Daniel José Pochapski; Fabiana Da Silva Podeleski

DOI: 10.22167/2675-6528-202600689

Artigo elaborado pela ferramenta ResumeAI, solução de inteligência artificial desenvolvida pelo Instituto Pecege voltada à síntese e redação.

Resumo

O estudo abordou a modernização de um sistema de vácuo em uma planta química e petroquímica, integrando engenharia de processo e gerenciamento de projetos. O objetivo foi estruturar a tomada de decisão para uma solução tecnicamente viável e operacionalmente confiável. Aplicaram-se análise de causa raiz (ACR), avaliação multicritério, análise econômica, gerenciamento de riscos, planejamento de aquisições, controle de qualidade e planejamento executivo. A ACR identificou separação ineficiente de fases e ausência de purgas periódicas como causas primárias da degradação do sistema, agravadas por um aumento de oito vezes no volume de resíduos. Propôs-se um novo fluxo de processos e realizou-se uma avaliação integrada, combinando análise multicritério, valor presente líquido e índice de Business Impact (BI), que resultou na seleção do sistema de flotação por ar dissolvido (BI de 0,90) em detrimento do sistema ZLD (BI de 0,69) como a solução de maior equilíbrio técnico-econômico. A seleção de fornecedores foi estruturada pela Matriz de Pugh. A análise de risco demonstrou redução significativa do risco agregado após mitigação, e o projeto foi executado de forma preditiva, condicionado a uma parada programada de 30 dias. Concluiu-se que a ausência de estruturação prévia de projetos leva a orçamentos insuficientes e escopo indefinido, e que a aplicação sistemática das ferramentas de gerenciamento de projetos é essencial para garantir a confiabilidade e viabilidade técnica, econômica e operacional em projetos de retrofit industrial.

Palavras-chave: Análise de causa raiz; Confiabilidade operacional; Engenharia de processo; Gerenciamento de projetos; Tomada de decisão.

1. Introdução

Projetos de engenharia em indústrias químicas e petroquímicas são caracterizados por uma elevada complexidade técnica e requerem altos investimentos. A dependência da confiabilidade operacional dos ativos existentes é um fator crítico para o sucesso desses empreendimentos (Towler, 2022). Nesse cenário, falhas na definição do escopo, estimativas de custos imprecisas, planejamento inadequado e negligência na gestão de riscos podem comprometer severamente o processo produtivo, resultando em paradas de planta por períodos indeterminados (Malik, 2017).

A importância de uma gestão eficaz é sublinhada por dados do setor. Levantamentos indicam que paradas não planejadas em plantas químicas e petroquímicas podem gerar perdas diárias que variam entre US$ 1 milhão e US$ 10 milhões (Drucker, 2025). Além disso, 64% dos projetos neste setor sofrem estouro de orçamento e 73% apresentam atrasos no cronograma (Ernst & Young, 2014).

Um desafio adicional reside no fato de que grande parte das indústrias químicas e petroquímicas opera com equipamentos instalados há décadas. Muitos desses sistemas estão subdimensionados para atender à demanda atual e receberam modernização mínima em relação à infraestrutura original (Badiru, A.B., & Osisanya, 2013). Essa situação leva a uma obsolescência progressiva dos ativos, degradação da integridade mecânica e um crescimento contínuo dos custos associados à manutenção corretiva e às paradas não programadas (Badiru, A.B., & Osisanya, 2013; Mobley, 2002).

O aumento dos custos de equipamentos, materiais, serviços especializados e interrupções operacionais torna a tomada de decisão em projetos de melhoria ainda mais crítica (Marty Moran, 2024). A falta de conhecimento interno sobre os sistemas de engenharia frequentemente dificulta a análise de causa raiz e atrasa a implementação de soluções (Malik, 2017). Nesse contexto, decisões baseadas exclusivamente em critérios técnicos são insuficientes, exigindo abordagens integradas que considerem simultaneamente fatores técnicos, econômicos, operacionais e de risco (Malik, 2017; Towler, 2022).

Dentre os diversos sistemas de engenharia em plantas químicas e petroquímicas que se enquadram nesse cenário de obsolescência e riscos, destacam-se os sistemas de vácuo. Eles são aplicados na remoção de gases em processos como extrusão, filtração e destilação a vácuo (ALVES, 2018; Mihir Patel, 2021). Embora não agreguem valor direto ao produto final, são complexos e possuem alto custo operacional, e sua falha implica a perda imediata do processo produtivo.

Na prática, esses sistemas de vácuo são frequentemente operados por bombas de anel líquido e circuitos de recirculação contínua, com centenas de metros de tubulações, bombas, trocadores de calor e tanques separadores (ALVES, 2018; Mihir Patel, 2021). Muitos dos sistemas instalados atualmente são obsoletos, resultando em elevado consumo de energia, corrosão acelerada, separação ineficiente de fases, acúmulo de contaminantes e emissão de compostos orgânicos voláteis (VOCs). A degradação do sistema é agravada por um aumento de oito vezes no volume de resíduos em relação à capacidade original, comprometendo a estabilidade operacional das plantas (Towler, 2022).

A ausência de estruturação prévia em projetos, como evidenciado no histórico de intervenções no sistema de vácuo em questão, frequentemente resulta em orçamentos insuficientes, escopo indefinido e perda de confiança da governança. A aplicação sistemática de ferramentas de gerenciamento de projetos e engenharia de processo é, portanto, determinante para reverter esse cenário e garantir a confiabilidade na execução de projetos de modernização industrial.

Diante desse contexto, o presente trabalho tem como objetivo apresentar um estudo de caso aplicado à modernização de um sistema de vácuo em uma planta do setor químico e petroquímico, utilizando uma abordagem integrada entre engenharia de processo e gerenciamento de projetos, visando estruturar a tomada de decisão, definir uma solução tecnicamente viável e garantir a operabilidade do sistema dentro das restrições técnicas, operacionais e gerenciais típicas da indústria.

2. Material e Métodos

O presente estudo de caso adotou uma abordagem metodológica aplicada, focada na modernização de um sistema de vácuo em uma planta química e petroquímica. A pesquisa integrou engenharia de processo e gerenciamento de projetos para estruturar a tomada de decisão, visando uma solução tecnicamente viável e operacionalmente confiável, dentro das restrições industriais.

A estruturação do projeto iniciou-se com uma Estrutura Analítica do Projeto (EAP), decompondo o escopo da modernização em componentes gerenciáveis. Para a análise conceitual, propôs-se um diagrama do fluxo do sistema de vácuo, baseado em configurações típicas (ALVES, 2018; Mihir Patel, 2021), desenhado com Microsoft Visio e Aspen Plus.

A análise de causa raiz (ACR) foi conduzida para identificar os fatores responsáveis pelos problemas observados no sistema de vácuo. Utilizou-se o diagrama de causa e efeito (Ishikawa, 1990) para mapear as inter-relações dos elementos que contribuíam para a degradação do sistema.

A tomada de decisão para a seleção da tecnologia baseou-se em avaliação integrada de desempenho técnico, viabilidade econômica e risco operacional. O desempenho técnico foi determinado por análise multicritério (Richard Y. Chang, 1999), e a viabilidade econômica, pelo Valor Presente Líquido (VPL) (Towler, 2022).

O risco operacional foi avaliado qualitativamente e convertido para escala numérica, com pontuação normalizada entre zero e um. Os resultados técnico, econômico e de risco foram normalizados, permitindo o cálculo do índice de Business Impact (BI) como a média dos três componentes normalizados. Para os cálculos, utilizaram-se bases de dados Aspen Technology (2023) e planilha para análise econômica (Towler, 2022).

A análise de risco do projeto (ARC) foi realizada por abordagem estruturada de identificação, qualificação e quantificação dos riscos (IPM, 2023). Os riscos foram avaliados por probabilidade, consequência e detectabilidade, em escala ordinal de um a cinco (Malik, 2017). A quantificação utilizou um índice calculado pela combinação desses parâmetros, empregando ferramenta integrada (IPM, 2022). Para cada risco, definiram-se responsável, estratégia de resposta e plano de contingência (Malik, 2017).

O plano de seleção de fornecedores foi estruturado por busca direta em bases abertas, como o Google. A pré-seleção considerou critérios técnicos e operacionais, incluindo capacidade produtiva, experiência, conformidade normativa, prazo de entrega, custo e localização, com raio máximo de 250 quilômetros da planta (Project Management Institute, 2021). Para a escolha final, aplicou-se a Matriz de Pugh (S. Pugh, 1990). A estratégia de contratação foi o modelo Split-Scope, dividindo o escopo entre fornecedores especializados (Project Management Institute, 2021; Towler, 2022).

O controle de qualidade do projeto foi estruturado em três níveis de verificação. A primeira etapa ocorreu na fase de engenharia, com revisão de memoriais de cálculo, desenhos técnicos, seleção de materiais e simulações, assegurando conformidade com premissas e normas como ASME e ISO (Towler, 2022). As etapas subsequentes envolveram revisores técnicos externos e validação final pela equipe do projeto, abrangendo fabricação, instalação e comissionamento, verificando inspeções, testes e desempenho.

O plano de execução do projeto foi estruturado para definir as janelas operacionais viáveis para a implementação das etapas críticas, considerando restrições da planta e a necessidade de minimizar impactos na produção. O planejamento contemplou a priorização de atividades críticas, a análise de paradas programadas e o sequenciamento das etapas.

A execução do projeto foi planejada de forma preditiva, com etapas sequenciais e interdependentes (Project Management Institute, 2021; Towler, 2022). A principal janela de execução foi alinhada a uma parada programada de manutenção de 30 dias, prevista para março de 2026. Priorizou-se a aquisição emergencial de um novo tanque separador, utilizando recursos da reserva de contingência do projeto, devido ao risco de colapso iminente do equipamento existente.

3. Resultados e Discussão

A modernização do sistema de vácuo em uma planta química e petroquímica, objeto deste estudo, revelou uma série de desafios operacionais e técnicos que exigiram uma abordagem integrada de engenharia de processo e gerenciamento de projetos. Inicialmente, a análise do fluxo de processo atual evidenciou a ineficiência do sistema existente, que operava com bombas de anel líquido e recirculação contínua do fluido de selagem. Observou-se a formação de um resíduo líquido bifásico, composto por fases aquosa e orgânica, além de uma fase gasosa com ar atmosférico e vapores de compostos orgânicos voláteis (VOCs) lançados à atmosfera. A ausência de purgas periódicas da fase aquosa e a separação inadequada entre as fases de recirculação foram identificadas como problemas críticos, comprometendo a estabilidade operacional do sistema.

A degradação do sistema era agravada pelo fato de estar subdimensionado para o volume de recirculação atual, que havia aumentado em oito vezes em relação à capacidade original de projeto, devido à expansão da capacidade produtiva da planta. Essas condições resultavam em corrosão acelerada das tubulações e equipamentos, emissão de VOCs sem tratamento prévio e risco de exposição dos operadores a contaminantes químicos. A urgência de modernização era evidente, e a análise de causa raiz (ACR) foi fundamental para desvendar os fatores primários dessa degradação, conforme a metodologia proposta para estruturar a tomada de decisão (Towler, 2022).

A análise de causa raiz (ACR) confirmou que as duas causas primárias da degradação do sistema eram a ausência de separação eficiente entre as fases de recirculação e a falta de purgas periódicas para a fase aquosa. Além disso, fatores como operação inadequada, controle de processo deficiente e falhas de governança contribuíram para o agravamento da situação. O caráter ácido do fluido de recirculação, resultado do acúmulo de contaminantes, promovia corrosão acelerada e desgaste mecânico em componentes críticos como bombas, válvulas e tubulações, levando a paradas frequentes de manutenção corretiva. A emissão descontrolada de VOCs representava um risco ambiental e ocupacional significativo, com potencial de penalizações regulatórias, especialmente dada a proximidade da planta a centros urbanos (Seader & Henley, 2016).

Com base nos achados da ACR, foram definidos os requisitos técnicos, operacionais e de negócio para a modernização. A proposta de um novo sistema de vácuo incluiu a instalação de um separador trifásico, dimensionado para garantir a separação eficiente das fases. Essa configuração visava eliminar a recirculação contínua da fase orgânica oleosa no circuito de água, reduzindo o acúmulo de compostos orgânicos e mitigando a acidificação do fluido de recirculação (Walke et al., 2010). A fase orgânica separada seria direcionada para um tanque de estocagem para destinação adequada, enquanto a fase aquosa seria encaminhada para uma unidade de tratamento compacta.

A unidade de tratamento compacta seria responsável pela remoção de contaminantes dissolvidos e pela redução da carga orgânica do fluido, permitindo que a água tratada fosse recirculada ao sistema. Essa recirculação de água tratada aumentaria a eficiência do lavador de gases e reduziria significativamente a emissão de VOCs para a atmosfera. Adicionalmente, o novo sistema incorporaria pontos de sensoriamento distribuídos para monitoramento contínuo de parâmetros de processo. As linhas de tubulação foram projetadas em configuração dupla, possibilitando operação redundante, inspeção e manutenção preventiva sem interrupção do processo, o que protegeria as bombas de vácuo, aumentaria a confiabilidade operacional e manteria os custos de operação baixos (Mihir Patel, 2021).

Para a seleção da tecnologia de tratamento da fase aquosa, foram avaliadas duas alternativas: o sistema de flotação por ar dissolvido (DAF) e o sistema de evaporação com descarga líquida mínima (ZLD), seguido de polimento por ozonização. A análise multicritério, que integrou desempenho técnico, viabilidade econômica e risco operacional, revelou um cenário de “perda-ganha” (trade-off), comum em projetos de engenharia para o setor (Peters, Timmerhaus, & West, 2002). O sistema ZLD demonstrou melhor desempenho técnico em relação aos problemas identificados na ACR, como eficiência de tratamento e mitigação de corrosão, obtendo uma pontuação de 2,25 e 1,80, respectivamente, em comparação com 1,50 e 1,20 para o DAF.

Contudo, a análise econômica preliminar indicou que o sistema DAF apresentava maior vantagem financeira. O CAPEX estimado para o DAF era de R$ 300.000,00, significativamente menor que os R$ 1.500.000,00 do ZLD. O OPEX anual estimado para o DAF era de R$ 84.000,00, enquanto para o ZLD era de R$ 12.000,00. O Valor Presente Líquido (VPL) estimado para o DAF foi de R$ 878.820,00, superando o VPL de R$ 154.802,00 do ZLD. Esses resultados sugeriram que, sob uma perspectiva puramente econômica, o DAF maximizaria o retorno financeiro no curto e médio prazo, refletindo a influência dos custos de manutenção e paradas operacionais na escolha da tecnologia (Towler, 2022).

A integração desses resultados foi realizada por meio do índice de Business Impact (BI), que combinou de forma ponderada os resultados da análise multicritério, VPL e avaliação de risco operacional pós-implementação. O sistema DAF obteve um BI de 0,90, enquanto o ZLD alcançou 0,69. Essa diferença direcionou a recomendação para o sistema DAF como a solução de maior equilíbrio entre retorno financeiro, risco operacional e impacto no negócio. A pontuação de risco normalizada para o DAF foi de 0,78, e para o ZLD foi de 0,89, indicando que o DAF apresentava um risco operacional ligeiramente menor após a implementação das medidas de mitigação (Malik, 2017).

A análise de risco do projeto (ARC) foi conduzida para identificar e quantificar eventos que poderiam impactar a execução do projeto e o sistema a ser substituído. Os riscos foram avaliados em termos de probabilidade, consequência e detectabilidade, utilizando uma escala ordinal de 1 a 5 (Malik, 2017). A quantificação permitiu priorizar os eventos de maior criticidade. Após a definição e execução das estratégias de mitigação e planos de contingência, observou-se uma redução significativa do nível de risco agregado do projeto, que caiu de 312 para 56 pontos. Isso demonstrou a eficácia das ações propostas no controle dos riscos associados (IPM, 2023).

Os maiores níveis de risco do projeto estavam associados às áreas técnica e de programa de projetos (PMO). Em particular, o risco relacionado à integridade mecânica do sistema atual, especialmente o tanque separador, foi considerado crítico, indicando a necessidade de sua substituição antes da continuidade das demais etapas. A não execução dessa ação implicaria um risco elevado de falha estrutural e interrupção completa da operação da planta. Diante disso, foi definida a aquisição emergencial do equipamento, utilizando recursos da reserva de contingência do projeto, um cenário que reflete a recorrência de intervenções tardias em ativos críticos em indústrias químicas e petroquímicas (Mihir Patel, 2021; Towler, 2022).

O plano de aquisições e contratações foi estruturado após a definição do escopo e a análise de risco. Foram mapeados 32 fornecedores potenciais, concentrados nas regiões de Sertãozinho, Piracicaba, Campinas e São Paulo, dentro de um raio de 250 km da planta, para facilitar inspeções e reduzir custos logísticos (Project Management Institute, 2021). A estratégia de contratação adotada foi o modelo Split-Scope, que dividiu o escopo entre fornecedores especializados em fabricação de equipamentos, instalação e automação, com a equipe do projeto responsável pela integração final. Essa abordagem ofereceu maior especialização técnica, redução de risco, custos e flexibilidade contratual (Towler, 2022).

Para a seleção final dos fornecedores, aplicou-se a Matriz de Pugh, que permitiu uma comparação estruturada com base em critérios técnicos e econômicos ponderados (S. Pugh, 1990). Os resultados indicaram o Fornecedor 7 como a melhor alternativa, apresentando o maior score ponderado. É relevante notar que o custo do projeto não foi o critério de maior peso na decisão, priorizando-se fatores como capacidade técnica, qualidade e conformidade normativa. Essa priorização é fundamental em projetos de engenharia no setor químico e petroquímico, onde a segurança operacional, o atendimento rigoroso às normas técnicas e regulatórias, e a confiabilidade dos sistemas são cruciais para evitar falhas e impactos ambientais (Towler, 2022).

O plano de controle de qualidade foi estruturado em três níveis de verificação. A primeira etapa ocorreu na fase de engenharia, com revisão de memoriais de cálculo, desenhos técnicos, seleção de materiais e simulações numéricas, garantindo a conformidade com as premissas e normas aplicáveis (ASME, ISO) (Towler, 2022). A segunda etapa envolveu revisores técnicos externos, que avaliaram a consistência das soluções e a viabilidade de fabricação, instalação e operação. A terceira etapa, a validação final, foi realizada pela equipe técnica do projeto durante as fases de fabricação, instalação e comissionamento, verificando os resultados de inspeções, testes e o desempenho do sistema.

O plano de execução do projeto foi alinhado com uma parada programada de manutenção de 30 dias, prevista para março de 2026, que representava a principal janela de execução para as intervenções críticas. O projeto foi executado de forma preditiva, com todas as etapas planejadas sequencialmente e interdependentes (Project Management Institute, 2021). A necessidade de implementar o plano de contingência para a substituição do tanque separador atual em paralelo às demais atividades reduziu as folgas disponíveis no cronograma. O acompanhamento quinzenal dos equipamentos e sistemas de maior tempo de entrega junto aos fabricantes foi crucial para mitigar riscos de atraso, e os planos de controle de qualidade foram integrados às atividades de execução para assegurar a qualidade final do sistema.

A experiência prática deste projeto evidenciou que a ausência de estruturação prévia, como a observada no histórico de intervenções no sistema de vácuo, resulta em orçamentos insuficientes e escopo indefinido, levando à perda de confiança da governança. No caso em questão, a solicitação de verba inicial foi realizada sem uma análise de causa raiz, avaliação detalhada de engenharia ou definição clara de escopo, resultando em um orçamento subestimado por um fator de 3,2. A aplicação sistemática das ferramentas de gerenciamento de projetos e engenharia de processo, conforme demonstrado, foi determinante para reverter esse cenário, garantindo a confiabilidade nas decisões, fundamentando a base técnica e avaliando corretamente os custos e riscos associados à execução. Os resultados obtidos, desde a identificação das causas raiz até a seleção da tecnologia e o gerenciamento de riscos, demonstram que a integração entre engenharia de processo e gerenciamento de projetos é essencial para a viabilidade técnica, econômica e operacional em projetos de modernização industrial, reforçando que decisões baseadas em critérios isolados são insuficientes.

4. Conclusão

O presente estudo buscou estruturar a tomada de decisão para a modernização de um sistema de vácuo em uma planta química e petroquímica, visando uma solução tecnicamente viável e operacionalmente confiável por meio de uma abordagem integrada entre engenharia de processo e gerenciamento de projetos. Verificou-se que a degradação do sistema existente era primariamente causada pela separação ineficiente de fases e pela ausência de purgas periódicas, fatores agravados por um aumento de oito vezes no volume de resíduos. A aplicação de análise de causa raiz foi fundamental para identificar esses problemas. A avaliação integrada, que combinou análise multicritério, valor presente líquido e o índice de Business Impact, direcionou a seleção do sistema de flotação por ar dissolvido (DAF) como a alternativa de maior equilíbrio técnico-econômico, com um BI de 0,90, em contraste com o BI de 0,69 do sistema ZLD. Adicionalmente, a análise de risco demonstrou uma redução significativa do risco agregado após a implementação de medidas de mitigação, e o projeto foi executado de forma preditiva, alinhado a uma parada programada de 30 dias, garantindo a execução sem impactos à produção. A principal contribuição deste trabalho reside na demonstração de que a integração sistemática de ferramentas de engenharia de processo e gerenciamento de projetos é crucial para assegurar a viabilidade técnica, econômica e operacional em projetos de retrofit industrial, superando desafios como orçamentos insuficientes e escopo indefinido, que são recorrentes na ausência de uma estruturação prévia.

Contudo, a metodologia empregada apresentou limitações na quantificação de impactos intangíveis, como aspectos estratégicos e organizacionais, bem como impactos indiretos de longo prazo. Essa característica sugere que a utilização de ferramentas comerciais mais robustas de suporte à decisão poderia complementar as análises em cenários de maior complexidade. Para estudos futuros, recomenda-se investigar a aplicação de modelos que permitam uma avaliação mais abrangente desses impactos intangíveis, aprimorando ainda mais a tomada de decisão em projetos de modernização industrial. A experiência deste caso reforça que decisões baseadas exclusivamente em critérios técnicos ou econômicos isolados são insuficientes para a complexidade inerente a projetos dessa natureza.

Referências Bibliográficas

Badiru, A.B., & Osisanya, S. O. (2013). Project Management for the Oil

Drucker, P. (2025). Plant Reliability: Your Biggest Untapped Revenue Lever. Hexagon. https://aliresources.hexagon.com/articles-blogs/plant-reliability-your-biggest-untapped-revenue-lever

Ernst & Young. (2014). Oil and Gas Megaproject Overruns to Cost Industry More than $500 Billion. Sdcexec. https://www.sdcexec.com/sourcing-procurement/news/11624930/ey-ernst-young-oil-and-gas-megaproject-overruns-to-cost-industry-more-than-500-billion

Malik, M. S. (2017). Risk Based Contingency in Project Cost Estimates. In Y. Raydugin (Ed.), Handbook of Research on Leveraging Risk and Uncertainties for Effective Project Management (pp. 130–138). IGI Global Scientific Publishing. https://doi.org/10.4018/978-1-5225-1790-0.ch006

Towler, G. (2022). Chemical Engineering Design. In Chemical Engineering Design. https://doi.org/10.1016/c2019-0-02025-0

Artigo oriundo de Trabalho de Conclusão de Curso da Especialização em Gestão de Projetos do MBA USP/Esalq

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