireless para sinais HART. Este equipamento pode ser
instalado em qualquer instrumento de campo que tenha o protocolo de comunicação
HART, incluindo posicionadores inteligentes, e através da tecnologia
WirelessHART, enviam sinais a um receptor, chamado gateway, que converte estes
sinais, e envía-os para o software de gerenciamento de ativos. Esses
adaptadores não exigem qualquer tipo de infra-estrutura de cabeamento,
utilizando a energia do próprio posicionador onde está instalado para
alimentar-se, dispensando o uso de baterias. Os adaptadores WirelessHART devem
ser certificados pela Anatel, e seguir as normas específicas, tais como IEC 62
591 Ed.1.
5.1. A
Tecnologia WirelessHART - IEC 62591Ed. 1.0
Aprovada em Março de 2010 pela
International Electrotechnical Commission (IEC) a tecnologia WirelessHART passou
a ser adotada como padrão internacional para comunicação sem-fio em automação
de processo. Esta tecnologia, apesar de ser extremamente robusta, é muito
simples de ser implementada, o que permite aos usuários obter os benefícios da
tecnologia sem fio de forma rápida e fácil, mantendo a compatibilidade com os
dispositivos, ferramentas e sistemas HART
Instalações industriais com
infra-estruturas densas, movimento freqüente de grandes equipamentos, condições
de mudança, ou várias fontes de energia de radiofreqüência e interferência
eletromagnética podem ser os grandes desafios de comunicação. Entretanto, a
tecnologia WirelessHART inclui vários recursos para fornecer a mais alta
confiabilidade em qualquer ambiente industrial.
Topologia Mesh Auto-Organizada: Todos os dispositivos têm a
capacidade de rotear, passar adiante, a informação sem depender de
pré-configuração ou qualquer interferência do operador. Uma vez que as melhores
rotas são selecionadas dinamicamente pelo gateway, pode-se aumentar a tolerância
a falhas e também eliminar a redundância desnecessária. Se um elemento da rede,
por algum motivo, perde comunicação ou entra em falha, os equipamentos que o
utilizavam como parte da rota até chegar ao gateway passam a utilizar,
automaticamente, uma outra rota onde todos os elementos estejam operacionais.
Segurança:
Encriptação: trata-se de uma
estratégia para codificar a informação que sai do equipamento, utilizando um
algoritmo específico.
Autenticação, Verificação e
Gerenciamento de senha: antes de qualquer equipamento tentar enviar informações
através da rede, o mesmo deve “pedir permissão” para isso. Apenas os elementos
que realmente pertencem a rede, conseguem enviar e receber informações. Isso
impede a invasão de elementos estranhos para roubar ou distorcer a informação.
Além desse cuidado, uma senha também é verificada antes que o equipamento
participe da rede.
Anti-jamming: a informação, a fim de
evitar colisão de dados, utiliza vários canais dentro da banda de 2.4GHz para
atingir o seu objetivo. Caso a informação esteja trafegando por um canal e
nesse mesmo canal ocorra um ruído (causado por radio freqüência ou outras
fontes de transmissão sem fio) o pacote de informação passa para um outro canal
para que a informação continue seu percurso até chegar ao gateway.
Dentro do mesmo estudo realizado e
destacado na seção 4 deste trabalho, também concluimos que com a economia
atingida com a possibilidade de diagnósticos remotos, é possível implantar um
sistema completo de gerenciamento de ativos utilizando-se da tecnologia
WirelessHART com adaptadores sem-fio, com retorno sobre o investimento (ROI) de
pouco mais de 1 ano.
O
Sistema de Gerenciamento de Ativos proposto utilizando a tecnologia
WirelessHART pode ser visto na figura abaixo, a qual destaca ainda a rede para
monitoramento remoto.
6.
Conclusão:
Um
completo Sistema de Gerenciamento de Ativos para o monitoramento de válvulas de
controle deve conter um software adequado capaz de identificar todos os
diagnósticos com precisão e corrigir problemas nos equipamentos, deve ser capaz
de ser instalado remotamente, proporcionando o acesso remoto à plataforma da
equipe técnica da base, e finalmente, a infra-estrutura adequada, que pode ser
através de redes de multiplexadores, ou mesmo utilizando o que há de mais
moderno no mercado, a tecnologia WirelessHART
Nosso estudo também mostrou que, em uma plataforma que
executa o diagnóstico preditivo de 150 válvulas de controle a cada três meses,
pode ter uma redução de custo anual de até 55% por fazê-lo remotamente, também
mostrou que o custo para implantar esse sistema deverá ser recuperado em pouco
mais de 1 ano.
Vale
ressaltar ainda que um sistema de gestão de ativos pode ir muito além das
válvulas de controle e pode adicionar outros instrumentos inteligentes de campo
(pressão, temperatura, detectores de gás, etc), equipamentos rotativos
(turbo-geradores, compressores, bombas, etc.) tanto quanto os equipamentos de
processos e ativos elétricos. Todos estes ativos podem ser monitorados
remotamente e em um único ambiente, tornando-se uma poderosa ferramenta para a
equipe de confiabilidade.
Os
benefícios esperados com a implantação correta do sistema de gerenciamento de
ativos remoto em uma plataforma, além de identificar os problemas precocemente,
aumentando a manutenção preditiva, e evitanto gastos desnecessários, também
gera uma redução gradual das pessoas a bordo (POB), aumentando, assim, a
segurança pessoal.
LIMA, LUIS; MACHADO, MARCOS BRUNO. A importância da
manutenção preditiva na indústria. Disponível em:
<http://www.emersonprocess.com.br/scripts/cgiip.exe/WService=webdesk203/layout/layout_epm_secundario.p?WDDocto=15715&WDNews=67514>
Acesso em: 24 jun. 2010
Emerson's Asset Optimization services remotely monitor
Norsk Hydro installations in the North Sea. Disponível em:
<http://www.documentation.emersonprocess.com/groups/public/documents/press_releases/ogppr0303e_norskhydrox.pdf?&xBusinessUnit=Asset%20Optimization>
Acesso em: 21 mar. 2010
Proven Results from AMS Device Manager Users – Emerson
Process Management Website. Disponível em:
<http://www2.emersonprocess.com/EN-US/BRANDS/AMSSUITE/AMSDEVICEMANAGER/Pages/ProvenResults.aspx>
Acesso em: 22 mar. 2010
WirelessHART Technology – HART Communication Foundation.
Disponível
em: <http://www.hartcomm.org/protocol/wihart/wireless_technology.html>
Acesso em: 23 jun. 2010
WirelessHART Adaptor. Disponível em: <http://www.hartcomm.org/protocol/training/resources/wiHART_resources/WirelessHART_adaptor_LIT118.pdf>
Acesso em: 23 jun. 2010
