UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DE TECNOLOGIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE PRODUÇÃO

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DE TECNOLOGIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE PRODUÇÃO MODELAGEM DO PLANEJAMENTO AGREGADO DA PRODUÇÃO EM USINAS COOPERADAS DO SETOR SUCROENERGÉTICO UTILIZANDO PROGRAMAÇÃO MATEMÁTICA E OTIMIZAÇÃO ROBUSTA RAFAEL PIATTI OITICICA DE PAIVA TESE DE DOUTORADO

2 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DE TECNOLOGIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE PRODUÇÃO MODELAGEM DO PLANEJAMENTO AGREGADO DA PRODUÇÃO EM USINAS COOPERADAS DO SETOR SUCROENERGÉTICO UTILIZANDO PROGRAMAÇÃO MATEMÁTICA E OTIMIZAÇÃO ROBUSTA Rafael Piai Oiicica de Paiva Tese de douorado apresenada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção da Universidade Federal de São Carlos, como pare dos requisios para a obenção do íulo de Douor em Engenharia de Produção. Orienador: Prof. Dr. Reinaldo Morabio SÃO CARLOS 2009

3 Ficha caalográfica elaborada pelo DePT da Biblioeca Comuniária/UFSCar P149mp Paiva, Rafael Piai Oiicica de. Modelagem do planejameno agregado da produção em usinas cooperadas do seor sucroenergéico uilizando programação maemáica e oimização robusa / Rafael Piai Oiicica de Paiva. -- São Carlos : UFSCar, f. Tese (Douorado) -- Universidade Federal de São Carlos, Planejameno da produção. 2. Agroindúsria sucroalcooleira. 3. Programação ineira misa. 4. Oimização robusa. 5. Programação esocásica. I. Tíulo. CDD: (20 a )

4 PROGRAMA DE P~S-GRADUACAO EM ENGENHARIA DE PRODUCAO 8 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SAO CARLOS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE PRODUÇAO Rod. Washingon Luis, Km CEP SBo Carlos - SP - Brasil FonelFax: (016) (ramal: 232) ppgep@dep.ufscar.br Aluno(a): Rafael Piai Oiicica de Paiva TESE DE DOUTORADO DEFENDIDA E APROVADA EM 24/04/2009 PELA COMISSAO &: Prof. Dr. Rei Morabio Neo Pr f. Dr. Moacir Godinhb Filho &EP/UFSCar fl Prof. Dr. ~enrique Pacca Loureiro Luna UFAL EESCIUS o Alexandre Widmer Prof. ~ r Vinicius. Amaral Armenano FEECIUNICAMP b -~&\ Prof. Dr. Mhrio Oávio Baalha Coordenador do PPGEP

5 AGRADECIMENTOS A Deus, que me concedeu saúde, moivação e muia sore para esar aqui, aingindo mais esa imporane eapa da minha vida. Ao meu pai, por odas as conversas e conselhos durane minha formação, e à minha mãe, por oda educação, devoção e carinho. Não eria conseguido nada sem vocês! Aos meus irmãos, Vior e Arur, pelo companheirismo, pelo apoio e por oda a orcida nesa caminhada. Aos meus familiares, pela alegria de odos os enconros, que sempre conribuem para revigorar os ânimos. Aos amigos e amigas que conheci em São Carlos, pelo companheirismo, respeio e alegria que sempre nos uniu e coninuará unindo. Aos professores do DEP, em especial à Professora Viória Pureza, pela moivação e confiança ransmiida ao meu rabalho. Aos membros da banca examinadora, pela conribuição para o enriquecimeno dese rabalho. Ao meu orienador nesa ese, Professor Reinaldo Morabio, pela aenção, paciência e amizade que demonsrou desde o meu mesrado. Às empresas que abriram as poras para visias écnicas realizadas durane esa pesquisa. À Usina Sana Cloilde, à Cooperaiva dos Produores de Açúcar e Álcool de Alagoas e aos funcionários das duas empresas envolvidos na realização dese rabalho. À minha noiva Mariana, pelo apoio e compreensão durane oda esa caminhada. Esa conquisa ambém é sua!

6 RESUMO O objeivo dese rabalho é desenvolver modelos de programação maemáica para o planejameno agregado da produção em usinas cooperadas do seor sucroenergéico. Os modelos desenvolvidos devem considerar a relação hierárquica exisene enre o planejameno anual de oda a cooperaiva e o planejameno áico de safra de uma das usinas cooperadas. No nível de decisão da cooperaiva o modelo deve indicar a mea de produção de cada usina e definir a políica de esocagem e de aendimeno da demanda. No nível de decisão da usina o modelo deve sugerir a quanidade de cana-de-açúcar colhida por fornecedor, a quanidade de cana ransporada por presador de serviço, a seleção dos processos de produção de açúcar, álcool, melaço e energia elérica. Além disso, esa ese explora a aplicação de écnicas de oimização robusa para raar incerezas inerenes aos parâmeros uilizados no processo decisório da cooperaiva e de cada usina. Para resolver os modelos de programação linear e programação ineira misa, uilizou-se uma linguagem de modelagem algébrica e um solver de úlima geração de programação maemáica. Um esudo de caso foi realizado na cooperaiva regional dos produores de açúcar e álcool do esado de Alagoas e na usina cooperada Sana Cloilde, localizada no município de Rio Largo-AL. Nese esudo, foi possível verificar a adequação dos modelos proposos quando aplicados para apoiar decisões envolvidas no planejameno agregado da produção das organizações esudadas. Resulados compuacionais são apresenados e analisados, comparando o planejameno execuado pelas empresas e os resulados obidos com a modelagem. Palavras-chave: Planejameno agregado de safra; programação linear ineira misa; oimização robusa; programação esocásica; seor sucroenergéico.

7 ABSTRACT The main concern of his work is relaed o he developmen of an aggregae producion planning model of a cooperaive sociey of sugar and alcohol milling companies. This mahemaical model is based on a hierarquical approach beween he annual planning problem of he cooperaive and he acical planning horizon of he sugarcane mills. In he cooperaive level he main quesions are relaed o he allocaion of producion goals o each mill and he managemen of invenory and dynamic demands. In he milling companies level a process selecion model aims a helping he decision makers o deermine he quaniy of sugarcane crushed, he selecion of sugarcane suppliers, he selecion of sugarcane ranspor sysem suppliers, he selecion of indusrial process used in he sugar, alcohol, molasses and energy producion. Besides ha, his work presens an analysis of he impac of uncerainies in he aggregae planning problem parameers, using robus opimizaion echniques. To solve he linear and mixed ineger mahemaical problem found in his modeling, we applied a sae of he ar modelling language wih an opimizaion solver. A case sudy was developed in a cooperaive of sugar and alcohol milling companies locaed in he sae of Alagoas- Brazil and a Sana Cloilde mill, locaed in he ciy of Rio Largo-AL. The resuls of his case sudy helped us o verify he applicabiliy of he proposed models in he aggregae producion planning of he sudied organizaions. Compuaional resuls are presened and analyzed wih real daa applicaion. Keywords: aggregae producion planning; mixed ineger linear opimizaion; robus opimizaion; sochasic programming; sugarcane mills.

8 LISTA DE FIGURAS Figura 1. Níveis de planejameno e inegração das várias eapas (Fone: adapado de Brunsein e Tomiya, 1995) Figura 2. Eapas da meodologia uilizada (Fone: adapada de Law e Kelon, 1991) Figura 3. Esquema represenaivo das sub-regiões produoras de cana-de-açúcar do Brasil Figura 4. Evolução da produção de cana-de-açúcar enre as safras 1998/1999 e 2007/2008 (Fone: MAPA, 2008a; 2008b) Figura 5. Evolução da produção de açúcar e álcool enre as safras 1998/1999 e 2007/2008 (Fone: MAPA, 2008a; 2008b) Figura 6. Receia por produo do seor canavieiro (Fone: UNICA, 2008) Figura 7. Fluxograma das aividades que compõem a eapa agrícola (Fone: adapada de Fernandes, 2003) Figura 8. Fluxograma das operações que compõem a eapa de CCT (Fone: adapada de Fernandes, 2003) Figura 9. Fluxograma indusrial de fabricação de açúcar, álcool, melaço e subproduos (Fone: Sana Elisa, 2005) Figura 10. Mapa de localização das usinas da CRPAAA (Fone: Elaborado pelo auor) Figura 11. Horizones de decisão e esraégias do PCP (Nahmias, 1995) Figura 12. Fluxo de maerial do primeiro nível de decisão do modelo PASUC Figura 13. Fluxograma de correlacionameno enre os dois níveis do planejameno hierárquico Figura 14. Fluxograma do processo de produção de açúcar, álcool e energia elérica Figura 15. Fluxograma do processo de produção de açúcar, álcool e melaço Figura 16. Demanda mínima a ser aendida (Anexo E) Figura 17. Comparaivo moagem modelo PASUC/N2, moagem planejada pela USC e moagem real Figura 18. Comparaivo de geração de energia por onelada de cana PASUC/N Figura 19. Geração de energia planejada pelo modelo PASUC/N2 e a dados da safra 2007/ Figura 20. Produção semanal do modelo PASUC/N2 ( ou m 3 ) Figura 21. Projeção de saldo financeiro da USC segundo o modelo PASUC/N Figura 22. Comparaivo dos valores líquidos do açúcar crisal superioruilizados no modelo PASUC e valores reais (VP Superior )

9 Figura 23. Comparaivo da eficiência global em ATR uilizada no modelo PASUC e valores reais (Ear USC ) Figura 24. Comparaivo do ATR da cana uilizado no modelo PASUC e valores reais (ATR USC ) Figura 25. Comparaivo do empo aproveiado uilizado no modelo PASUC e valores reais (φ ) Figura 26. Comparaivo da fibra da cana uilizada no modelo PASUC e valores reais (Fibra m ) Figura 27. Percenual de incereza em cada abordagem/cenário do modelo PASUC/N1-M-VP Figura 28. Impaco dos parâmeros de robusez e variabilidade enre cenários na função objeivo do modelo PASUC/N1-M-VP/A Figura 29. Impaco dos parâmeros de robusez e variabilidade enre cenários na margem de conribuição provável do modelo PASUC/N1-M-VP/A Figura 30. Impaco dos parâmeros de robusez e variabilidade enre cenários na penalização por infacibilidade da função objeivo do modelo PASUC/N1-M-VP/A Figura 31. Geração de energia planejada pelo modelo PASUC/N2-M e a dados da safra 2007/ Figura 32. Projeção de saldo financeiro da USC segundo o modelo PASUC/N2-M Figura 33. Percenual de incereza em cada abordagem do modelo PASUC/N1-B-VP Figura 34. Impaco do grau de conservadorismo em PASUC/N1-B-VP/A1 e PASUC/N1-B- VP/A Figura 35. Impaco do grau de conservadorismo em PASUC/N1-B-VP/A1 e PASUC/N1-B- VP/A2 com Г VP pequeno Figura 36. Impaco do grau de conservadorismo para PASUC/N2-B-VP/A1 e PASUC/N2-B- VP/A Figura 37. Limiane de violação da resrição Γ VP e Γ A Figura 38. Geração de energia planejada pelo modelo PASUC/N2-B e a dados da safra 2007/ Figura 39. Projeção de saldo financeiro da USC segundo o modelo PASUC/N2-B Figura 40. Exemplo de cálculo do balanço de vapor e energia da USC Figura 41. Exemplo de cálculo de rendimeno e consumo de vapor de uma urbina

10 LISTA DE TABELAS Tabela 1. Dados de produividade da safra 1998/1999 a 2007/ Tabela 2. Evolução das exporações de açúcar enre 1998 e Tabela 3. Evolução mensal das exporações de álcool enre janeiro de 2006 e maio de Tabela 4. Previsão de dias disponíveis para moagem Tabela 5. Previsão de moagem e capacidades de moagem, fabricação e desilação Tabela 6. Capacidade máxima de produção das usinas por família de produos (CPmax pu ). 107 Tabela 7. Agrupameno em família de produos Tabela 8. Parâmeros considerados consanes para odos os períodos e usinas Tabela 9. Conversão p/ ATR ou ART produos finais (CONSECANA-AL, 2008a) Tabela 10. Dados de eficiência global em ATR nas usinas Tabela 11. Dados de ATR da cana (kg/ de cana) Tabela 12. Capacidade máxima de esoque por família de produo (Emax pe ) Tabela 13. Esoque inicial por local de esoque e e produo p (I pe0 ) Tabela 14. Cuso de produção de cada produo por usina ($/ ou m 3 ) Tabela 15. Cuso de esocagem por produo por depósio ($/ ou m 3 ) Tabela 16. Relação enre períodos do modelo hierárquico e do modelo áico Tabela 17. Dados para a deerminação da mariz de rendimenos (A pk ) Tabela 18. Dados auxiliares para o cálculo dos cusos indusriais, agrícolas e CCT Tabela 19. Dados de enrada com variação em Tabela 20. Gasos e receias semanais para o funcionameno da USC Tabela 21. Dados de enrada para cálculo do balanço de energia Tabela 22. Dados da cogeração de energia elérica da USC Tabela 23. Resulado da produção mensal da CRPAAA ( ou m 3 ) PASUC/N Tabela 24. Tabela de aendimeno da demanda por produo ( ou m 3 ) PASUC-N Tabela 25. Resulado obido para a mea de produção da USC ( ou m 3 ) PASUC-N Tabela 26. Resulado moagem das usinas cooperadas (mil ) PASUC-N Tabela 27. Comparaivo enre a margem de conribuição do modelo PASUC-N Tabela 28. Comparação dos resulados globais PASUC/N Tabela 29. Resulados do modelo PASUC/N1-M-VP/A Tabela 30. Resulados do modelo PASUC/N1-M-VP/A Tabela 31. Margem de conribuição do modelo PASUC/N1-M-VP (valores em $) Tabela 32. Aendimeno da demanda de açúcar refinado por abordagem/cenário - PASUC/N1- M-VP ()

11 Tabela 33. Margem de conribuição do modelo PASUC/N1-M-EATR (valores em $) Tabela 34. Tabela de aendimeno da demanda por produo ( ou m 3 ) PASUC/N1-M Tabela 35. Resulado obido para a mea de produção da USC ( ou m 3 ) PASUC/N1-M Tabela 36. Comparação dos resulados globais de produção e exporação de energia - PASUC-M Tabela 37. Comparação da margem de conribuição por cenário PASUC/N1-M (mil $) Tabela 38. Comparação da margem de conribuição por cenário PASUC/N2-M (mil $) Tabela 39. Tempo compuacional PASUC/N2-B-VP/A1 e PASUC/N2-B-VP/A2 (segundos) Tabela 40. Produção mensal do modelo PASUC-B-EATR Tabela 41. Moagem mensal PASUC-B-EATR Tabela 42. Tabela de limianes de violação da resrição do modelo de oimização robusa. 176 Tabela 43. Tabela de aendimeno da demanda por produo ( ou m 3 ) PASUC/N1-B Tabela 44. Resulado obido para a mea de produção da USC ( ou m 3 ) PASUC/N1-B Tabela 45. Comparação dos resulados globais PASUC/N1-B Tabela 46. Comparação dos resulados globais PASUC/N2-B Tabela 47. Resumo dos modelos analisados Tabela 48. Exemplo de composição ecnológica da cana Tabela 49. Tipos de açúcares crisalizados de acordo com o eor de sacarose e a umidade Tabela 50. Lisa de processos Tabela 51. Legenda dos calendários apresenados no Anexo C Tabela 52. Resumo de duração previsa da safra para cada usina Tabela 53. Calendário da safra 2007/2008 da Usina Capricho (CAP) Tabela 54. Calendário da safra 2007/2008 da Usina Paisa (PAI) Tabela 55. Calendário da safra 2007/2008 da desilaria Poro Alegre (PAL) Tabela 56. Calendário da safra 2007/2008 da Usina Poro Rico (PRI) Tabela 57. Calendário da safra 2007/2008 da Usina Sana Cloilde (USC) Tabela 58. Calendário da safra 2007/2008 da Usina Sana Maria (USM) Tabela 59. Calendário da safra 2007/2008 da Usina Seresa (SER) Tabela 60. Calendário da safra 2007/2008 da Usina Sinimbu (SIN) Tabela 61. Calendário da safra 2007/2008 da Usina Sumaúma (USU) Tabela 62. Calendário da safra 2007/2008 da Usina Triunfo (TRI) Tabela 63. Moagem de cana por mês na safra 2007/ Tabela 64. Dados de previsão de moagem e capacidade de moagem das usinas

12 Tabela 65. Produção máxima em sacos de açúcar ou liros de álcool por dia Tabela 66. Produção diária máxima em oneladas de açúcar ou meros cúbicos de álcool Tabela 67. Demanda mínima e máxima esabelecida para o modelo PASUC/N Tabela 68. Preço de produos do modelo PASUC/N

13 LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS E SÍMBOLOS $ Unidade moneária ºbrix Grau brix (unidade de medida de sólidos solúveis em uma solução açucarada) ºINPM Grau Insiuo Nacional de Pesos e Medidas (unidade de medida do eor alcoólico) ºZ Grau Zugar (unidade de medida do eor de sacarose) AEAC Álcool Eílico Anidro Carburane AEHC Álcool Eílico Hidraado Carburane AEHCren Álcool Eílico Hidraado Carburane ipo REN AEI Álcool Eílico Indusrial AEN Álcool Eílico Neuro AR Açúcares Reduores ART Açúcares Reduores Toais Aerc Armazéns de açúcar erceirizados ATR Açúcares Toais Recuperáveis C/S Cenro/Sul CAP Usina Capricho CCT Core, Carregameno e Transpore CLSP Capaciaed Lo-Sizing Problem CONSECANA Conselho dos produores de cana, açúcar e álcool CPLEX Conração de C (linguagem de programação) mais SIMPLEX (algorimo de solução de problemas de programação linear) CRPAAA Cooperaiva Regional dos Produores de Açúcar e Álcool do Esado de AL CSLP Coninuous Seup Lo-Sizing and Scheduling Problem DEP Deparameno de Engenharia de Produção DLSP Discree Lo-Sizing and Scheduling Problem ELSP Economic Lo Scheduling Problem EMPAT Empresa Alagoana de Terminais Eerc Tanques de álcool erceirizados FOB Free On Board Fprop Froa própria de ranspore de cana Ferc Froa erceirizada de ranspore de cana GAMS General Algebraic Modeling Sysem GLSP General Lo-Sizing and Scheduling Problem

14 JAR Cenral de armazéns de açúcar do Jaraguá MCH Micro Cenral Hidroelérica MD01 Cenral de armazéns de açúcar de Marechal Deodoro Mprop Cana própria Mforn Cana de fornecedores N/N Nore/Nordese PASUC Modelo de Planejameno Agregado de Safra em Usinas Cooperadas do seor sucroenergéico PASUC/N1 Nível 1 do modelo PASUC (Planejameno de safra da cooperaiva) PASUC/N2 Nível 2 do modelo PASUC (Planejameno áico de safra de uma usina cooperada incorporando cogeração de energia) PASUC/N1-B-VP Modelo de oimização robusa Bersimas-Sim com incereza no preço dos produos do nível 1 do modelo PASUC PASUC/N1-B-EATR Modelo de oimização robusa Bersimas-Thiele com incereza na eficiência global das usinas do nível 1 do modelo PASUC PASUC/N2-B-A Modelo de oimização robusa Bersimas-Sim com incereza na mariz de rendimenos indusriais do nível 2 do modelo PASUC PASUC/N2-B-PHI Modelo de oimização robusa Bersimas-Sim com incereza no empo aproveiado do nível 2 do modelo PASUC PASUC-B Modelo de oimização robusa Bersimas-Sim com incereza na mariz de rendimenos indusriais e no preço dos produos, nível 1 e 2 do modelo PASUC PASUC/N1-M-VP Modelo de programação esocásica robusa com incereza no preço dos produos do nível 1 do modelo PASUC PASUC/N1-M-EATR Modelo de programação esocásica robusa com incereza na eficiência global das usinas do nível 1 do modelo PASUC PASUC/N2-M-A Modelo de programação esocásica robusa com incereza na mariz de rendimenos indusriais do nível 2 do modelo PASUC PASUC/N2-M-PHI Modelo de programação esocásica robusa com incereza no empo aproveiado do nível 2 do modelo PASUC PASUC-M Modelo de programação esocásica robusa com incereza na mariz de rendimenos indusriais e no preço dos produos, nível 1 e 2 do modelo PASUC PAI Usina Paisa PAL Desilaria Poro Alegre PC Pol da Cana

15 PCP Planejameno e Conrole da Produção PCTS Pagameno de Cana pelo Teor de Sacarose PI Programação linear Ineira PIM Programação linear Ineira Misa PL Programação Linear PLSP Proporional Lo-Sizing and Scheduling Problem PNL Programação Não-Linear PO Pesquisa Operacional PRI Usina Poro Rico Prock Abreviação de Processo k PUI Período de Uilização Indusrial PZA Pureza em pol PZA ART s.a. Sem SER SIM SPDL Pureza em ART Sujeio a Abreviação de Semana Usina Seresa Usina Sinimbu Seleção de Processos e Dimensionameno de Loes SPDL/PU2 Seleção de Processos e Dimensionameno de Loes aplicado ao Planejameno agregado da produção em Usinas de açúcar e álcool, segunda versão TAB Cenral de armazéns de açúcar do Tabuleiro TRI Usina Triunfo Tpero Terminal de esocagem de álcool da Transpero UFSCar Universidade Federal de São Carlos USC Usina Sana Cloilde USM Usina Sana Maria USU Usina Sumaúma VHP Very High Polarizaion VHPe Very High Polarizaion Especial VHP+ Very High Polarizaion plus VVHP Very Very High Polarizaion

16 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO Apresenação Objeivos e delimiação do problema Jusificaiva Meodologia Organização do rabalho DESCRIÇÃO DO PROBLEMA A agroindúsria canavieira no Brasil O processo de produção de açúcar, álcool e energia elérica Eapa agrícola Eapa de core, carregameno e ranspore Eapa indusrial Planejameno de safra no seor sucroenergéico Planejameno de safra em usinas cooperadas Esudo de caso Cooperaiva Regional dos Produores de Açúcar e Álcool de Alagoas Usina Sana Cloilde REVISÃO DA LITERATURA RELACIONADA Planejameno agregado hierárquico Modelagem maemáica de oimização Modelos deerminísicos Modelos deerminísicos aplicados ao planejameno agregado Modelo de seleção de processos e dimensionameno de loes Oimização sob incereza Modelo esocásico baseado em resrições de chance Modelo de programação esocásica em dois eságios com recurso Modelo de programação esocásica robusa Modelo de oimização robusa de Soyser Modelo de oimização robusa de Bersimas e Sim Modelo de oimização robusa de Bersimas e Thiele MODELAGEM DETERMINÍSTICA Modelo de Planejameno Agregado de Safra em Usinas Cooperadas do seor sucroenergéico (PASUC)... 74

17 4.2 Nível 1 - Planejameno de safra da cooperaiva (PASUC/N1) Nível 2 - Planejameno áico de safra de uma usina cooperada incorporando cogeração de energia (PASUC/N2) Geração de parâmeros do modelo PASUC/N Parâmeros calculados com dados de saída do modelo PASUC/N Parâmeros da mariz de rendimenos indusriais Parâmeros de cuso indusrial e cuso agrícola RESULTADOS DOS MODELOS DETERMINÍSTICOS Colea de dados dos modelos deerminísicos Dados uilizados no modelo de planejameno da CRPAAA (PASUC/N1) Dados uilizados no modelo de planejameno da USC (PASUC/N2) Resulados compuacionais do modelo PASUC Comparação enre resulados do modelo PASUC e dados da safra 2007/ Tempos compuacionais de solução (PASUC/N1 e PASUC/N2) Considerações sobre a uilização do modelo PASUC MODELAGEM SOB INCERTEZA Análise da incereza nos parâmeros do modelo PASUC Modelagem de programação esocásica robusa Incereza nos preços dos produos (PASUC/N1-M-VP) Incereza na eficiência global das usinas (PASUC/N1-M-EATR) Incereza na mariz de rendimenos indusriais (PASUC/N2-M-A) Incereza no empo aproveiado (PASUC/N2-M-PHI) Modelagem de oimização robusa Bersimas-Sim e Bersimas-Thiele Incereza nos preços dos produos (PASUC/N1-B-VP) Incereza na eficiência global das usinas (PASUC/N1-B-EATR) Incereza na mariz de rendimenos indusriais (PASUC/N2-B-A) Incereza no empo aproveiado (PASUC/N2-B-PHI) RESULTADOS DOS MODELOS SOB INCERTEZA Resulados do modelo de programação esocásica robusa Resulados do modelo de programação esocásica robusa com incereza nos preços dos produos (PASUC/N1-M-VP) Resulados do modelo de programação esocásica robusa com incereza na eficiência global das usinas (PASUC/N1-M-EATR)

18 7.1.3 Resulados do modelo de programação esocásica robusa com incereza na mariz de rendimenos indusriais e no preço dos produos (PASUC-M) Resulados do modelo de oimização robusa Resulados do modelo de oimização robusa com incereza nos preços dos produos (PASUC/N1-B-VP) Resulados do modelo de oimização robusa com incereza na eficiência global das usinas (PASUC/N1-B-EATR) Resulados do modelo de oimização robusa com incereza na mariz de rendimenos indusriais e no preço dos produos (PASUC-B) Considerações sobre os eses execuados CONCLUSÕES E PERSPECTIVAS Considerações finais Perspecivas para pesquisa fuura REFERÊNCIAS GLOSSÁRIO ANEXO A Modelo de Seleção de Processos e Dimensionameno de Loes para o Planejameno de Usinas (SPDL/PU2) ANEXO B Lisa de processos uilizados no esudo de caso ANEXO C Calendário de funcionameno das usinas cooperadas ANEXO D Dados relacionados com a capacidade das usinas cooperadas ANEXO E Dados relacionados com demanda e preços dos produos ANEXO F Planilhas de rendimenos e fluxograma de balanço de vapor e energia ANEXO G Resulados obidos no cenário do modelo esraégico da CRPAAA ANEXO H Resulados obidos no cenário do modelo áico da USC

19 17 1 INTRODUÇÃO 1.1 Apresenação O culivo e o processameno da cana-de-açúcar apresenam fore impaco socioeconômico em odo o Brasil. Ese sisema agroindusrial possui números expressivos ano na geração de divisas, na qual o açúcar e o álcool foram responsáveis por 7,6 bilhões de dólares em exporações durane o ano de 2007, o que corresponde a 4,75% do oal das exporações brasileiras no mesmo período (MDIC, 2008a, 2008b; SECEX, 2008), quano na geração de emprego, em que o seor admie direa e indireamene mais de quaro milhões de pessoas (ProCana, 2008). O seor sucroalcooleiro do Brasil é um dos pioneiros no que diz respeio ao aproveiameno em larga escala da agroenergia, onde desaca-se a uilização do bagaço como combusível para geração de energia elérica e a produção do álcool combusível, uilizado como subsiuo da gasolina desde as crises do peróleo na década de Ese pioneirismo em proporcionado uma crescene visibilidade para os produos brasileiros no mercado inernacional, principalmene depois da raificação do proocolo de Quioo. Além deses faores, o Brasil é, aualmene, o maior produor de açúcar do mundo, o segundo maior produor de álcool e o maior exporador dos dois produos. Segundo dados apresenados pelo Minisério da Agriculura, Pecuária e Abasecimeno (MAPA), o seor canavieiro processou na safra 1998/1999 o equivalene a 315,6 milhões de oneladas de cana, que geraram 17,96 milhões de oneladas de açúcar e 13,9 milhões de meros cúbicos de álcool (MAPA, 2008b). Na safra 2007/2008 foram processadas 493,4 milhões de oneladas de cana, com produção de 31,1 milhões de oneladas de açúcar e 22,4 milhões de meros cúbicos de álcool (MAPA, 2008a). Eses dados mosram um crescimeno acelerado de 56,3% na quanidade de cana processada em apenas dez safras, fazendo com que a agroindúsria canavieira seja um dos seores mais dinâmicos da economia brasileira. As perspecivas de crescimeno do seor coninuam alas para os próximos anos. Vários projeos de invesimeno enconram-se em curso no Brasil para elevar a capacidade insalada de produção. Esimaivas do seor produivo indicam invesimenos da ordem de US$ 33 bilhões aé 2012 (US$ 23 bilhões na área indusrial e US$ 10 bilhões na área agrícola), fazendo com que o número oal de unidades produoras aumene de 370 (115 produoras de álcool, 15 de açúcar e 240 de açúcar e álcool) para 470 (MDIC, 2008c). Para a safra 2008/2009, a expecaiva é de uma moagem oal enre 558,1 e 579,8 milhões de

20 18 oneladas de cana, o que corresponde a um aumeno de 11,3% a 15,6% do obido na safra passada (CONAB, 2008). Toda esa dinâmica apresenada pelo seor canavieiro vem acompanhada de mudanças nas esraégias compeiivas adoadas pelas empresas ligadas à agroindúsria canavieira (Belik e Vian, 2002; Vian, 2003). Denre as principais esraégias compeiivas que esão sendo adoadas deve-se desacar: o aprofundameno da especialização na produção de açúcar, álcool e energia; a busca por diferenciação de produo; a diversificação produiva; a concenração do seor por meio de fusões e aquisições; a formação de grupos de comercialização (ou pools) de açúcar e álcool; e a vericalização da cadeia produiva. Uma das conseqüências dese processo de re-direcionameno esraégico das usinas é a crescene dificuldade que os profissionais de Planejameno e Conrole da Produção (PCP) esão endo em programar os processos de produção das usinas de açúcar e das desilarias de álcool. Esa dificuldade adicional decorre do aumeno da complexidade na seleção dos processos que serão uilizados para a produção de um maior conjuno de produos, fazendo com que esas esraégias não sejam adoadas da melhor forma possível, ou aé mesmo que sejam descaradas. Uma opção para auxiliar nesas aividades de planejameno da produção é a uilização de écnicas de pesquisa operacional que possam auxiliar no planejameno de safra das usinas e desilarias. Esas écnicas podem apoiar diversas decisões imporanes que são consideradas no PCP das usinas, em paricular, com respeio à quanidade de cana que deve ser colhida e comprada dos fornecedores, à logísica de ranspore de cana a parir das frenes de core, à deerminação da moagem semanal, à seleção dos processos de produção uilizados em cada semana, além da políica de esoque e disribuição de produos acabados. Para ano, deve-se levar em consideração a melhor uilização dos recursos produivos, os faores de mercado e, principalmene, o melhor aproveiameno da maéria-prima, de forma que o planejameno da produção efeivamene apóie as esraégias compeiivas que esão sendo adoadas pela empresa (Paiva, 2006). Além dos ponos apresenados aneriormene, é ineressane desacar que a agroindúsria sucroenergéica possui algumas peculiaridades que influenciam basane no planejameno da produção. Denre esas peculiaridades, deve-se desacar a sazonalidade, o alo cuso relaivo da maéria-prima (cerca de 60% do cuso dos produos finais), a perecibilidade desa maéria-prima após a colheia e a dificuldade de deerminar de forma exaa os parâmeros uilizados em um modelo de planejameno.

21 Objeivos e delimiação do problema O objeivo principal desa ese é desenvolver e aplicar modelos de planejameno agregado de safra para um conjuno de usinas que fazem pare de um sisema cooperado de comercialização de açúcar e álcool, considerando incereza nos parâmeros de enrada do modelo e buscando maximizar a margem de conribuição do sisema como um odo. Modelos dese ipo devem auxiliar de forma imporane no planejameno agregado da produção de uma usina ou de várias usinas, proporcionando agilidade, facilidade e confiabilidade nas análises feias, abrindo poras para uma melhor compreensão das variáveis inerenes ao problema e propiciando uma maior proeção conra variação nos parâmeros adoados inicialmene no planejameno de safra. Para alcançar a mea principal dese esudo são proposos dois objeivos específicos. O primeiro é a elaboração de um modelo deerminísico de oimização para represenar as decisões envolvidas no planejameno agregado de safra de uma cooperaiva e de suas usinas. O segundo objeivo específico é desenvolver uma exensão do modelo deerminísico para raar as incerezas que impacam no processo decisório da cooperaiva e das usinas e, desa forma, ampliar o poencial da aplicação e o poder de análise do decisor. Ao analisar o processo de planejameno agregado de safra de um conjuno de usinas cooperadas, admie-se uma relação hierárquica enre o planejameno anual de produção e comercialização da cooperaiva (primeiro nível de decisão) e o planejameno áico de safra de uma das usinas cooperadas (segundo nível de decisão). O problema é abordado por meio de programação maemáica, em paricular, programação linear (PL) para o primeiro nível e programação linear ineira misa para o segundo nível (PIM). O modelo deerminísico desenvolvido deve auxiliar na definição do mix de produção de oda a cooperaiva, na alocação de meas de produção para as usinas, na deerminação da políica de esoque e de comercialização do sisema cooperado. Além desas decisões no âmbio da cooperaiva, o modelo deve ambém auxiliar na definição da moagem semanal, na seleção dos presadores de serviço de ranspore de cana, dos processos produivos indusriais e da quanidade de energia elérica exporada de cada usina. Para ano, propõe-se uma exensão do modelo de seleção de processos e dimensionameno de loes de produção, apresenado por Paiva (2006) e Paiva e Morabio (2007; 2008), que foi desenvolvido para o planejameno de uma usina de açúcar e álcool não cooperada sem considerar a cogeração de energia.

22 20 Para raar das incerezas nos parâmeros de enrada do modelo aqui proposo, preende-se esudar a aplicação de modelos de oimização sob incereza, paricularmene, modelos de programação esocásica robusa (Mulvey e al., 1995) e oimização robusa (Bersimas e Sim, 2003; Bersimas e Thiele, 2006). A programação esocásica robusa é uma abordagem de modelagem que inegra conceios de programação de meas e de programação esocásica em dois eságios com recurso. Esa abordagem preende ober uma solução com pequena deerioração da função objeivo e que permaneça facível para os cenários considerados na análise (Mulvey e al., 1995). No caso da oimização robusa, em-se uma écnica de pior caso que preende ober soluções que minimizem o desvio máximo das variáveis aleaórias consideradas, de forma que seja assegurada a facibilidade do problema, sem grande perda de oimalidade, e sem considerar as disribuições de probabilidade associadas (Bersimas e Sim, 2003). Ambas as écnicas preendem agregar maior flexibilidade no conrole do conservadorismo adoado na análise da incereza e, por isso, são idenificadas nesa ese pelo ermo oimização robusa. Caso seja imporane diferenciar as duas abordagens uiliza-se a denominação apresenada aneriormene nese parágrafo. Vale lembrar que os processos de produção das usinas brasileiras não apresenam variações significaivas, fazendo com que sejam necessárias pequenas modificações para adapar os modelos proposos nesa ese à realidade de ouras empresas do seor. 1.3 Jusificaiva No Brasil, a parir da década de 1990, com a aberura do mercado de açúcar e álcool, o decorrene aumeno de compeiividade denro do seor e os avanços na ecnologia de microinformáica e compuação, percebe-se o surgimeno de algumas conribuições sobre a uilização de méodos quaniaivos na indúsria sucroalcooleira. Baraa (1992) uilizou programação linear para desenvolver um modelo de avaliação ecno-econômica aplicado às quesões relacionadas ao core e à reforma de canaviais. Lopes (1995) modelou um sisema de ranspore, carregameno e reboque a fim de idenificar e analisar as variáveis que influenciam o cuso de cada uma das operações envolvidas. Grisoo (1995) apresenou um modelo de oimização para o ranspore de canade-açúcar uilizando ranspore rodoviário. Yoshizaki e al. (1996) aplicaram um modelo de programação maemáica para abordar o problema da disribuição de álcool no sudese do Brasil. Yamada (1999) modelou as aividades produivas de uma usina de açúcar uilizando redes de Peri aemporizadas, para fornecer informações para a consrução de modelos de

23 21 simulação. Colin e al. (1999) apresenaram um modelo de programação linear para oimização do sisema logísico de disribuição e armazenameno de açúcar, considerando um depósio cenral e diversos depósios secundários. Kawamura e al. (2006) apresenaram um modelo de programação linear, muliperíodo, para raar decisões de ranspore e esocagem dos produos de uma cooperaiva de produores de açúcar e álcool (COPERSUCAR). Iannoni e Morabio (2002; 2006) esudaram o sisema de recepção de cana de uma usina uilizando simulação discrea para analisar a logísica de ranspore de cana. Xavier (2008) apresenou um modelo de localização desenvolvido para idenificar regiões promissoras para a consrução de cenros de esocagem ou disribuição de álcool denro do erriório brasileiro. Em ouros países produores de cana-de-açúcar (p.ex., Ausrália, Cuba, Colômbia), a uilização de méodos quaniaivos aplicados aos problemas da indúsria sucroalcooleira eve início aneriormene. Denre os principais rabalhos, desaca-se o de Whan e al. (1976), que desenvolveram um modelo de composição de variedades de cana-deaçúcar, objeivando oimizar o reorno financeiro de uma fazenda e endo em cona a programação da colheia que seria adoada na safra (curva de sacarose). Abel e al. (1981), desenvolveram um modelo de programação da colheia de cana-de-açúcar uilizando o sisema de ranspore ferroviário. Mahew e Rajendran (1993) aplicaram simulação para analisar a programação das aividades de manuenção de uma usina açucareira, onde se preendeu deerminar um bom inervalo enre as paradas para manuenção da usina. Higgins e al. (1998) aplicaram um modelo maemáico para a deerminação da programação da colheia de cana-de-açúcar durane oda uma safra. Cock e al. (2000) apresenaram uma meodologia para escolha de variedades de cana por meio da análise do cuso oal de processameno desa variedade. Higgins e Davies (2005) aplicaram simulação compuacional para planejar a capacidade do sisema de ranspore de cana-de-açúcar. Além disso, alguns rabalhos mais recenes apresenam modelos e méodos de oimização aplicados à programação e inegração do core de cana com o ranspore desa maéria-prima aé a usina (Higgins e al., 2004; Milan e al., 2005; Higgins, 2006). Analisando esas publicações, percebe-se que exise um esforço crescene em desenvolver e aplicar modelos e méodos quaniaivos para auxiliar nas decisões das principais operações do seor sucroenergéico, desacando-se os modelos de planejameno da colheia, modelos de programação do ranspore de cana, de disribuição e armazenagem de açúcar e álcool, de seleção de variedades e de programação da reforma do canavial. Todos eses rabalhos são volados para a eapa agrícola, eapa de CCT (Core, Carregameno e Transpore) e para o esoque de produos finais.

24 22 Na eapa indusrial, grande pare dos esforços empregados para modelar o processo de produção de açúcar, álcool e subproduos esão resrios às áreas de engenharia química, engenharia de alimenos, engenharia elérica, engenharia de processo açucareiro e alcooleiro. Eses esudos esão focados na represenação das ransformações químicas e físicas que aconecem nas diversas operações uniárias de produção de açúcar e álcool, embasando esudos de análise de invesimenos e de melhorias de projeo de equipamenos (Alves, 1994; Lee e al., 1999; Alegre e al., 2003; Rodrigues, 2005; Wissen e al., 2005). Recenemene, Paiva e Morabio (2007; 2008) apresenaram um modelo de oimização de PIM aplicado ao planejameno agregado da produção em usinas de açúcar e álcool. Ese modelo deerminísico mosrou-se adequado para aplicações no planejameno de safra de uma usina ípica, apoiando pare das principais decisões do PCP da eapa indusrial de produção de açúcar e álcool. Além de propiciar uma inegração enre o modelo econômico/esraégico da empresa, os modelos de planejameno áico discuidos nesa seção (eapa indusrial, agrícola, CCT e comercialização/disribuição) e as ferramenas de conrole e de cusos gerenciais, conforme ilusrado na Figura 1. Nível esraégico Nível áico Conrole Plano de colheia da cana Modelo econômico de empresa Plano de CCT Plano indusrial Plano comercial e disribuição Sisemas de conroles e aponamenos écnicos Sisemas de cusos gerenciais Figura 1. Níveis de planejameno e inegração das várias eapas (Fone: adapado de Brunsein e Tomiya, 1995) A parir do rabalho desenvolvido por Paiva e Morabio (2007; 2008), preende-se desenvolver os modelos de planejameno agregado de safra em usinas cooperadas do seor sucroenergéico para o presene esudo. A principal diferença enre a abordagem de Paiva e Morabio (2007; 2008) e a abordagem proposa nesa ese é a suposição, feia por Paiva e Morabio (2007; 2008), de que uma usina cooperada pode execuar o seu planejameno desconsiderando o planejameno da

25 23 cooperaiva e das ouras usinas cooperadas. Para conornar esa limiação, adoa-se nesa ese uma esraégia de planejameno hierárquico da produção, onde o primeiro nível corresponde ao planejameno agregado de safra da cooperaiva, considerando odas as usinas cooperadas, e o segundo nível corresponde ao planejameno agregado de safra de uma usina desse sisema cooperado. Desa forma, o modelo proposo por Paiva e Morabio (2007; 2008) pode ser aplicado para usinas não cooperadas e com produção diversificada. Já o modelo proposo nesa ese é mais recomendado para usinas cooperadas, em paricular para usinas que fazem pare da Cooperaiva Regional dos Produores de Açúcar e Álcool de Alagoas (CRPAAA), organização onde o esudo de caso desa ese foi realizado. Oura diferença que pode ser desacada enre a abordagem de Paiva e Morabio (2007; 2008) e a abordagem proposa nesa ese é a incorporação da cogeração de energia. Nesa abordagem, inclui-se a cogeração de energia como pare inegrane do processo de decisão, considerando desde a necessidade de vapor para os processos de moagem, desilação de álcool e fabricação do açúcar, aé a exporação e comercialização da energia excedene. Além dos ponos apresenados acima, é ineressane noar que a agroindúsria sucroenergéica possui muias incerezas inerenes ao seu processo de planejameno. Incerezas com relação ao mercado de commodiies, incerezas relaivas à maéria-prima, incerezas relaivas ao processo de produção. Desa forma, percebe-se a imporância de ambém esudar a uilização de modelos de oimização sob incereza, de forma que seja possível agregar maior poder de análise ao modelo proposo. 1.4 Meodologia Ese rabalho uiliza a abordagem de pesquisa quaniaiva, pois esá cenrado na criação de um modelo quaniaivo de planejameno agregado da produção. A meodologia adoada para esudar esa abordagem pode ser resumida pelo modelo proposo por Law e Kelon (1991) e Berrand e Fransoo (2002), ípico de pesquisa operacional. Ese modelo conempla as seguines eapas: (a) Conceiualização: consise na inerpreação da realidade, ou pares dela, em um modelo conceiual. Nesa eapa foram feias visias a unidades produoras, levanados os dados relaivos à lógica de planejameno do sisema cooperado e revisada a lieraura écnica de produção de açúcar, álcool e energia. As informações colhidas foram uilizadas para modelar o processo de planejameno hierárquico da cooperaiva e o sisema de cogeração de energia na usina;

26 24 (b) Colea de dados: consise na obenção dos dados hisóricos e parâmeros uilizados pelo PCP da empresa, além dos valores máximos e mínimos dos parâmeros considerados inceros nos modelos de oimização robusa. Nesa eapa, conou-se com o apoio da Usina Sana Cloilde (USC) e da Cooperaiva Regional dos Produores de Açúcar e Álcool de Alagoas (CRPAAA) para obenção dos dados de medições, boleins e relaórios inernos; (c) Modelagem: represenação do modelo conceiual por um modelo cienífico. Após uma análise mais dealhada das modificações necessárias no modelo de referência (Paiva e Morabio, 2008), iniciou-se o desenvolvimeno de um modelo de oimização maemáica incorporando os conceios do planejameno hierárquico ao planejameno de safra da empresa em quesão e incorporando écnicas de oimização robusa em um segundo eságio da modelagem; (d) Experimeno: processo de obenção de uma solução para o modelo cienífico. O quaro passo foi implemenar os modelos proposos uilizando uma linguagem de modelagem algébrica e um solver de PL e PIM; (e) Validação: verificar se o modelo cienífico corresponde à realidade ou ao recore da realidade considerado. Nesa eapa, conou-se com o apoio da USC e da CRPAAA para análise e validação dos resulados dos experimenos execuados, assim como na elaboração de comparaivos enre os dados de saída do modelo e os dados reais de planejameno de safra; (f) Documenação e feedback: análise e documenação da coerência enre a solução obida e o modelo conceiual. Nesa eapa inclui-se ano a redação desa ese e as discussões e análises com os decisores da empresa, quano os ajuses necessários para adequação do modelo proposo ao sisema real. A Figura 2 resume as eapas da abordagem meodológica uilizada nesa ese, com desaque para as seas que conecam as eapas e ilusram a possibilidade de reornar a eapas aneriores para correções ou melhorias na modelagem. Ese rabalho pode ser classificado como um esudo quaniaivo de modelagem empírico descriiva, que uiliza um esudo de caso para obenção de dados e validação dos resulados obidos (Berrand e Fransoo, 2002).

27 25 (a) Conceiualização (b) Colea de dados (c) Modelagem (d) Experimeno (e) Validação (f) Documenação e feedback Figura 2. Eapas da meodologia uilizada (Fone: adapada de Law e Kelon, 1991) 1.5 Organização do rabalho Ese rabalho esá organizado em oio capíulos, sendo o primeiro o capíulo inroduório. No capíulo 2, apresena-se brevemene a agroindúsria canavieira no Brasil, seguindo-se de uma apresenação de sisema agroindusrial da cana-de-açúcar e do processo de produção de açúcar, álcool, e energia elérica. Ese capíulo é finalizado com uma discussão mais dealhada das esraégias de comercialização adoadas no seor sucroenergéico e do sisema de PCP de odo o sisema cooperado, além de uma discussão mais aprofundada do escopo desa ese. No capíulo 3, faz-se uma breve inrodução às quesões gerais envolvidas no planejameno e conrole da produção e, na seqüência, apresena-se uma breve revisão dos modelos deerminísicos de PL, PIM e das écnicas de oimização sob incereza, ais como, resrições de chance, programação esocásica em dois eságios com recurso, programação esocásica robusa, e oimização robusa. Toda esa discussão serve de base para desenvolver as modelagens apresenadas no capíulo 4 e 6. O capíulo 4 descreve oda a esruura do modelo deerminísico de Planejameno Agregado de Safra em Usinas Cooperadas do seor sucroenergéico (PASUC), proposo nesa ese. Considerando, inicialmene, o primeiro nível do planejameno hierárquico que raa do planejameno agregado de safra da cooperaiva (PASUC/N1), o modelo de planejameno de safra da usina, incorporando a cogeração de energia (PASUC/N2), e, por fim, a geração de parâmeros do modelo de planejameno de safra da usina. O capíulo 5

28 26 discue o processo de colea de dados desenvolvida para o esudo de caso (safra 2007/2008) e os resulados compuacionais enconrados na aplicação do modelo PASUC. No capíulo 6, inicialmene, descreve-se o conjuno de parâmeros inceros considerados e, em seguida, apresena-se o desenvolvimeno dos modelos de oimização sob incereza considerados nesa ese. No capíulo 7, são apresenados os resulados da incorporação da incereza nos modelos apresenados no capíulo anerior, junamene com os dados de enrada apresenados no capíulo 5. As conclusões e sugesões de pesquisas fuuras são apresenadas no capíulo 8.

29 27 2 DESCRIÇÃO DO PROBLEMA 2.1 A agroindúsria canavieira no Brasil Esa seção não preende revisar a hisória do seor canavieiro no Brasil, nem a influência do conrole esaal ou da desregulamenação sobre o desenvolvimeno das usinas e desilarias, aé porque eses emas já foram raados com propriedade por diversos rabalhos (Loureiro, 1970; Szmrecsányi, 1979; Sperandio,1990; Lima e Sicsú, 2001; Moraes, 2002; Belik e Vian, 2002; Vian, 2003; MAPA, 2008b). O inuio desa seção é apresenar, resumidamene, o cenário vivido pelo seor após a desregulamenação, finalizada em 1999 com a liberação dos preços do álcool hidraado, e aponar algumas caracerísicas das subregiões produoras do Brasil. A agroindúsria sucroalcooleira no Brasil é comumene dividida em duas subregiões, Cenro/Sul (C/S) e Nore/Nordese (N/N) (Figura 3), com um oal de 370 unidades produoras (240 unidades misas, 115 desilarias e 15 produoras de açúcar), cadasradas no deparameno de cana-de-açúcar e agroenergia do MAPA aé 22 de novembro de 2007 (MAPA, 2008c). Ese sisema agroindusrial possui números expressivos ano na geração de divisas, na qual o açúcar e o álcool foram responsáveis por 7,6 bilhões de dólares em exporações no ano de 2007, o que corresponde a 4,75% do oal das exporações brasileiras no mesmo período (MDIC, 2008a, 2008b; SECEX, 2008), quano na geração de emprego, em que o seor admie direa e indireamene mais de quaro milhões de pessoas (ProCana, 2008). Conforme mencionado no capíulo 1, o Brasil é aualmene o maior produor de açúcar do mundo, o segundo maior produor de álcool e o maior exporador dos dois produos. Segundo dados apresenados pelo Minisério da Agriculura, Pecuária e Abasecimeno, o seor canavieiro processou na safra 1998/1999 o equivalene a 315,6 milhões de oneladas de cana, que geraram 17,96 milhões de oneladas de açúcar e 13,9 milhões de meros cúbicos de álcool (MAPA, 2008b). Na safra 2007/2008 foram processadas 493,4 milhões de oneladas de cana, com produção de 31,1 milhões de oneladas de açúcar e 22,4 milhões de meros cúbicos de álcool (MAPA, 2008a). Eses dados mosram um crescimeno acelerado de 56,3% na quanidade de cana processada em apenas dez safras, 73,2% na produção de açúcar e 61,2% na produção de álcool. Na Tabela 1 é possível verificar a variação desas medidas desde a safra 1998/1999 aé a safra 2007/2008, ano para a subregião N/N como para o C/S. Por meio deses dados, pode-se perceber um crescimeno acenuado na produção de cana-de-açúcar, principalmene na sub-região C/S, gerando uma concenração

30 28 ainda maior da produção (Figura 4). Ouro faor que pode ser observado é o crescimeno da paricipação do açúcar no mix de produção de ambas as regiões, com uma pequena diminuição na porcenagem de álcool produzido do oal de cana-de-açúcar processada (Figura 5). Figura 3. Esquema represenaivo das sub-regiões produoras de cana-de-açúcar do Brasil Tabela 1. Dados de produividade da safra 1998/1999 a 2007/2008 Safra Cana (mil oneladas) Açúcar (oneladas) Álcool (m³) C/S N/N C/S N/N C/S N/N 1998/ / / / / / / / / / Fone: MAPA (2008a, 2008b)

31 29 Mil oneladas C/S N/N Figura 4. Evolução da produção de cana-de-açúcar enre as safras 1998/1999 e 2007/2008 (Fone: MAPA, 2008a; 2008b) / / / / / / / / / /2008 Açúcar (oneladas) C/S Açúcar (oneladas) N/N Álcool (m³) C/S Álcool (m³) N/N Figura 5. Evolução da produção de açúcar e álcool enre as safras 1998/1999 e 2007/2008 (Fone: MAPA, 2008a; 2008b) As exporações brasileiras de açúcar ambém apresenaram crescimeno represenaivo nos úlimos anos. Segundo dados do MDIC (2008a), o Brasil exporou mil oneladas de açúcar em 1998 e obeve uma receia de milhões de US$ FOB. No ano de 2007, as exporações de açúcar geraram uma receia de milhões de US$ FOB com a

32 30 negociação de mil oneladas. Eses dados mosram um aumeno de 217,4% na receia de exporação, considerando a receia em dólares, e de 125,4% na quanidade de açúcar exporado (Tabela 2). Tabela 2. Evolução das exporações de açúcar enre 1998 e 2007 Ano Açúcar (mil ) Receia (milhões US$ FOB) Preço médio (US$/) , , , , , , , , , ,81 Fone: MDIC (2008a) Anes da desregulamenação do seor sucroalcooleiro o álcool produzido no Brasil era comercializado primordialmene no mercado inerno, porém, esa realidade vem mudando principalmene após a raificação do proocolo de Quioo. Dados do MDIC (2008b) indicam que as exporações de álcool alcançaram a marca de 3,5 milhões de meros cúbicos em 2007, gerando uma receia de milhões de US$ FOB. Ese valor corresponde a 19,6% da produção de álcool da safra 2006/2007 e coloca o Brasil como o maior exporador de álcool do mundo, sendo os Esados Unidos o principal mercado consumidor do álcool brasileiro, com 55% do volume exporado no ano de 2006 e 24% no ano de 2007 (MDIC, 2008d). A Tabela 3 mosra os dados de exporação mensal de álcool enre os meses de janeiro de 2006 e maio de Tabela 3. Evolução mensal das exporações de álcool enre janeiro de 2006 e maio de 2008 Mês Álcool (mil m 3 ) Receia (mil US$ FOB) Preço médio (US$/m 3 ) Jan 159,7 337,8 220, ,63 467,80 403,86 Fev 145,1 207,8 364, ,80 448,33 434,05 Mar 188,1 224,3 278, ,07 481,84 448,22 Abr 144,3 263,4 288, ,50 455,10 476,30 Mai 101,0 278,7 391, ,84 437,92 466,44 Jun 166,3 214, ,96 403,95 Jul 563,3 410, ,83 393,59 Ago 479,7 439, ,32 390,31 Se 361,3 336, ,91 389,59 Ou 544,8 328, ,62 393,58 Nov 291,7 228, ,02 388,38 Dez 283,7 242, ,50 401,30 Toal 3.428, , , Fone: MDIC (2008b)

33 31 Além das exporações, o consumo de álcool combusível hidraado ambém vem crescendo no mercado inerno, devido ao adveno do carro bicombusível. Dados aponam para um aumeno de 4,3 milhões de meros cúbicos em 2003 para 10,1 milhões de meros cúbicos em 2007 (MDIC, 2008c). Ouro produo que esá definiivamene incorporado no mix de produção da agroindúsria canavieira é a energia elérica. Na safra 2006/2007 foram cogerados 1200 MWh em média, o que equivale ao poencial de geração da Usina Nuclear de Angra 3. Para a safra 2012/2013, espera-se uma cogeração na ordem de MWh médios, apenas com a uilização do bagaço da cana. Caso seja uilizado 50% da palha e da pona de cana que ficam no campo, ese número pode chegar a MWh médios na safra 2012/2013, valor superior aos MWh médios gerados pela Usina Hidroelérica de Iaipu (UNICA, 2008). Com ese quadro de crescimeno na cogeração de energia, esima-se que na safra 2015/2016 a receia proveniene da energia elérica alcance 16% do oal da receia do seor (Figura 6). 80% 70% 60% 50% 33% 40% 33% 30% 20% 10% 0% 1% 10% 16% 13% Energia Eanol Exporação 38% Eanol Domésico 2015/ / % Açúcar Exporação 23% 10% Açúcar Domésico Figura 6. Receia por produo do seor canavieiro (Fone: UNICA, 2008) Ese quadro de crescimeno promee coninuar aquecido denro dos próximos anos. Segundo dados da UNICA (2008), o Brasil deve conar com mais 70 usinas de médio e grande pore aé a safra 2012/2013, aumenando a safra de cana-de-açúcar para valores em orno de 695 milhões de oneladas. Ou seja, um crescimeno em orno de 41% da produção de cana aual, sendo o álcool e a cogeração de energia os dois grandes moivadores dessa expansão.

34 32 Os dados apresenados nesa seção mosram a compeiividade da agroindúsria canavieira do Brasil e sua imporância no mercado inernacional. A próxima seção descreve, de forma generalisa, o processo de produção dos principais produos dese seor. 2.2 O processo de produção de açúcar, álcool e energia elérica Nesa seção, descreve-se de forma genérica o processo de produção de açúcar, álcool, melaço e energia elérica. Tendo como base os esudos de Hugo (1977), Payne (1989), ICIDCA (1999), Casro e al. (2002), Fernandes (2003) e Medeiros (2005), além da experiência adquirida pelo auor desa ese, ano na Usina Sana Cloilde (USC), onde foi feio o esudo de caso, quano em 27 visias écnicas realizadas em diferenes unidades produoras anes e durane a realização dese rabalho, a saber: usina Sana Maria (Poro Calvo-AL), usina Leão (Rio Largo-AL), usina Caeé mariz (São Miguel dos Campos-AL), usina Caeé filial Cachoeira (Maceió-AL), usina Caeé filial Dela (Dela-MG), usina Coruripe mariz (Coruripe-AL), usina Coruripe filial Campo Florido (Campo Florido-MG), usina Coruripe filial Iurama (Iurama-MG), usina Seresa (Teoônio Vilela-AL), usina Poro Rico (Campo Alegre-AL), usina João de Deus (Capela-AL - desaivada), usina Terra Nova (Pilar- AL - desaivada), usina Pindorama (Coruripe-AL), usina Da Barra (Barra Bonia-SP), usina Baaais (Baaais-SP), usina Cerradinho (Caanduva-SP), usina Alo Alegre unidade Floresa (Ameliópolis-SP), usina Sana Adélia (Jaboicabal-SP), usina São Francisco (Serãozinho-SP), usina Ipiranga (Descalvado-SP), usina São João (Araras-SP), usina Sana Lúcia (Araras-SP), usina Ferrari (Sana Cruz das Palmeiras-SP), usina Cresciumal (Leme-SP), usina Cosa Pino (Piracicaba-SP), usina Ibéria (Ibéria-SP). Enende-se que as eapas e processos que são descrios nesa seção são suficienemene genéricos para represenar odas as unidades produivas e proporcionar uma visão clara do sisema de produção que esá sendo esudado nesa ese. Para represenar uma empresa em especial, são necessárias pequenas modificações, endo em visa as especificidades de cada corporação. Para enender o funcionameno das empresas canavieiras é fundamenal enender a ineração enre campo e indúsria, dado que a cana-de-açúcar é responsável pela produção dos açúcares (sacarose, glicose e fruose) e da biomassa, e a usina é responsável pela recuperação e crisalização da sacarose (fabricação de açúcar), pela fermenação e desilação dos açúcares reduores (fabricação de álcool) ou pela ransformação energéica da biomassa (cogeração de energia). Para analisar esa ineração é suficiene subdividir o

35 33 processo de produção em rês eapas principais: eapa agrícola, eapa de CCT e eapa indusrial, que são descrias a seguir Eapa agrícola A eapa agrícola pode ser dividida em rês macro-aividades: (a) formação do canavial; (b) raos culurais; e (c) irrigação. Oura aividade que muias vezes é considerada como pare inegrane da eapa agrícola, esando subordinada à gerência agrícola das usinas, é o CCT; porém, nesa ese esa eapa é raada separadamene (seção 2.2.2). A primeira macro-aividade da eapa agrícola esá represenada na Figura 7 pela lera a e pode ser subdividida em duas sub-aividades principais: preparo de solo (a.1) e sulcação, adubação e planio (a.2). O preparo do solo é a aividade execuada anes do planio que visa aenuar ou eliminar alguns faores físicos, químicos e biológicos que podem vir a prejudicar o desempenho do canavial. De forma geral, são execuadas operações de descompacação e sisemaização do solo (gradagem, homogeneização, erraplanagem, erraceameno, delineação de alhões), correção das caracerísicas química do solo (calagem, gessagem) e aplicação de herbicidas e fungicidas (conrole de ervas daninhas, cupins, enre ouros). Esas operações preendem proporcionar boas condições para o crescimeno radicular da cana-de-açúcar, conribuindo para a longevidade do canavial e faciliando a mecanização das operações subsequenes (Embrapa, 2009a). Após o preparo de solo (a.1), execua-se a sulcação, adubação e o planio (a.2), que correspondem a efeiva aberura do sulco, a adubação e a aplicação de resíduos indusriais (ora de filro e vinhaça) e a colocação dos colmos de cana que originarão o novo canavial. Uma paricularidade exisene no manejo da cana-de-açúcar se refere à escolha do momeno de realização das operações descrias no parágrafo anerior. Para exemplificar esa paricularidade, é ineressane desacar que na sub-região C/S o planio pode ser feio no período de janeiro a março (cana de 18 meses) ou no período de seembro a novembro (cana de 12 meses). No caso da região N/N o planio de 18 meses é realizado enre junho e seembro e o planio de 12 meses é realizado enre ouubro a fevereiro (feio com a uilização de irrigação). Além disso, no caso do planio de 18 meses, é possível realizar a roação de culuras durane a enressafra agrícola, práica que propicia a fixação de nirogênio no solo, facilia o conrole de ervas daninhas, reduz a erosão do solo em períodos chuvosos e aumena a renabilidade do uso da erra (Embrapa, 2009b). A macro-aividade b (raos culurais) ambém pode ser dividida em duas subaividades, são elas: (b.1) raos culurais de cana plana (cana planada e que ainda não foi

36 34 colhida) e (b.2) raos culurais de socaria (cana proveniene da rebroa dos colmos remanescenes da cana plana após a colheia). A diferença enre esas duas sub-aividades é a idade do canavial, no caso da aividade b.1 execua-se os raos culurais em um canavial planado recenemene (menos de 1 ano) e que ainda não foi colhido, já a aividade b.2 é realizada em um canavial com idade superior a 24 meses. Esa diferença exise pelo fao da cana ser uma culura semi-permanene, ou seja, a cana-de-açúcar é planada uma vez e propicia em média cinco cores, ou cinco safras. Durane os quaro anos subseqüenes ao planio, a socaria é deixada no campo e deve ser raada para maner o desempenho produivo das safras poseriores. Porano, a aividade b.2 é execuada em aproximadamene 80% do canavial, enquano a aividade b.1 é execuada em aproximadamene 20%. Resíduos indusriais Mudas e insumos Preparo do solo (a.1) Sulcação, adubação e planio (a.2) Traos culurais de cana plana (b.1) Traos culurais da socaria (b.2) Canavial Irrigação da cana-plana e da socaria (c) Colheia CCT Não Reforma? Sim Figura 7. Fluxograma das aividades que compõem a eapa agrícola (Fone: adapada de Fernandes, 2003) Além da diferença de idade do canavial, as operações execuadas em b.1 e b.2 ambém apresenam variações. No caso da aividade b.2, geralmene execua-se a adubação, a ferirrigação (aplicação de vinhaça), a calagem (caso necessário), a aplicação de herbicidas e operações para o conrole pragas e doenças, já a aividade b.1 é composa principalmene pelo

37 35 conrole de planas daninhas, viso que o solo já foi recenemene manipulado durane sua preparação para o planio (aividade a.1). A irrigação é considerada, nesa ese, como a erceira aividade da eapa agrícola (aividade c), viso que exise uma crescene imporância desa écnica, principalmene na sub-região N/N. Esa écnica consise na aplicação de água para compensar o défici hídrico dos períodos de seca e proporcionar um rendimeno agrícola mais elevado. A colheia da cana-de-açúcar seria a quara aividade da eapa agrícola, porém, nesa ese, considera-se esa aividade como pare inegrane da eapa de CCT Eapa de core, carregameno e ranspore A eapa de CCT consise em rês operações principais que deerminam o ipo de colheia que será adoado (Figura 8): a primeira é o core da cana, que pode ser manual ou mecanizado; a segunda é o carregameno da cana, que geralmene é mecanizado, mas em condições especiais ambém pode ser manual; e a erceira é o ranspore da cana para a unidade de processameno. Fazendo a combinação das duas primeiras operações, desacam-se os seguines ipos de colheia: (d) core manual de cana crua com carregameno mecanizado; (e) core manual de cana queimada com carregameno mecanizado; (f) core mecanizado de cana ineira com carregameno mecanizado; (g) core mecanizado de cana picada sem ransbordo; (h) core mecanizado de cana picada com ransbordo. Apesar da exisência de odas esas possibilidades de colheia, não é comum enconrar nas usinas brasileiras a uilização dos ipos f e g. Além disso, o ipo d é uilizado em menor escala apenas para planio e para áreas em que não se pode queimar a cana ou uilizar colheia mecanizada. Desa forma, desacam-se os ipos e e h como os principais ipos de colheia exisenes. Além desas quesões operacionais, é imporane desacar alguns ponos referenes à qualidade do CCT realizado. Primeiramene, é imporane que a definição do momeno de colheia de cada alhão seja especificado de forma oimizada, dado a necessidade de ober uma maéria-prima com maior eor de ART (Açúcares Reduores Toais) e com uma pureza ala. Ouro pono é a necessidade de que odas as operações do CCT sejam execuadas em um inervalo inferior a 48 horas, fazendo com que o empo médio de colheia, ambém conhecido como empo de queima, seja baixo e eviando a inversão dos açúcares da cana e o aparecimeno de dexrana.

38 36 Agrícola Talhões liberados Cana Crua Não Queima? Sim Queima Cana Queimada Cana Picada? Não Core Manual? Sim Core Manual Sim Não Core Mecanizado de Cana Ineira Cana Enleirada Transbordo? Não Colheia Mec. sem Transbordo Carregameno Mecanizado Sim Colheia Mec. com Transbordo Transpore Indusrial Figura 8. Fluxograma das operações que compõem a eapa de CCT (Fone: adapada de Fernandes, 2003) Eapa indusrial A eapa indusrial se inicia com a pesagem e análise da cana para fins de pagameno do fornecedor pelo sisema CONSECANA (Pagameno de Cana pelo Teor de Açúcares Toais Recuperáveis-ATR) ou para fins de conrole dos rendimenos indusriais. Nesa fase são deerminados o PC (Pol da Cana), o AR (Açúcares Reduores), o ART, o ATR, o brix, a fibra e a pureza da cana. Após a pesagem e amosragem, a cana passa direamene para a mesa alimenadora ou vai para o esoque de cana, onde poseriormene é levada por meio de garfos hidráulicos aé a mesa alimenadora. Na mesa, a cana passa por um lençol d água para reirada de impurezas minerais e vegeais. Após a lavagem da cana, a água conaminada passa por um sisema de raameno, onde as impurezas grosseiras são reiradas por peneirameno e os demais conaminanes são reirados em células de decanação. A água peneirada e decanada vola à mesa alimenadora, enquano o lodo é descarado ou enviado para o campo. Ouro sisema uilizado aualmene nas usinas do Brasil é a limpeza a seco. Nese caso, as impurezas minerais e vegeais são separadas da cana por meio de um sisema de venilação forçada. Também exisem usinas que aboliram definiivamene a limpeza da cana, seja a seco ou por meio da lavagem de cana. Esas empresas possuem um grande percenual de cana colhida mecanicamene e, ambém, conrolam a quanidade de impurezas minerais e vegeais

39 37 exisenes na sua cana-de-açúcar por meio de programas de qualidade de maéria-prima, procurando eviar o ranspore de impurezas para a indúsria. Em seguida, a cana é ransporada por eseiras meálicas aos picadores e ao desfibrador. Neses equipamenos a cana é picada e desfibrada, de forma que apresene o maior índice possível de células aberas e possibilie uma maior exração da sacarose pelas moendas ou pelo difusor. Após a aividade de preparo, a cana cai em uma eseira de borracha, onde passa sobre um eleroímã para reirada de parículas meálicas que acompanham a maéria-prima. Logo em seguida, é iniciada a alimenação da moenda. Cada conjuno de moagem é composo por um oal de quaro a see ernos de moagem. Cada erno possui de rês a cinco rolos, por onde passa a cana desfibrada e onde é separado o caldo do bagaço. Uma pequena quanidade de bagaço sai juno com o caldo, sendo reirado por uma peneira roaiva e devolvido à moenda. O bagaço resulane é levado por uma eseira aé as caldeiras para a queima e a produção de vapor. A sobra de bagaço é enviada a um depósio ao ar livre onde pode reornar para a produção de vapor, ou pode ser vendida, caso a empresa já enha acumulado um esoque esraégico suficiene para iniciar a próxima safra sem necessidade de combusível exerno. O vapor das caldeiras alimena urbinas para a movimenação de máquinas (moenda e preparo de cana) e urbo-geradores que produzem a energia elérica necessária às aividades de produção de açúcar, álcool e o excedene é desinado à cogeração de energia juno à concessionária. O vapor de escape das urbinas é usado no processo de aquecimeno e evaporação do caldo, cozimeno de açúcar e desilação do álcool. O caldo exraído das moendas é conduzido para a fabricação do açúcar, ou para a desilaria, em uma proporção dependene da capacidade e da necessidade da empresa. No caso do desvio para a fabricação do açúcar de consumo direo (p.ex., crisal sandard), o caldo passa por um aquecimeno prévio e, poseriormene, reage com o anidrido sulfuroso produzido em fornos com a queima do enxofre. No caso da produção de açúcar bruo (p.ex., VHP), ese processo não é uilizado. Logo após, o caldo recebe leie de cal aé neuralizar o meio. A adição da cal e do enxofre serve para uma reação química com as impurezas exisenes no caldo, as quais são eliminadas na seqüência do processo. O caldo é aquecido em rocadores de calor aé uma emperaura de 105 C. Logo após o aquecimeno, o caldo enra no balão de flash, onde são eliminados os vapores oclusos produzidos no aquecimeno; em seguida, o caldo é levado aos decanadores, que servem para separar o caldo de suas impurezas (lodo ou cachaça). O lodo é

40 38 poseriormene raado em filros roaivos ou prensas desaguadoras, onde se obém a ora de filro que é uilizada na lavoura como ferilizane. O caldo proveniene dos decanadores (caldo clarificado) é levado à préevaporação para concenração e eliminação de aproximadamene 35% da água. A complemenação da evaporação se efeua em rês, quaro ou cinco eságios de evaporação, ligadas em série, e o produo final é um xarope com 55 a 65 ºbrix. Na produção de açúcar de consumo direo, o xarope passa por floadores para reirada de ouras impurezas e segue para os cozedores (ambém conhecidos como achos ou vácuos). No caso da produção de açúcar bruo, o processo de floação pode ser dispensado. Nos cozedores as semenes de açúcar são implanadas e desenvolvem-se aé aingir o amanho de crisais comerciais. Ese processo pode ser desenvolvido em dois ou rês eságios (ambém denominados de duas ou rês massas), dependendo da vocação açucareira da usina em quesão. Dos cozedores, os crisais vão a um regulador de fluxo enre o cozimeno e a cenrifugação, que ambém é responsável por proporcionar o final da formação dos crisais. Eses equipamenos são chamados de crisalizadores. As cenrífugas recebem os crisais ainda envolos em mel e separam o mel do açúcar. O açúcar cenrifugado é levado por eseiras ransporadoras ao secador e ao resfriador de açúcar e, poseriormene, ao ensaque e armazenameno. O mel final, co-produo da fabricação do açúcar, é enviado para a fabricação do álcool na desilaria anexa à usina, ou vendido como maéria-prima para ouras empresas. A primeira operação na desilaria de álcool é o preparo do moso, resulane da misura de caldo, xarope, mel final e água. Esa misura deve ser feia de acordo com a políica de produção de açúcar, álcool e melaço da empresa e de forma que sejam proporcionadas boas condições para a operação de fermenação. O moso é enviado às dornas de fermenação e é misurado com as leveduras (fermeno). Ese subsrao, depois de aproximadamene see horas, é ransformado em vinho levurado, conendo enre 6% e 10% de álcool e as leveduras uilizadas no processo. O vinho levurado é levado às cenrífugas que separam o vinho das leveduras. O fermeno é raado e reorna à fermenação. Uma pare dese fermeno (leveduras) pode ser reirada dese ciclo fermenaivo e uilizada para a obenção de proeína animal. O vinho obido é enviado à desilação. A primeira coluna fabrica a cachaça, a segunda recupera o álcool hidraado e, na seqüência do processo, oura coluna produz o álcool anidro. No processo de desilação, obém-se ainda o óleo fúsel e a vinhaça, esa úlima aproveiada na lavoura como ferilizane e o óleo fúsel comercializado com a indúsria farmacêuica.

41 Figura 9. Fluxograma indusrial de fabricação de açúcar, álcool, melaço e subproduos (Fone: Sana Elisa, 2005) 39

42 40 Para ilusrar oda a eapa indusrial de produção de açúcar, álcool, melaço e energia elérica, apresena-se a Figura 9, que represena a plana indusrial da Companhia Energéica Sana Elisa. Nesa figura, é possível er uma visão geral de odas as aividades descrias nesa seção por meio da ilusração dos processos de recepção de cana, lavagem da cana, preparo da cana (por meio das navalhas e desfibradores), exração do caldo (em moendas), geração de vapor, geração de energia, raameno de caldo, fabricação de açúcar e fabricação de álcool. Percebe-se ambém ouras aividades periféricas, como o raameno de água para as caldeiras, o resfriameno de água de processo, o armazenameno dos produos e de ipo de ranspore uilizado para movimenar os produos e subproduos. Vale lembrar que os processos de produção das usinas brasileiras não apresenam variações significaivas, fazendo com que a descrição apresenada nesa seção seja facilmene adapada à realidade de ouras usinas. Nas próximas seções, são apresenadas as especificidades do planejameno de safra em usinas cooperadas (seção 2.3) e as peculiaridades do processo produivo da USC e da CRPAAA (seção 2.4). 2.3 Planejameno de safra no seor sucroenergéico A indúsria sucroalcooleira possui algumas peculiaridades que influenciam basane no planejameno de safra. Denre esas caracerísicas, pode-se desacar a sazonalidade e o alo cuso de sua maéria-prima (aproximadamene 60% do cuso dos produos finais), gerando uma necessidade de oal aproveiameno dese recurso durane os melhores períodos de colheia. Ouro faor imporane relacionado com a maéria-prima é sua rápida deerioração após a colheia, levando a um exigene planejameno logísico que esá direamene relacionado com a ineração enre as eapas agrícola, CCT e indusrial das empresas canavieiras. A erceira caracerísica é sua posição na cadeia produiva. As usinas e desilarias uilizam diversos canais para a disribuição de seus produos. Iso faz com que uma pare da produção eseja compromeida com os clienes (p.ex., conraos de longo prazo) e a capacidade adicional eseja livre para aproveiar as variações de mercado (p.ex., mercado spo). Esas caracerísicas geram pressões por preços, necessidade de alos níveis de serviço e baixa olerância a pedidos arasados. Conforme mencionado aneriormene, ese rabalho preocupa-se com a análise do planejameno agregado de safra de um conjuno de usinas em um horizone de planejameno de médio prazo (período de safra). Nesa análise, o foco é o rade-off enre

43 41 aproveiameno do poencial da maéria-prima, cumprimeno das exigências dos conraos de venda e aproveiameno das oporunidades do mercado. Eses ponos são analisados junamene com as resrições de disponibilidade de maéria-prima, capacidade produiva, capacidade de esoque, fluxo de caixa posiivo, procurando com isso aingir uma melhor margem de conribuição para a empresa de uma forma robusa, ou seja, de forma que a variação (incerezas) dos parâmeros de enrada não acarree em infacibilidade da solução proposa. A agregação proposa nese rabalho esá relacionada ao período de análise adoado, ao agrupameno dos recursos produivos e uma leve agregação de produos em famílias para simplificar a uilização de alguns dados de enrada, como discuido em Nahmias (1995). No capíulo 4, discui-se com mais dealhes esas simplificações do modelo. Aé ese pono do capíulo 2, apresenou-se de forma generalisa a siuação da agroindúsria canavieira no Brasil, descreveu-se o processo de produção adoado por grande pare das unidades brasileiras e foram aponadas caracerísicas gerais do planejameno agregado de safra. A seção em como objeivo aponar as peculiaridades do planejameno agregado de safra das usinas que fazem pare do sisema cooperado em esudo. Para iniciar essa discussão, adoa-se a proposa de classificação de usinas em função de sua esraégia de comercialização apresenada por Paiva (2006). Poseriormene, são apresenadas as caracerísicas do processo de produção e da esraégia de comercialização da USC e da CRPAAA, viso que esas organizações foram escolhidas para compor o esudo de caso desa ese Planejameno de safra em usinas cooperadas É ineressane noar que as usinas e desilarias comparilham muias caracerísicas comuns, ano nos seus processos produivos quano nos produos oferecidos. Porém, dependendo dos objeivos esraégicos da empresa, exise uma diferenciação subsancial na relação da empresa com seu mercado consumidor e, conseqüenemene, com o esabelecimeno da demanda. Como ciado no capíulo 1, as esraégias compeiivas adoadas pelas empresas do seor sucroenergéico sofreram modificações consideráveis nos úlimos anos (Belik e Vian, 2002; Vian, 2003). Denre esas modificações, a adoção de esraégias de diversificação produiva, de diferenciação dos produos e de formação de grupos de comercialização (ou pools) acarream alerações nas políicas de mercado das empresas. Sendo assim, considera-se

44 42 imporane classificar as empresas sob a óica mercadológica adoada para viabilizar a comercialização de seus produos (Azevedo, 2001; Sproesser, 2001; Burnquis e al., 2002). Nesa ese, adoa-se uma classificação de acordo com a variedade de produos e as parcerias esabelecidas com fins de comercialização (Paiva, 2006). Esa classificação baseia-se em enrevisas não esruuradas execuadas durane visias a unidades produoras e empresas de comercialização, além da base de classificação apresenada por Waack e al. (1998). A seguir, são apresenadas as caracerísicas das quaro classes consideradas nesa ese. (a) Usinas auônomas não diversificadas: são usinas que produzem uma pequena variedade de produos e comercializam de forma independene. Esa classe é composa por usinas e desilarias auônomas que uilizam conraos de médio e longo prazo com um número pequeno de compradores (p.ex., empacoadoras de açúcar, disribuidoras de combusível, empresas que usam melaço como maéria prima, radings), ou produzem para esoque e comercializam no mercado spo local. O planejameno agregado da produção nese ipo de empresa apresena um papel imporane para a garania de cumprimeno dos compromissos esabelecidos com o cliene. Porém, ese planejameno é de fácil deerminação, podendo ser aplicado apenas um conjuno de planilhas para sua deerminação e direcionar o foco para o planejameno da colheia. Um exemplo de usina desa classe é a usina Roçadinho (São Miguel dos Campos-AL); (b) Usinas auônomas diversificadas: são usinas que produzem uma grande variedade de produos e comercializam de forma independene. Esas empresas possuem foco mais direcionado à jusane da cadeia e normalmene uilizam várias esraégias de comercialização (mercado varejisa, mercado spo, mercado a ermo, mercado fuuro, conrao de longo prazo e exporação uilizando radings). O planejameno agregado da produção nese ipo de empresa apresena um papel fundamenal para a melhoria dos resulados, principalmene na seleção dos processos produivos e na deerminação do rimo de moagem. Nese ipo de empresa, o planejameno de safra deve ser avaliado consanemene para que se possa aproveiar melhor as oporunidades exisenes no mercado. Um exemplo de usina desa classe é a usina Cerradinho (Caanduva-SP). Anes de apresenar as duas classes em que esão inseridas as usinas cooperadas, faz-se imporane uma disinção sobre o esabelecimeno da demanda nese ipo de empresa. Nas empresas cooperadas, os compromissos e prazos de enrega dos produos são esabelecidos por meio de meas deerminadas pela cooperaiva. Já nas empresas auônomas, a

45 43 demanda é esabelecida por meio da relação direa da empresa com o mercado. Ou seja, as empresas auônomas devem cumprir prazos de enrega esabelecidos na negociação com o cliene ou nos conraos, sob o risco de sofrerem penalidades ou aé mesmo perderem a venda. Para as empresas cooperadas, a demanda é esabelecida por meio de meas enre a cooperaiva e a unidade produora, sendo de responsabilidade da cooperaiva a realização da venda e o cumprimeno dos prazos de enrega. Esa diferença faz com que o planejameno agregado da produção das usinas cooperadas enha caracerísicas disinas do planejameno de safra das usinas auônomas, como discuido ao longo desa seção e no capíulo 4. Tendo esabelecido esa diferenciação, é possível apresenar as duas úlimas classes: (c) Usinas cooperadas não diversificadas: são usinas que produzem uma pequena variedade de produos e comercializam por meio de pools ou cooperaivas. Esas empresas apresenam um processo de produção exremamene focado e inflexível, com comercialização de seus produos oalmene viabilizada pela cooperaiva. Nese ipo de unidade produora, o planejameno agregado da produção em menor imporância, pois as decisões são conhecidas a priori. Nese ipo de empresa é mais ineressane efeuar o planejameno de safra apenas baseando-se no planejameno de colheia. Um exemplo de usina desa classe é a desilaria auônoma Poro Alegre (Colônia Leopoldina-AL). (d) Usinas cooperadas diversificadas: são usinas que produzem uma grande variedade de produos e que comercializam por meio de pools ou cooperaivas. As usinas com ese perfil, normalmene, são responsáveis pela produção do açúcar branco de varejo e/ou dos alcoóis de melhor qualidade nos sisemas cooperados. O planejameno agregado da produção nese ipo de empresa apresena um papel imporane para a melhoria dos resulados na safra, principalmene na seleção dos processos produivos e na deerminação do rimo de moagem. Nese ipo de empresa, o planejameno de safra deve ser reavaliado consanemene para que possa exisir uma boa negociação das meas de produção adoadas pela cooperaiva. Um exemplo de usina desa classe é a usina Sana Cloilde (Rio Largo-AL). É imporane desacar que, para esa classificação, usinas que fazem pare de grandes grupos produores (p.ex., grupo Cosan, grupo Coruripe, grupo Nova América), e não fazem pare de cooperaivas (p.ex., CRPAAA, Copersucar) ou de pools de comercialização (p.ex., Crysalsev), esão sendo consideradas como pare das empresas que comercializam de forma auônoma, ou independene.

46 44 Esa classificação mercadológica propicia uma melhor análise do sisema de PCP caracerísico de cada usina. Seguindo a classificação dos sisemas produivos de MacCarhy e Fernandes (2000), é possível afirmar que as usinas das classes a e c enquadramse nos sisemas de produção conínuos, e as usinas das classes b e d enquadram-se nos sisemas de produção semiconínuos. Esa diferenciação exise pelo fao das usinas das classes b e d uilizarem esoques inermediários de produos semi-acabados para poder posergar a decisão do mix de produção a ser adoado. Como exemplo desa práica, é possível ciar os esoques de AEHC para poserior conversão em AEAC ou em AEN, esoques de açúcar bruo (p.ex., VHP ou demerara) para poserior conversão em açúcar especial exra, ou esoques de melaço para poserior conversão em álcool. Denre as ouras variáveis apresenadas por MacCarhy e Fernandes (2000), em-se que quano maior for o amanho da usina, quano mais produos forem produzidos e quano mais níveis de processameno forem necessários para produzir cada produo, mais complexos serão as aividades do PCP das usinas. Tendo deerminado as esraégias de comercialização e o sisema de PCP caracerísico de cada uma das classes, é possível jusificar a adoção de uma esraégia de modelagem ligeiramene diferene para as usinas das classes b e d, sendo o inermédio esabelecido pela cooperaiva o principal faor de diferenciação. Desa forma, o modelo proposo por Paiva e Morabio (2007; 2008) deve ser aplicado para usinas da classe b, e o modelo proposo nesa ese deve ser aplicado preferencialmene para usinas cooperadas e diversificadas, classe d, em paricular para usinas que fazem pare da CRPAAA. Enreano, a abordagem hierárquica apresenada nesa ese ambém é recomendada para usinas da classe b, sendo necessárias apenas algumas adapações para considerar as especificidades de cada grupo empresarial. Conforme mencionado aneriormene, a principal diferença enre a abordagem de Paiva e Morabio (2007; 2008) e a abordagem proposa nesa ese é a suposição, feia por Paiva e Morabio (2007; 2008), de que uma usina cooperada pode execuar o seu planejameno desconsiderando o planejameno da cooperaiva e das ouras usinas cooperadas. Para conornar esa limiação, adoa-se nesa ese uma esraégia de planejameno hierárquico da produção, onde o primeiro nível corresponde ao planejameno agregado de safra da cooperaiva, considerando odas as usinas cooperadas, e o segundo nível corresponde ao planejameno agregado de safra de uma usina desse sisema cooperado. No capíulo 4, esa esraégia de modelagem é discuida com mais dealhes.

47 Esudo de caso O esudo de caso desa ese esá baseado em duas organizações, CRPAAA e USC, que compõem um único problema de planejameno hierárquico. A USC foi escolhida enre as usinas cooperadas pela facilidade de colea de dados e pelo ineresse demonsrado por esa empresa na pesquisa desenvolvida na presene ese. Nesa seção, as caracerísicas de cada uma das organizações esudadas são exposas de forma mais dealhada Cooperaiva Regional dos Produores de Açúcar e Álcool de Alagoas A CRPAAA é composa por 10 usinas em operação, localizadas no esado de Alagoas, ou seja, na sub-região N/N; são elas: Usina Sana Cloilde (USC), Usina Sana Maria (USM), Usina Poro Rico (UPR), Desilaria Poro Alegre (DPA), Usina Capricho (CAP), Usina Penedo - Paisa (PAI), Usina Sumaúma (SUM), Usina Triunfo (TRI), Usina Seresa (SER) e Usina Sinimbu (SIM). A Figura 10 mosra a localização de cada uma das usinas mencionadas acima. Poro Alegre Sana Maria Capricho Sana Cloilde Triunfo Sumaúma Poro Rico Sinimbú Seresa Paisa Figura 10. Mapa de localização das usinas da CRPAAA (Fone: Elaborado pelo auor) Na safra 2007/2008 a soma da cana moída pelas usinas que fazem pare da CRPAAA foi de 11,249 milhões de oneladas de cana (equivalene a 2,37% da safra brasileira de 2007/2008), propiciando uma comercialização de 948,102 mil oneladas de açúcar, 328,855 milhões de liros de álcool e 15,677 mil oneladas de melaço. Considerando o mix de produção de odas as usinas cooperadas na safra 2007/2008, a CRPAAA possui uma careira de produos composa pelos açúcares crisal sandard, superior, especial, especial exra, refinado, VHP, VHP+ e VHPe; os alcoóis anidro (AEAC), hidraado (AEHC) e hidraado neuro (AEN) e o co-produo melaço.