Aplicação de indicadores em tempo real e simulação de processos no gerenciamento dos consumos de água, vapor e energia para máquinas de papel de grande porte

Abstract

Resumo: Com a população mundial em crescimento e um consumo de água cada vez maior, toda e qualquer iniciativa que promova o uso consciente desse precioso recurso natural é bem-vinda, inclusive para os seus derivados diretos, como a produção de vapor e energia em indústrias de papel e celulose, que são responsáveis por uma parcela razoável do consumo de energia e emissões de carbono no mundo. Neste cenário, tendo como foco de estudo as máquinas de papel, tanto pela sua relevância no mercado como pela sua vocação histórica de serem grandes consumidoras de água, vapor e energia, estudos relativos à mitigação do uso consciente desses insumos são necessários, e devido à alta complexidade desse processo, muitas vezes o time de operação tem como foco principal manter a disponibilidade dos equipamentos, garantir a produtividade e qualidade do produto final. A partir da metodologia Design Science Research (DSR), utilizando como ferramentas de pesquisa a Revisão Bibliográfica Sistemática (RBS) e Revisão Bibliográfica Assistemática (RBA), este trabalho tem por objetivo demonstrar os resultados alcançados em uma PoC (prova de conceito) realizada em uma fábrica de papel localizada no sul do Brasil, pelo desenvolvimento de artefatos destinados para a coleta de informações, visualização de indicadores, pela geração de visualizações gráficas de custos financeiros, pela simulação de cenários de consumos de água, vapor e energia, e a criação de um framework para a replicação desse trabalho, utilizando conceitos da Indústria 4.0, as tecnologias Digital Twin e modelos digitais, propiciando aos times de operação e gestão da máquina uma melhor gestão da utilização desses insumos, e adicionalmente, sugerindo estudos futuros em outros tipos de máquinas de papel e em outros tipos de processo.

Abstract: With a growing world population and ever-increasing water consumption, any initiative that promotes the conscious use of this precious natural resource is welcome, including its direct derivatives, such as the production of steam and energy in pulp and paper, which are responsible for a fair share of energy consumption and carbon emissions in the world. In this scenario, with paper machines as the focus of study, both for their relevance in the market and for their historical vocation of being large consumers of water, steam, and energy, studies related to the mitigation of the correct use of these inputs are necessary, and due to the high complexity of this process, the operation team is often focused on maintaining the availability of equipment, ensuring productivity and quality of the final product. Based on the Design Science Research (DSR) methodology, using the Systematic Literature Review (SLR) and Unsystematic Literature Review (ULR) as research tools, this work aims to demonstrate the results achieved in a PoC (proof of concept) carried out in a paper factory located in the south of Brazil, for the development of artifacts destined to collect information, visualization of indicators, for the generation of graphic visualizations of financial costs, for the simulation of scenarios of consumption of water, steam and energy, and the creation of a framework for the replication of this work, using Industry 4.0 concepts, Digital Twin technologies, and digital models, providing machine operation and management teams with better management of the use of these inputs, and additionally, suggesting future studies in other types of paper machines and processes.