Plantas Químicas
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| Maquete em 3D criada com programas da Intergraph - foto: divulgação |
Por: Márcio Azevedo
O projeto de plantas industriais tem à sua disposição um conjunto de ferramentas baseadas em programas de desenho auxiliado por computador (CAD, na sigla em inglês) que muda significativamente a maneira como engenheiros e projetistas criam novas instalações industriais. Com o auxílio da visualização em três dimensões, essas ferramentas reduzem os erros induzidos por desenhos em duas dimensões e proporcionam reduções de custos na concepção de projetos e na sua execução, tanto na etapa de aquisição de materiais quanto na de construção.
O mercado de softwares para o projeto de plantas industriais é dominado por três competidoras principais, Intergraph Corporation, Bentley Systems e Aveva, todas com escritórios no Brasil.
A Intergraph é uma companhia estadunidense sediada em Huntsville, Alabama, e fundada por antigos consultores da agência espacial norte-americana, a NASA. A fornecedora de programas está presente em 65 países, mas por conta da lei de reserva do mercado de informática, em vigor no Brasil entre 84 e 91, viu-se obrigada a nacionalizar a filial brasileira. Desse processo surgiu a Sisgraph, representante da divisão PPM (Process, Power & Marine) da Intergraph, no Brasil, e da divisão SG&I (Security, Government & Infrastructure), na América Latina e no Caribe. A Sisgraph também faz a representação da Stratasys, uma especialista dos EUA em equipamentos para a produção de protótipos.
Segundo Ricardo Fornari, gerente técnico da Sisgraph para a divisão PPM, a Intergraph dispõe de soluções para quatro grandes áreas do projeto virtual de plantas: modelagens em duas dimensões, modelagens em três dimensões, gerenciamento de materiais e gerenciamento de informações. O segmento de 2D é atendido com softwares esquemáticos sem maiores preocupações com a locação física dos componentes e a proporcionalidade entre suas dimensões, mas com o fluxo lógico de informação. Esses programas (principalmente o SmartPlant P&ID, o SmartPlant Electrical e o SmartPlant Instrumentation) são utilizados para a criação de fluxogramas de processo, diagramas unifilares (para sistemas elétricos), diagramas de malhas (para a instrumentação) e folhas de dados (contendo os parâmetros de operação) dos diversos equipamentos. | |
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| Fornari: desenho é relatório gráfico do banco de dados |
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A modelagem em 3D, por sua vez, define o posicionamento de todos os componentes da planta em uma maquete digital em três dimensões. Ela contém todos os equipamentos que virão, de fato, a integrar a planta, como bombas, tanques, tubulações, a estrutura metálica de sustentação, o bandejamento elétrico e dutos de ar condicionado. No 3D, ao contrário do que ocorre nos fluxogramas de processo, os elementos são representados mantidas as relações de escala. Logo, o exibido na tela do computador prevê com fidelidade o que se pretende construir. Do modelo tridimensional são extraídos todos os documentos necessários para a etapa de construção, como os isométricos de montagem (vistas isométricas das linhas de tubulações), os spools de fabricação, as plantas de locação de instrumentos e equipamentos, as plantas de montagem de tubulações e estruturas metálicas, além das listas de materiais a ser comprados.
O gerenciamento de materiais é realizado com o auxílio de um sistema de gestão da cadeia de suprimentos, desde sua codificação, até o controle da chegada em campo, passando pela requisição, cotação, compra e logística. A integração entre as áreas de 2D, 3D e gestão de materiais é feita pelo sistema de gerenciamento de informação. Ele realiza a gestão de documentos e garante a atualização dos dados e a veiculação da informação real, consolidada, para todos os envolvidos no projeto.
Em comparação a programas exclusivos de CAD, os softwares de plant design fornecem habilidades adicionais aos projetistas e às empresas de construção de unidades industriais, porque permitem aos usuários não apenas criar o modelo tridimensional das plantas, mas controlar toda a informação a elas relacionada. Um bom exemplo é o que se passa com os fluxogramas de engenharia, representações lógicas dos processos industriais na forma de esquemas. Não é possível representar todo o projeto de uma grande planta em um único fluxograma – uma plataforma de petróleo, por exemplo, pode ter em torno de 300. As linhas de tubulação representadas nesses documentos “nascem” em um determinado fluxograma, mas se “prolongam” a outros. É essencial garantir que determinada linha, que se distribuiu por diferentes documentos, seja identificada corretamente, com o mesmo nome em todos os fluxogramas. Mais importante é assegurar que a pressão e a temperatura de trabalho determinadas para aquela linha estejam assinaladas corretamente em todos os fluxogramas.
Porém, quando se trabalha com programas de CAD 2D, é muito difícil realizar essa verificação, a menos que feita manualmente, pela comparação dos fluxogramas impressos. No entanto, os softwares fornecidos pela Sisgraph, orientados a bancos de dados, realizam automaticamente a verificação, checando se a tubulação esquematizada em um certo fluxograma é a “continuação” de uma linha existente em outro. Dados pertinentes aos diversos sistemas que compõem o projeto de uma planta industrial, como as instalações elétricas, a instrumentação, os sistemas de ventilação e ar condicionado, equipamentos e sistemas mecânicos, podem ser verificados.
Quando um modelo em três dimensões é criado, os elementos que o compõem recebem um determinado número de identificação, denominado tag. A cada um dos tags são relacionadas, nos bancos de dados, diversas outras informações, como a pressão de uma bomba ou o material de constituição de um tubo. Durante a criação da maquete tridimensional, o projetista, envolvido com o arranjo das estruturas e equipamentos, não precisa se preocupar com a inclusão de dados de processo no modelo 3D, pois eles são inseridos, anteriormente, nos fluxogramas de processo e transferidos ao ambiente em 3D de forma automática. “O projetista de tubulações está desenhando uma tubulação em 3D, mas o desenho também é um relatório gráfico do banco de dados”, diz Fornari.
Os aplicativos para o projeto de plantas industriais podem ser utilizados nas etapas do projeto básico de engenharia e do detalhado. No projeto básico, o engenheiro está focado, principalmente, na determinação do layout da planta e dos equipamentos. A Sisgraph comercializa programas capazes de realizar, após o posicionamento dos equipamentos no modelo, e com base na lista das principais linhas de tubulação da planta, o seu “roteamento”, isto é, indicar as conexões de cada linha e o sentido do fluxo nelas. Esse processo gera uma lista de materiais contendo dados como o comprimento total de tubos, as quantidades de curvas, reduções e “tes”. Se o posicionamento dos equipamentos é modificado, o programa recalcula o “roteamento” e atualiza os dados da lista de materiais, a fim de permitir comparações entre os diferentes layouts. Projetos em 3D também possibilitam que seja simulada a etapa de montagem e a movimentação de guindastes. Tal capacidade é importante, pois não é incomum que se torne impossível, ou muito difícil, transportar equipamentos por uma planta em construção.
A tecnologia 3D, ao substituir a prancheta, trouxe uma enorme produtividade para as empresas de projetos. Ela também permitiu a redução dos erros e do retrabalho na etapa de construção e tornou a compra de materiais muito mais precisa. Alguns usuários de programas de CAD argumentam que um modelo pode ser feito mais rapidamente no ambiente de CAD que nos programas de projetos de plantas. O gerente técnico da Sisgraph, no entanto, afirma que o ganho não é tão significativo e, caso fosse, só a economia com verificações e correções de erros superaria, em muito, o eventual ganho de tempo proporcionado pelo CAD.
Os erros, em grandes projetos, podem tomar proporções exageradas, como no caso em que cerca de 300 linhas de tubulação, presentes em fluxogramas de processo, não haviam sido modeladas em 3D, no momento em que o projeto já se encontrava em fase final de execução. Em consequência, não existiam os isométricos; os materiais não haviam sido comprados; e as linhas, tampouco montadas.
No entanto, um dos grandes benefícios das tecnologias de três dimensões é a precisão na compra de materiais. Segundo Fornari, o emprego de programas de CAD 2D suscitava muitas falhas, pois é difícil a contabilização da quantidade de material com base em desenhos em duas dimensões. Daí se originava uma necessidade por muitos chutes e margens e uma dependência da experiência dos profissionais trabalhando no projeto. Fatalmente, ocorria o excesso ou, ainda pior, a falta de materiais, o atraso de cronograma e a postergação da entrada em operação. Quando uma maquete em 3D criada em ambiente de plant design está pronta, por outro lado, cada componente da planta tem seu próprio código de compra de material e o risco de erros cai sensivelmente.
Além disso, o projeto de engenharia representa cerca de 5% do custo de implantação de um empreendimento. Aquisição e construção respondem pelo restante. A redução de custo do projeto de engenharia graças ao uso da tecnologia em 3D é relevante, mas o reflexo positivo é ainda mais intenso nos custos de aquisição e construção.
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| Clientes podem optar por módulos, diz Schmiegelow |
| O mercado da Sisgraph no Brasil se subdivide em três categorias: empresas de engenharia, empresas de construção e indústrias. Entre as últimas, os principais clientes são: a Petrobras, a Vale e a Braskem e, em outro plano, a Rhodia, a antiga Copesul (atualmente parte da Braskem), a antiga Polibrasil e a antiga Rio Polímeros (ambas integrantes, agora, da Quattor). Conforme explica o diretor de marketing da Sisgraph, Fernando Schmiegelow, os programas que atendem a esses segmentos compõem a suíte SmartPlant Enterprise, mas o universo de clientes da Sisgraph inclui empresas menores, que utilizam apenas alguns dos módulos ou um módulo específico. Estes clientes costumam ser as subcontratadas das grandes empreendedoras do mercado, como Vale e Petrobras. |
A representante da Intergraph possui uma atuação importante em plataformas de petróleo. Elas podem ser comparadas a refinarias confinadas em um pequeno espaço, cujo gerenciamento é complicado. Por isso, o projeto de plataformas requer especial atenção a erros conhecidos como interferências, casos de tubulações que se tocam ou se atravessam, ou atingem paredes ou equipamentos; e a demanda é bem atendida pelas detecções automáticas de interferências proporcionadas pelos programas em 3D. Apesar do peso da indústria química nacional no mercado da Sisgraph, no exterior, a empresa revela atuação forte em mais segmentos, a exemplo de papel e celulose e indústria farmacêutica. A última, entretanto, não é das mais pujantes, no Brasil, em comparação às grandes competidoras mundiais, e a primeira, segundo Ricardo Fornari, adota os projetos apelidados de “caixa-preta”, por virem prontos, como que embalados em uma caixa, restando apenas a montagem. A demanda nacional, desse modo, acaba se concentrando nas indústrias química e petroquímica, de mineração e naval e offshore.
A Sisgraph engrossa o coro dos cautelosos ante um 2009 ainda nebuloso, mas mantém expectativa positiva em relação à construção de algumas plataformas e ao desenlace de projetos nas indústrias petroquímica e de mineração. E, como tantas outras pretendem, a empresa tentará os novos clientes. Ironicamente, o resultado da divisão PPM no primeiro mês de 2009 é maior que o do primeiro trimestre de 2008, beneficiado pelos longos ciclos de venda dos softwares. O crescimento anual tem evoluído a uma média de 30% desde 2004 – computando todos os seus negócios, a Sisgraph cresceu 48% em 2008.
Procutos de marca – Há cerca de quatro anos, a Autodesk, dos Estados Unidos, decidiu se aprofundar nas soluções para o plant design. A empresa já dispunha de alguns aplicativos interessantes para essa área, como o Autodesk Inventor, utilizado no projeto de equipamentos, além de aplicativos para o projeto de sistemas mecânicos, elétricos, de tubulações e de aquecimento, ventilação e condicionamento de ar. Porém, mesmo sendo a detentora da plataforma de CAD mais popular do mercado mundial, o AutoCAD, a Autodesk não possuía produtos que combinassem as ferramentas de programas em duas e três dimensões. Uma das decisões em reflexo da maior atenção ao projeto de plantas foi a busca por tecnologias a ser superpostas à plataforma CAD, para torná-la mais efetiva no design de unidades industriais. A. J. Murphy, diretor de desenvolvimento de negócios em soluções para plantas da Autodesk nas Américas, explica que é muito importante para o sucesso da estratégia que as novas tecnologias da empresa estejam em sincronia com o AutoCAD, pois isso lhe possibilitará acirrar a competição com os outros participantes do mercado. |
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| Murphy: Autodesk torna softwares populares para as massas |
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“Se houver o reconhecimento da ligação entre as marcas AutoCAD e Autodesk, as empresas de engenharia adotarão os novos produtos mais facilmente”, diz. E ressalta: “Quando um lançamento da Autodesk chega ao mercado, automaticamente todos os outros produtos da empresa se compatibilizam com ele.” Nesse negócio, esse fator é bastante relevante, pois a comunicação entre plataformas de diferentes fabricantes e entre versões distintas do mesmo programa costumam ser um fator complicador.
As duas pedras fundamentais para acelerar a atuação no segmento de projetos virtuais detectadas inicialmente pela Autodesk foram os programas em 2D para o projeto de diagramas de tubulações e instrumentação e programas para a utilização desses fluxogramas em projetos em 3D. O AutoCAD P&ID, dedicado aos diagramas, foi lançado em 2007 e, atualmente, a fornecedora disponibiliza uma versão beta para testes de um produto para projetos em três dimensões. O portfólio da companhia para o projeto de plantas ainda inclui outras ferramentas para aplicações relacionadas com a construção civil, mecânica e instalações elétricas, a arquitetura, equipamentos e estruturas, simulação e visualização.
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| Fluxograma de processo construído com o AutoCAD P&ID |
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O diretor afirma que 80% dos diagramas de tubulações e instrumentação são feitos em AutoCAD. Porém, nesse ambiente, os equipamentos são representados apenas por linhas, arcos e círculos. Produtos como o AutoCAD P&ID, no entanto, trazem inteligência ao AutoCAD, pois disponibilizam dados de engenharia por trás dos objetos gráficos. Essa habilidade é importante para o trabalho em equipe de engenheiros e projetistas, pois quando os primeiros solicitam modificações, e elas são feitas pelos designers, todos os dados do sistema refletem a modificação, como as listas de materiais e documentos.
Murphy revela que a existência de grandes empresas dispostas a altos investimentos em projetos extensos e que exigem de suas subcontratadas a adoção de ferramentas em 3D funciona bem como estímulo à demanda em muitas partes do mundo, da mesma maneira como acontece por aqui com a Petrobras. Porém, segundo o diretor, a tarefa em que a Autodesk tem sido realmente bem-sucedida é “trazer produtos para as massas”. Quando o AutoCAD foi lançado, as máquinas aptas a rodar esse tipo de aplicação eram caras e grandes, e nem todos os engenheiros podiam se divertir com esses brinquedos. Ao entrar no mercado, a companhia dos Estados Unidos, além de trazer preços para baixo, possibilitou a computadores menos potentes rodar os softwares. “E isso é o que estamos fazendo de novo com o desenvolvimento das novas ferramentas inteligentes a preços muito competitivos.”
A Autodesk adquiriu recentemente, há cerca de um ano e meio, outra solução para o projeto de plantas em 3D, denominado Navisworks. O produto é mais uma ferramenta destinada a melhorar a modelagem e a organização de informações antes que os materiais estejam em campo, dando ao projetista a chance de corrigir erros antes da construção. Entre outras coisas, o AutoCAD Navisworks realiza testes de interferência e oferece a chance de acompanhamento da construção real, simulando-a no 3D em concatenação com a programação de tempo predeterminada. Quem acompanha essa simulação saberá quais materiais precisam estar em campo, porque, se algo está faltando, o desenho em 3D também fica incompleto.
Os alvos da Autodesk no Brasil são os segmentos de água e tratamento de água, petróleo e gás, petroquímico, geração de energia e fábricas especiais, como algumas do setor farmacêutico. O diretor de desenvolvimento de negócios veio ao Brasil para participar do lançamento de soluções para o projeto de plantas e começar o treinamento dos revendedores locais. O primeiro produto a ser comercializado, após o aprendizado, será o AutoCAD P&ID, e o próximo, a aplicação em 3D, ora testada em versão beta. Depois disso, devem surgir novidades em diagramas de instrumentação, outro segmento em que a empresa vê chance de participar. |
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| Modelagens em 3D permitem a visão prévia do que o projeto virá a ser |
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O Brasil representa um mercado importante para a Autodesk. É o primeiro país da América Latina onde serão lançados os aplicativos para o projeto de plantas, seguido do México.
Plantas por varredura – A visualização em três dimensões, além de colaborar para o projeto e construção de novas plantas industriais, também pode ter um papel importante na modificação de plantas existentes, pela sua combinação com outras tecnologias, como o escaneamento a laser em três dimensões.
Ele já é usado no Brasil em diversas linhas de produção químicas e petroquímicas e em plataformas da Petrobras e, assim como os projetos em 3D, reduz fortemente prejuízos causados por erros e retrabalho.
A necessidade pelo escaneamento a laser tridimensional de uma unidade industrial ocorre, em muitas vezes, quando há o desejo de modificação de uma área, mas não estão disponíveis os desenhos técnicos da construção. Da maneira tradicional, esse inconveniente poderia ser resolvido por um penoso levantamento de medidas, à mão, com trena, seguido do desenho em papel. Em uma abordagem mais moderna, o levantamento de informações dimensionais pode ser realizado por um scanner a laser. Os dados obtidos por esse processo podem ser utilizados para a obtenção de modelos digitais e tridimensionais, em lugar dos desenhos em papel, com duas dimensões apenas. A diferença, em relação à maneira tradicional, é que o scanner garante a reprodução da totalidade do ambiente, pois nas medições manuais detalhes sempre acabam esquecidos ou despercebidos.
A Santiago & Cintra, uma empresa especializada em venda de equipamentos de medição e posicionamento, decidiu entrar nesse negócio há pouco mais de seis anos, com a ideia de importar scanners a laser e revendê-los no Brasil. Um primeiro scanner foi importado para a realização de um piloto em uma unidade da Petrobras na bacia do Rio Solimões, em 2002. Do piloto, executado na área de exploração e produção, nasceu um segundo projeto, destinado à varredura do turret da plataforma P35. No entanto, a Santiago & Cintra percebeu que, por ser o equipamento caro, a demanda se concentrava no serviço de escaneamento, e não pela compra da máquina. Por esse motivo, ela criou a S&C Laser Scanning, embora sem abandonar a atividade de revenda. A S&C tem escritórios em São Paulo, Macaé-RJ e Salvador-BA e atuação bastante voltada para as indústrias química e petroquímica.
| Conforme explica Marcello Augusto Oliveira, coordenador técnico e comercial da S&C, o processo de varredura se inicia pela montagem do scanner na instalação a ser levantada. Ele é controlado por um computador portátil e tem alcance de até 300 m. A precisão varia de 2 a 6 mm e a varredura ocorre à taxa de 50 mil pontos por segundo. Ao ser ligado, o equipamento realiza giros de 360º e emite pulsos de laser, que são refletidos pelos objetos ao redor e captados pela máquina, em um princípio de funcionamento semelhante ao de um sonar. Pelo intervalo de tempo decorrido entre a emissão do pulso e a detecção do pulso refletido, é possível a determinação da distância entre o ponto de emissão do laser e o ponto de reflexão. Qualquer objeto ou construção que possua superfície, ou qualquer coisa visível ao olho humano será captada pela varredura. Após a detecção de cada pulso de luz refletida, um sinal é convertido e enviado como um ponto para a tela do laptop. O conjunto de pontos obtidos do escaneamento de uma determinada cena é chamado de nuvem de pontos e se constitui de uma imagem tridimensional que delimita as superfícies captadas. |
Escaneamento reduz o gasto com retrabalho, explica Oliveira |
Desses dados, obtidos em um formato parecido com o de um holograma, é possível obter informações sobre qualquer dimensão relativa aos objetos captados. A nuvem de pontos, posteriormente, é tratada em computadores, gerando um modelo tridimensional que representa de maneira precisa a construção escaneada.
A nuvem é apresentada com um padrão de cores que, embora lembre o de imagens térmicas, está relacionado com a intensidade do pulso refletido. Se o pulso incide sobre uma superfície branca, por exemplo, há forte reflexão, ao contrário do que ocorre quando a luz incide sobre uma superfície preta, em que a reflexão é muito menor. Essa distribuição de intensidade de reflexão é denotada por um esquema de cores que vai do vermelho, para reflexão menos intensa, até o azul, para a mais intensa, e que ajuda na identificação do objeto que refletiu o pulso de laser, durante a etapa de tratamento da nuvem de pontos e modelagem. “No caso de uma placa de trânsito, a diferença de cores do objeto permitiria lê-la diretamente na nuvem de pontos, pela diferença de intensidade na reflexão das cores da placa”, afirma Marcello.
A construção do modelo tridimensional com base na nuvem de pontos não é automática. O programa em que ela se realiza até consegue, por métodos estatísticos, “perceber” que determinado subconjunto de pontos tende a formar uma superfície com determinada forma geométrica, mas o processo não prescinde da intervenção humana. As cenas individuais também precisam ser unidas, para a formação tridimensional da imagem.
Por conta disso, o trabalho de modelagem da nuvem de pontos é considerável, pois cada curva, válvula, flange ou qualquer outro elemento precisa ser modelado individualmente. Um ponto a ser destacado é o fato de a modelagem poder ser realizada no software de plant design do cliente final, pois a maioria deles já é capaz de ler diretamente a nuvem de pontos. O nível de detalhe de um programa do tipo, porém, nem sempre é necessário, e há casos em que a modelagem em CAD já resolve o problema.
A réplica em 3D obtida da nuvem de pontos pode ser navegada como um ambiente de realidade virtual. A obtenção de modelos tridimensionais de plantas existentes possibilita avaliar com maior precisão modificações, como a inserção de linhas adicionais de tubulações, ou novos equipamentos, em posse de informações com precisão de milímetros sobre as medições envolvidas. Quando ocorre a substituição de equipamentos, uma das etapas que pode ser bastante complexa é a do transporte e posicionamento no local de operação. É preciso certificar-se de que a máquina não atingirá nenhuma tubulação, ou se as linhas existentes serão adequadas para a instalação do equipamento. Ter essas informações em 3D é fundamental para grandes instalações petroquímicas, na visão de Marcello, dada a dificuldade para responder às questões com base em desenhos técnicos bidimensionais.
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| O Scanner (detalhe) é operado sem a interrupção da produção |
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O escaneamento a laser 3D também pode ser importante em projetos de novos equipamentos em ambiente CAD a ser inseridos em plantas industriais existentes, pois a varredura torna possível conhecer antecipadamente dados como a localização dos bocais de conexão e direcionar o projeto a um design em acordo.
A S&C Laser Scanning opera 15 scanners e acumula mais de 50 mil horas de escaneamento e mais de 200 mil horas de atividades de modelagem. Como a tecnologia ainda é muito nova, mundialmente, e relativamente cara, existem poucas competidoras que oferecem o mesmo tipo de serviço que a S&C.
No começo das atividades, não havia ninguém no mercado brasileiro treinado e apto a ensinar; e foi necessário aprender com os próprios erros, mesmo após o treinamento inicial com a então Cyra, a fabricante dos scanners, adquirida há quatro anos pela Leica Geosystems. A experiência adquirida, no entanto, possibilitou a criação de uma metodologia de trabalho bem específica para a indústria petroquímica.
O feixe de laser não atravessa as construções e equipamentos, portanto não detecta detalhes internos, apenas as superfícies externas. Por esse mesmo motivo, para se varrer os lados dianteiro, lateral e traseiro da mesma superfície, é preciso reposicionar o equipamento. Disso se depreende que a escolha dos pontos de posicionamento do scanner requer uma certa inteligência para a otimização do trabalho em campo. A S&C também aprendeu, da maneira mais dolorosa, que os scanners são equipamentos frágeis. É preciso muito cuidado no seu transporte e no recarregamento das baterias. Em operações de escaneamento com durações maiores, na casa de algumas semanas, é necessário contar com pelo menos um equipamento reserva, para garantir o prazo dado ao cliente. Isso ocorre porque, no caso de falha de um scanner, ele precisa ser enviado ao exterior para o conserto, não pela questão de reposição de peças, mas pela calibração da máquina, que precisa ser feita por especialistas.
Plantas nas quais exista um adensamento muito grande dos equipamentos, a princípio, não constituem maior problema para o escaneamento, exceto nos casos em que o adensamento seja tal que não permita a visualização da estrutura pelo olho humano. O escaneamento sempre pode ser feito com a planta em operação, mesmo que haja vibrações leves, mas nunca quando há partes móveis. O tempo chuvoso não é o mais recomendado para a varredura, pois a água interfere na propagação da energia luminosa, e o vapor d’água também pode ser um problema, pois ele interage com o laser e, se muito concentrado, impede a passagem do feixe. O laser não sofre interferências por conta dos diferentes tipos de materiais utilizados em instalações industriais e também não provoca o disparo de alarmes ou interage com sensores infravermelhos.
De maneira geral, na tomada das cenas, o equipamento precisa ser posicionado evitando-se o excesso de objetos oblíquos em relação àquilo que se pretende escanear. A precisão é maior quando são varridos objetos perpendiculares ao eixo do scanner, e diminui conforme as superfícies varridas se tornam mais oblíquas em relação ao mesmo eixo.
Segundo o diretor da S&C Laser Scanning, Camilo Ciuffatelli, o grande problema para a maior parte dos clientes da S&C é a falha na documentação das suas fábricas, pois não existem as plantas, ou elas são desatualizadas, combinada à necessidade por essa informação na ocorrência de manutenções e ampliações. O escaneamento a laser, entretanto, nem sempre é utilizado para gerar documentação, pois também encontra emprego na realização de simulações ou na incorporação virtual das estruturas existentes a novos projetos.
O conjunto de serviços que a S&C oferece é diversificado. O carro-chefe é a geração de modelos tridimensionais com base no escaneamento total de plantas, mas a empresa também fornece apenas as nuvens de pontos, se necessário, ou serviços de semelhantes a consultorias, baseadas na comparação de nuvens de pontos com projetos em CAD já prontos, com o intuito de verificar discrepâncias ou interferências. |
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| Ciuffatelli atesta crescimento forte do negócio desde 2002 |
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Outra possibilidade é a utilização da varredura para a realização de análises estruturais. Em refinarias de petróleo, como exemplo, os tambores de coque são vasos verticais com cerca de 30 m de altura e 8 m de diâmetro que recebem todo o resíduo do processo de refino. Esse resíduo é mantido sob alta pressão e temperatura, para que se converta no chamado carvão coque. Esses tambores, como qualquer outro equipamento industrial, possuem uma determinada vida útil, posto que as condições severas de operação provocam sua deformação, formando os conhecidos bulges (bojo, em inglês).
Uso interno – A varredura a laser pode ser utilizada para o escaneamento da superfície interna desses tambores, a partir da qual será gerada uma malha. Malhas são superfícies formadas pela união de superfícies menores, em formato triangular, e que buscam aproximar o formato de uma superfície real. As malhas podem ser tanto mais precisas quanto maior for o número de superfícies triangulares que as integram e, no caso dos tambores de coque, representam sua superfície interna com elevada precisão. Construída a malha, procede-se ao exame em programas de análise de elementos finitos, os quais revelam os locais onde se concentram as tensões induzidas pelos bulges, além da vida útil do tambor. “Essa informação tem valor altíssimo para a indústria e não pode ser obtida de outra maneira”, explica Marcello. Outro conceito diferente de aplicação da tecnologia de varredura a laser é a redução do erro na medição de volumes, que desperta interesse, segundo Ciuffatelli, na indústria de açúcar e álcool. O escaneamento é feito na parte interna de tanques, que possuem um volume interno real, disponível para os fluidos, menor que o nominal, por conta de elementos inseridos em seu interior, como tubulações. A varredura computa tudo o que estiver no interior do tanque e, na etapa de tratamento dos dados, é possível calcular o volume efetivo, excluindo-se do volume total as parcelas não-disponíveis para o fluido.
Os scanners também têm sido utilizados nas plataformas de petróleo da Petrobras, por razões entendidas facilmente. A substituição de equipamentos em plataformas, além da operação logística para levar os novos ao oceano, requer a minimização de erros, pois, se um novo equipamento ou tubulação não se encaixa perfeitamente nas linhas existentes, pode ser impossível realizar grandes ajustes a bordo. Nessa hipótese, o equipamento inadequado precisa retornar à oficina para ser alterado. A Petrobras tenta evitar soldas e retrabalho, para driblar o custo de transporte de uma peça com erros de projeto ou fabricação, e o uso da solda, que é temerário. E, para piorar, enquanto as peças passeiam pelo Atlântico, a plataforma não opera, só aprecia sua imensidão, gerando enorme prejuízo. O escaneamento e a modelagem reduzem muito esses erros.
Uma estatística de trabalhos da S&C mostra que, antes do advento da varredura a laser, o orçamento de alguns projetos encerrava, em média, um montante 40% superior ao previsto no projeto total, destinado ao retrabalho. Com a adoção do escaneamento a laser, foi possível reduzir o índice de 40% para 10%. E de onde vinha a dor de cabeça? De medições errôneas e, em decorrência, de peças que não se encaixavam e demandavam posteriores modificações, ou equipamentos impossíveis de ser instalados com as configurações existentes. É até curioso a frequência com que são citadas, no mercado de tecnologias tridimensionais, as dificuldades de muitas pessoas para visualizar mentalmente estruturas em 3D e lidar com a geometria espacial. Entre as justificativas para o uso de CAD 3D, estão os erros no desenho em duas dimensões, que levam a mecanismos que não giram, tampas que não abrem, pinos que não têm os correspondentes orifícios e coisas do gênero, por deficiência na abstração para o tridimensional.
Nos quase sete anos de atuação no mercado de varredura tridimensional a laser, a S&C presenciou um grande crescimento de seu negócio, talvez até na faixa das cinco vezes, na avaliação de seu diretor, com base no número de colaboradores. Assim como o projeto em CAD esbarra em clientes que ainda não estão preparados para adotá-lo, o escaneamento a laser por vezes se depara com essa situação, até mesmo em companhias de maior porte, mas que ainda não aderiram ao 3D. Ciuffatelli, porém, ressalta uma melhora muito significativa nesse panorama, desde 2002.
Um dos entraves está no fato de que a utilização do escaneamento em 3D não está prevista nas fases iniciais do projeto, e o ganho real da tecnologia e a redução de retrabalho só são melhor percebidos ao final do projeto. Em muitos casos, o cliente resiste a usar a varredura a laser por ela não integrar previamente o orçamento, mas acaba cedendo após enfrentar as complicações inerentes aos métodos tradicionais. E, nesse caso, encaixar a tecnologia no decorrer do projeto, às vezes para escanear uma área que criou muitos problemas, porém é pequena, e ainda para “ontem”, tem o seu devido preço. “Pensar no uso dessa tecnologia durante a tomada de preços do projeto, na fase de orçamento, sai muito mais barato”, avisa o coordenador técnico e comercial Marcello Oliveira.
Ciuffatelli reforça o discurso e lista diversas vantagens do processo de escaneamento a laser. Ele pode ser realizado por uma equipe de apenas duas pessoas, que se locomovem pouco durante o trabalho de campo, reduzindo a exposição a riscos. O processo é rápido e detecta a totalidade dos elementos existentes na planta – até um arbusto, se for o caso, vai para a nuvem de pontos. A maquete eletrônica permite a verificação das conexões com linhas existentes e seu posicionamento relativo e as coordenadas das estruturas são exatamente as corretas, o que nem sempre ocorre nas plantas desenhadas em papel. E vários desses fatores, combinados, levam à redução do retrabalho, de fato, o maior ganho no caso das indústrias químicas e petroquímicas.
Bentley quer mais mão-de-obra treinada |
Instalada com equipe própria no país há pouco mais de dez anos, a Bentley Systems fornece softwares para o projeto de plantas para mineradoras e para as indústrias de óleo e gás e de geração de energia.
Os produtos cobrem a criação, publicação e o gerenciamento de informação, bem como o ciclo de vida do empreendimento. Entre eles, há ferramentas para controlar o fluxo de trabalho, uma vez que os documentos criados são utilizados por vários profissionais, e é preciso definir quem tem acesso, quem altera ou quem aprova um determinado documento. Também são oferecidas ferramentas de CAE, para cálculo estrutural e análise de aplicação de esforços, necessários para o correto dimensionamento das estruturas que suportam as linhas e equipamentos, e programas que controlam a vida útil dessas linhas e equipamentos, com base no armazenamento de dados históricos. |
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Lerner: treinamento na faculdade visa a acostumar alunos com o 3D |
A Bentley é conhecida no mercado por dois produtos principais: o MicroStation, carro-chefe da empresa na criação de informação, utilizado para modelagens em duas e três dimensões e como plataforma para outras aplicações, e o ProjectWise, empregado no gerenciamento de informação e do conteúdo da informação. Segundo o diretor técnico da Bentley Systems Latin America, Sálvio Lerner, grande parte das indústrias de mineração brasileiras utilizam produtos da Bentley. Mesmo assim, Lerner crê que falta mão-de-obra treinada para trabalhar com programas de projeto de plantas em 3D. A empresa busca combater essa situação com programas de treinamento, principalmente no mundo acadêmico, para que os formandos já saiam da graduação conhecendo seus produtos.
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