O que é APC e por que refinarias investem em controle avançado

Numa sala de controle de refinaria, às três da manhã, o operador olha a temperatura de topo de uma torre de destilação subindo devagar. Ele sabe que, se mexer na vazão de refluxo agora, o efeito só aparece dali a vinte minutos, e que essa mudança vai bagunçar a pressão, que por sua vez mexe no forno. Ele faz o ajuste com cuidado, deixa uma folga de segurança na especificação do diesel e torce para a carga de petróleo não mudar no meio do turno.

Essa folga de segurança custa dinheiro todos os dias. O controle avançado existe para eliminar boa parte dela.

Em poucas palavras: APC (advanced process control, ou controle avançado de processos) é uma camada de software que fica acima dos controladores PID da planta. Ele usa um modelo matemático do processo para prever como as variáveis vão se comportar e ajusta vários setpoints ao mesmo tempo, mantendo a unidade perto dos limites de operação sem ultrapassá-los.

O operador já faz controle avançado, só que de cabeça

Quem entende a cena acima entende o APC. O operador experiente carrega na memória um modelo do processo: sabe que tal variável responde devagar, que outra reage na hora, que mexer em uma desequilibra a outra. O problema é que nenhuma pessoa consegue fazer essa conta para vinte variáveis, a cada minuto, durante doze horas.

O controlador PID comum, que responde por quase todo o controle regulatório de uma planta, trabalha de outro jeito. Ele olha uma única variável, compara com o valor desejado e corrige o erro depois que ele aparece. Funciona muito bem para manter uma vazão ou um nível, e é por isso que estudos apresentados nos anais da ABM estimam que malhas PI e PID respondem por cerca de 90% das aplicações industriais. O limite dele está justamente aí: o PID não enxerga a interação entre as malhas e não antecipa nada.

Explicar o que é APC fica fácil a partir dessa comparação: é transformar o raciocínio do bom operador em um algoritmo que considera todas as variáveis juntas e calcula o próximo movimento antes de o desvio acontecer.

Onde o APC fica na pirâmide da automação

O controle avançado não substitui nada que já existe na planta. Ele conversa com o sistema digital de controle (SDCD ou CLP) e envia setpoints para os PIDs, que continuam fazendo o trabalho pesado de abrir e fechar válvulas.

Essa hierarquia explica por que o termo em inglês, advanced process control (APC), aparece em contratos de refinarias do mundo inteiro: é uma camada padronizada, com função clara, e não um projeto experimental. Uma refinaria pode ter várias aplicações de APC, cada uma cuidando de uma unidade, como destilação, craqueamento ou reforma.

Modelo, previsão e restrição: o ciclo que roda a cada minuto

A técnica mais usada em refinarias é o controle preditivo multivariável, conhecido pela sigla MPC (model predictive control). Na prática, ele repete o mesmo ciclo sem parar:

1. Lê o presente. Coleta os valores atuais das variáveis controladas (temperaturas, composições, pressões) e das perturbações medidas, como a vazão de carga.
2. Projeta o futuro. Usa o modelo do processo para estimar como cada variável vai se comportar nos próximos minutos ou horas se nada for feito.
3. Confere os limites. Compara a projeção com as restrições: temperatura máxima de um tubo do forno, abertura máxima de uma válvula, especificação mínima de um produto.
4. Escolhe os movimentos. Calcula a sequência de ajustes nos setpoints que leva o processo ao melhor ponto econômico respeitando todas as restrições.
5. Aplica só o primeiro passo. Envia o primeiro ajuste aos PIDs, espera o próximo ciclo e recalcula tudo com dados novos.

O último item é o pulo do gato. Como o controlador refaz a conta a cada ciclo, erros do modelo e perturbações não medidas são corrigidos continuamente. Não precisa de um modelo perfeito, precisa de um modelo bom o bastante.

Quando o processo é muito não linear (o ganho muda conforme o ponto de operação, comum em reatores de polimerização), os modelos lineares tradicionais sofrem. Nessa situação entram controladores não lineares, e a Trisolutions, empresa brasileira de engenharia de controle, desenvolveu o TriNMPC justamente para operar tanto com modelos identificados a partir de dados quanto com modelos fenomenológicos, baseados na física e na química do processo.

Por que refinaria é o habitat natural do controle avançado

Três características fazem o APC render mais em refino e petroquímica do que em quase qualquer outro lugar.

Volume. Uma refinaria processa dezenas de milhares de metros cúbicos de petróleo por dia. Um ganho de 1% no rendimento de diesel, que parece pouco numa planilha, vira um valor anual que paga o projeto várias vezes.

Restrições que mudam o tempo todo. O petróleo que chega não é sempre igual, a temperatura ambiente varia, o catalisador envelhece. O ponto ótimo de hoje não é o de semana passada, e o operador não tem como recalcular isso de hora em hora.

Variáveis que conversam entre si. Mexer no refluxo afeta pressão, temperatura de fundo e qualidade de dois produtos ao mesmo tempo. É o cenário em que o controle multivariável mais se diferencia do PID.

Os resultados publicados vão nessa direção. Em um projeto de reator em fase gás da Braskem, em Triunfo (RS), a redução de variabilidade da pressão permitiu um ganho de produção em reator petroquímico de 6% em campanhas de copolímero. Em casos de refino e de processamento de gás natural descritos pela Trisolutions, os ganhos aparecem como aumento de rendimento de diesel e de recuperação de GLP. São números de casos específicos, não promessa de resultado: cada unidade parte de um patamar diferente.

O raciocínio não se limita ao petróleo. O mesmo conceito é aplicado em digestores, fornos de cal e caldeiras de recuperação, e o controle avançado em papel e celulose segue a mesma lógica de prever e coordenar variáveis que demoram a responder.

O que impede um APC de dar certo

A indústria tem uma piada interna: o APC mais caro é o que fica desligado. Acontece mais do que se imagina, e quase sempre pelos mesmos motivos.

Controle regulatório ruim por baixo

Se as malhas PID oscilam, ficam em manual ou têm válvulas travando, o controlador avançado manda setpoints que ninguém consegue seguir. É como contratar um motorista excelente para um carro sem freio.

Modelo que envelheceu

Troca de catalisador, mudança de equipamento ou de matéria-prima alteram o comportamento do processo. Sem revisão periódica do modelo, o controlador perde precisão e o operador perde a confiança nele.

Operação que não comprou a ideia

Se a equipe de turno não entende por que o APC tomou uma decisão, o botão de desligar fica muito tentador. Treinamento e operação assistida nas primeiras semanas pesam tanto quanto o algoritmo.

Não por acaso, os projetos sérios começam com uma auditoria do controle básico e terminam com treinamento da operação. Esse é o roteiro descrito pela Trisolutions, que atua há 25 anos em refinarias, petroquímicas e unidades de gás natural e coloca a avaliação das malhas regulatórias como etapa obrigatória antes de configurar qualquer controlador.

Antes de comprar, olhe para as malhas de baixo

Quem está avaliando um projeto de controle avançado costuma começar pela escolha do software. Na prática, a ordem mais segura é outra: medir quantas malhas operam em automático, quantas oscilam e quantas válvulas têm problema; levantar quanto vale, em produção ou energia, cada ponto percentual de aproximação do limite; e só então escolher a tecnologia.

Fornecedores de software e integradores costumam trabalhar juntos nessa etapa. Uma solução de controle avançado em parceria com a AspenTech, por exemplo, une a licença de uma plataforma internacional à engenharia de implantação feita no Brasil, o que reduz custo e facilita suporte em português.

Se a sua planta ainda sofre com paradas e falhas básicas de equipamento, vale resolver isso primeiro (este guia sobre máquina industrial parando toda hora ajuda a separar as causas). Controle avançado rende em processo estável. Para conhecer cases e o histórico de quem implanta esse tipo de projeto no país, o site da Trisolutions reúne exemplos por setor.

Encontrou um erro? Escreva para a redação pela página de contato. Correções são feitas no próprio texto.