ESTUDO POR SIMULAÇÃO DA OPERAÇÃO DE GRANÉIS SÓLIDOS DO PORTO DE TUBARÃO

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1 ESTUDO POR SIMULAÇÃO DA OPERAÇÃO DE GRANÉIS SÓLIDOS DO PORTO DE TUBARÃO Marta Monteiro da Costa Cruz Dep. de Eng. de Produção - Universidade Federal do Espírito Santo UFES Vitória E.S. Brasil mcruz@npd.ufes.br Fabricio Nunes Farias Dep. de Eng. Mecânica - Universidade Federal do Espírito Santo - UFES Vitória E.S. Brasil Superfnf@zaz.com.br Renato Gomes de Souza Dep. de Eng. Mecânica - Universidade Federal do Espírito Santo - UFES Vitória E.S. Brasil - Renato.gomes@bol.com.br Rodrigo Groke Vaz Dep. de Eng. Mecânica - Universidade Federal do Espírito Santo - UFES Vitória E.S. Brasil Rgvaz@hotmail.com Sérgio da Silva Dep. de Eng. Mecânica - Universidade Federal do Espírito Santo - UFES Vitória E.S. Brasil Sergiodasilva@escelsa.com.br This article describes a simulation of operational process of Port of Tubarão in Vitória, Espírito Santo. It was used real operational data of Port of Tubarão, such as load time, time between ships, berthing-deberthing delay and total occupation berth time. This data was used as basis of simulation model. It was collected in iron loading berths in Porto of Tubarão. After that, the results was compared with a series of real data, collected for this purpose during the year of The simulation model designed can be used to verify the operational efficiency of these berths and it can indicate possible points that can improved in the operational iron berths of Port of Tubarão. Key-words: Simulation, Port Operation, Logistics 1. INTRODUÇÃO Este trabalho tem por objetivo analisar a taxa de ocupação de um sistema de desembarque de carvão de navios no porto de Praia Mole, este sendo de propriedade da Companhia Vale do Rio Doce CVRD e localizado na ponta de Tubarão - Vitória ES. Para o modelo citado foi utilizado como dados de entrada e parâmetros de acordo informações obtidas com a operação do porto. Para o desenvolvimento do modelo de simulação foi utilizado o software ARENA, versão Será feita então uma breve descrição das características operacionais do desembarque de carvão no Porto de Praia Mole, as etapas desenvolvidas na modelagem de simulação e em seguida serão apresentados os resultados obtido e alguns comentários.

2 A operação do terminal de Praia Mole já foi foco de estudos na área de simulação (Cerqueira, 1997) com a finalidade de apoiar projeções de estados futuros do Pátio, planos de manutenção, etc. O enfoque deste estudo é a modelização da taxa de ocupação dos dois berços através do ARENA, utilizando dados mais recentes da operação. 2. DESCRIÇÃO DO MODELO O modelo analisado consiste em um píer (Praia Mole CVRD) que desembarca carvão em dois berços de atracação. O material é desembarcado através de quatro descarregadores de navios de caçamba, com capacidade aproximada de T cada. Após esta operação, o carvão é então levado por transportadores de correia até o pátio de estocagem, onde será empilhado até ser vendido. A figura 1 apresenta a representação física do píer de Praia Mole com dois navios atracados. Fig. 1 Representação física do píer de Praia Mole De acordo com os dados iniciais, foi elaborado um modelo de simulação, utilizando o ARENA, que permite verificar a taxa de ocupação do píer e a taxa de carregamento. 3. Principais Abordagens utilizadas Para o Estudo A seguir, serão apresentados os principais conceitos empregados neste estudo Análise e Controle de Operações Segundo Monks, 1987, a análise de operações é o uso de métodos analíticos e quantitativos para estudar sistematicamente os dados com relação à produtividade das horas extras de operação. Os elementos-chave dessa definição são: 1) os métodos analíticos; 2) os dados; 3) a produtividade; e 4) o tempo. 1) Os métodos analíticos. Os métodos analíticos usados m análise de operações vão de técnicas determinadas matematicamente, tais como cálculos, até abordagens altamente estatísticas, como as simulações de Monte Carlo.

3 2) Importância dos dados. Qualquer análise de sistema de operações implica um corpo fundamental de conhecimento e uma disponibilidade de dados adequados.os princípios de economia e de administração empresarial e as operações formam a base do conhecimento que dá a direção às análises das operações. 3) Produtividade. Com uma proporção do valor das produções ao custo de insumos, a produtividade é uma medida relativa da eficácia de um processo de transformação. Embora os benefícios e custos sejam comumente medidos em valores econômicos outras medidas de produtividade são úteis, tais como as unidades contadas por número de empregados, produção planejada comparada com a produção real ou unidades examinadas por hora de tempo de empregado. As medidas de produtividade devem ser tanto significativas quanto mensuráveis. 4) Concentração sobre o tempo. Um conceito unificador subjacente à análise de operações em andamento é a concentração sobre o tempo. O tempo é um período coerente, medido, no qual a disponibilidade de recursos difere. Quando é usado eficazmente, observamos o tempo como sendo proveitoso, mas quando é usado imprudentemente, representa um custo de oportunidade. O cálculo é um método de descrever a taxa de mudanças de atividades no tempo. As curvas de aprendizado representam o melhoramento na produção ao longo do tempo. A teoria de séries nos permite analisar as linhas de espera e os tempos de serviço. Finalmente, a simulação é uma técnica para movimentar um sistema com o tempo, de uma forma acelerada ou isolada, de modo que aquelas características dependentes do tempo possam ser estudadas isoladamente. A análise de operações consiste em abstrair um problema do ambiente global (macro) e depois separá-lo em partes (micro) componentes. A solução do problema deve ser então sintetizada e executada para completar o ciclo macro-micro-macro. Neste contexto, a elaboração de uma modelo de simulação de operações portuárias segue esta conceituação Modelo de Filas (Monks, 1987) A teoria das filas é a abordagem quantitativa (matemática) à análise de sistemas que inclui linhas de espera, ou filas. Os exemplos estendem-se de balcões de saída de supermercados a atividades bancárias e tarefas de produção aguardando processamento. As linhas de espera podem se formar, ainda, quando o sistema (instalação) tiver capacidade suficiente, em média, para suprir a demanda. Isto porque o tempo de chegada e os tempos de serviço para os clientes (tarefas) são aleatórios e variáveis. O objetivo de análise de filas é avaliar o serviço e os custos de uma instalação, tal que maximize sua utilidade. Isto geralmente resulta em minimizar os custos totais ligados com o tempo ocioso da instalação e serviços versus os custos de tempo de espera dos empregados ou clientes. Os cálculos tipicamente procuram avaliar : 1) Utilização do sistema ou taxa de uso médio de capacidade. 2) Número médio de clientes na fila no sistema. 3) Tempo médio que os clientes gastam na fila ou no sistema 4) Instalação ociosa respectiva e custos de tempo de espera. O uso da teoria das filas vem sendo amplamente utilizado em planejamento portuário desde a década de 60 para as previsões de ocupações de berços de acordo com o tipo de carga e frotas e equipamentos utilizados na atividade portuária. Especificamente nas operações de minério, é comum utilizar o padrão de fila E 2 /E 2 /C, que representa um intervalo entre chegadas e tempo

4 de serviço de tipo Erlang, k=2, para um número C de berços de atracação. (UNCTAD, 1978). Esta estimativa no entanto, pode não vir a ser a que melhor representa uma característica operacional, limitando os fatores que interferem na operação. Este é um dos motivos pelos quais a simulação vem sendo, cada vez mais, utilizada nas avaliações de sistemas portuários (CERQUEIRA, 1997, LACERDA, 1997) A Abordagem de Simulação: A simulação é uma abordagem geral para o estudo de problemas complexos, para os quais a solução analítica é excessivamente complexa ou restritiva em relação às características do problema real. Num contexto mais amplo, a simulação refere-se à construção de modelos de qualquer natureza (físicos, matemáticos, lógicos, idealizados) e na condução de experimentos com estes modelos para o estudo de uma ou mais variáveis de interesse. Com as facilidades computacionais atuais, a simulação vem se mostrado uma ferramenta cada vez mais potente para o auxílio de tomadas de decisão em sistemas de transportes, permitindo uma rapidez maior na escolha de alternativas operacionais. A simulação toma como condições de contorno as condicionantes operacionais iniciais como a previsão do fluxo de carga, produtividade média de equipamentos e tempos de percurso entre as diversas atividades a serem realizadas. Essas informações são utilizadas para determinação de fluxos de transporte, identificação de constrangimentos operacionais, como filas, taxas de utilização dos recursos operacionais e o dimensionamento de equipamentos como empilhadeiras e carretas. Numa segunda etapa, já com os dados da modelagem, através de interações, procura-se dados mais próximos do balanceamento ideal dos fluxos e da quantificação de recursos necessários para um tipo de operação. Basicamente, a simulação busca gerar um volume considerável de dados que venham a representar as diversas atividades operacionais em um modelo. 4. Descrição da Simulação: O modelo simulado utilizou o software ARENA que foi modelado conforme mostra a figura2. Esta figura representa o módulo de animação, com a apresentação dos indicativos no número de navios e tempo médio de navios na fila no Porto, no Berço 1 e no Berço 2, do volume descarregado em toneladas e a taxa de movimentação dos equipamento em ton/h dos equipamentos de cais Dados Utilizados: Para a elaboração da simulação foram adotadas algumas premissas para que os resultados viessem a se aproximar dos dados reais. Foram utilizadas, para isso, algumas informações obtidas com a equipe de operação do porto, conforme pode ser visto no Anexo Premissas Adotadas: As premissas operacionais adotadas para a modelagem de simulação foram as seguintes: - Chegada de Navios Aleatória, seguindo a uma distribuição exponencial - Cargas operadas: Minério de ferro e carvão. - Restrições: o Os navios de minério de ferro ( ton. )só podem atracar no píer 2 pois estes navios são maiores e com um calado maior impedindo sua atracação no píer 1.

5 o Taxa de descarga do minério = Dist. Normal 1800ton/h com desvio de 200 ton/h. Esta é a capacidade de descarga dos descarregadores de navios que trabalham no porto. o Taxa de descarga do carvão = Dist. Normal de 900 ton/h com desvio de 150 ton/h. A variação da taxa de descarga entre o minério e o carvão se deve ao fato da diferença do peso específico do carvão ser menor do que o minério. o Preferência de atracação no píer 2 O píer possui problemas de interferência e profundidade no canal de atracação. o Uma restrição na operação é que um navio só entra no berço dois se o berço um estiver vazio. 5. Resultados Obtidos Figura 2 Animação e dados finais da simulação no ARENA A simulação foi rodada uma vez com uma duração de horas, o que equivale a 1, 62 anos seguidos de operação. O relatório gerado pelo ARENA (tabela 1), mostrado a seguir, apresenta as informações conforme mostra a tabela 2:

6 ARENA Simulation Results RENATO GOMES DE SOUZA - License # Summary for Replication 1 of 1 Project: Run execution date : 3/ 7/2001 Analyst: Model revision date: 3/ 7/2001 Replication ended at time : TALLY VARIABLES Identifier Average Half Width Minimum Maximum Observations fila porto Queue Time (Insuf) carga entrou (Insuf) E carga entrou (Insuf) E DISCRETE-CHANGE VARIABLES Identifier Average Half Width Minimum Maximum Final Value berco 2 Available (Insuf) porto Available (Insuf) berco 1 Available (Insuf) # in fila porto (Insuf) berco 2 Busy berco 1 Busy porto Busy (Insuf) COUNTERS Identifier Count Limit Conta navio 1 65 Infinite Conta navio 2 78 Infinite Conta navio 142 Infinite Simulation run time: 2.47 minutes. Simulation run complete. Tabela 1 Relatório de resultados do ARENA Descrição no Arena Significado Valor Médio Fila porto Queue Time Tempo de fila no porto 40,227 Berço 2 available Disponibilidade no berço2 1 (100%) Berço 2 Busy Taxa de ocupação do berço 2 0,29177 # in fila porto Tamanho da Fila 0,41664 Tabela 2 Significado das estatísticas apresentadas no relatório do Arena

7 Os dados reais que serviram como base para a comparação dos resultados gerados pela simulação foram levantados junto à operação do porto de Praia Mole, conforme é apresentado uma amostra no Anexo 1. Foram obtidas informações sobre todos os navios atracados no período de maio de 1999 à junho de 2000, o que pode ser considerada uma amostra representativa da operação no porto. Os indicadores operacionais encontrados a partir dos dados reais são os seguintes: Taxa média de ocupação do porto = 0,78 Taxa média de ocupação do berço 1 = 0,69 Taxa média de ocupação do berço 2 = 0,87 Tempo médio de atracação = 3,44 horas Realizando a comparação dos valores gerados pela simulação com os dados reais, observou-se uma razoável diferença entre os indicadores. Na simulação, a taxa de ocupação dos berços 1 e 2 foi de 0,31 e 0,29, respectivamente, enquanto que na realidade a taxa de ocupação do berço 1 é de 0,69 e para o berço 2, 0, Comentários Finais Este trabalho teve como objetivo apresentar um modelo de simulação para os berços de minério do Porto de Praia Mole em Vitória, Espírito Santo. Para tanto foram recolhidos dados reais que serviriam como estimativa de indicadores dos intervalos entre chegada dos navios e tempos médios de operação nos berços 1 e 2 e tempos médios de atracação e desatracação. Também foi feito um comparativo entre os dados reais e os gerados pela simulação. Como pode ser observado pelas taxas de ocupação dos berços 1 e 2, pode-se concluir que a simulação ainda deve ser aprimorada para se aproximar de maneira mais confiável com os dados reais. Um melhor aprimoramento das distribuições de intervalo entre chegada de navios e de taxas média de ocupação dos berços 1 e 2, e tempos médio de atração podem contribuir para a aproximação destes valores com os reais. Além disso, como a diferença entre as taxas de ocupação dos valores gerados na simulação e os dados reais se mostraram bastante diferentes, uma verificação nas premissas operacionais reais se faz necessária a fim de verificar se não existe alguma regra na operação do porto que não tenha sido implementada, acarretando esta grande diferença. Outro fato que poderia ser analisado é a presença de sazonalidades durante o período de dados recolhidos e verificar se esta sazonalidade afeta na operação do terminal, apesar desta não ser uma característica muito forte nos minérios. Mesmo assim, o modelo de simulação se mostrou uma ferramenta com um potencial bastante útil com capacidades de gerar informações quando estiver devidamente implementado. A partir do modelo validado, pode-se verificar os impactos operacionais com a aquisição de mais um equipamento, ou sua parada, e variações nos tamanhos médios de filas de navios com diferentes distribuições de chegadas. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS PRADO, D.Usando o arena em simulação / Darci dos Santos Prado. Belo Horizonte, MG: Editora de Desenvolvimento Gerencial, 1999 SALIBY, E.(1989) Repensando a Simulação. Editora Atlas, São Paulo

8 MONKS, J. (1987) Administração da Produção. (Tradução : Lauro Santos Blandy; revisão técnica : Petrônio Garcia Martins). São Paulo : McGraw-Hill CERQUEIRA,M., LUSTOSA, L., REGGIANI, G., 1997 Modelo de Simulação da operação do terminal de importação de granéis de Praia Mole-CVRD Workshop de Simulação COPPEAD/UFRJ Rio de Janeiro LACERDA, L., NAZÁRIO, P., LARA, M., Simulação de Terminal Portuário de Apoio a Operações Off-Shore - Workshop de Simulação COPPEAD/UFRJ Rio de Janeiro UNCTAD, 1978 Port Development A handbook for planners in developing countries United Nations New York Anexo 1 - Informações dos navios atracados em Praia Mole Navio Atracação Desatracação Berço Proa Meio Popa Tempo CAPETAN GIORGIS l 14/05/99 16:25:00 17/05/99 17:10:00 B1 10,299 10,300 10,310 3,031 SÃO LUIZ 04/06/99 16:50:00 05/06/99 18:20:00 B1 8,578 8,911 9,190 1,063 SEA RAINBOW 24/06/99 02:40:00 25/06/99 20:15:00 B1 7,710 7,740 7,850 1,733 GRAND VIEW 30/06/99 12:20:03 04/07/99 11:10:00 B1 10,870 11,110 11,290 3,951 GLORIOUS WIND 27/08/99 10:10:00 31/08/99 16:10:00 B1 8,530 9,170 9,880 4,250 NORSUL RECIFE 02/10/99 10:30:00 04/10/99 02:00:00 B1 9,520 9,330 9,120 1,646 NORSUL TUBARAO 10/12/99 23:45:00 11/12/99 23:35:00 B1 10,270 10,130 10,040 0,993 NORSUL PIAÇAGUERA 12/12/99 01:55:00 13/12/99 06:05:00 B1 7,920 8,150 8,500 1,174 ALIANZA G1 13/12/99 08:30:00 13/12/99 22:05:00 B1 6,440 7,140 7,990 0,566 JAG RANI 07/01/00 16:55:00 09/01/00 20:45:00 B1 10,651 10,870 11,075 2,160 CAY 14/01/00 08:10:00 16/01/00 03:30:00 B1 7,030 7,450 7,970 1,806 NORSUL TUBARAO 09/03/00 06:10:00 10/03/00 05:10:00 B1 8,930 8,930 8,950 0,958 GREAT LUCK 16/03/00 16:30:00 20/03/00 03:20:00 B1 10,180 9,870 10,210 3,451 SEA BREAKER 27/04/00 20:45:00 01/05/00 15:30:00 B1 9,930 9,880 10,100 3,781 UNITED SANTOSH 08/05/00 20:35:00 10/05/00 10:40:00 B1 11,260 11,330 11,300 1,587 PYTHAGORAS 21/05/00 16:10:00 23/05/00 07:05:00 B1 26,090 27,070 27,110 1,622 OCTAVIA 25/05/00 22:25:00 26/05/00 04:30:00 B1 8,170 8,250 8,550 0,253 NATIONAL PRESTIGE 02/05/99 01:35:00 03/05/99 22:00:00 B1 14,605 14,650 14,490 1,851 ST. CERGUE 23/05/99 12:55:00 27/05/99 07:25:00 B1 13,549 13,679 13,744 3,771 RED TULIP 01/06/99 17:05:00 03/06/99 19:40:00 B1 13,611 14,034 14,304 2,108 GOLDEN SEA 08/06/99 16:05:00 11/06/99 22:15:00 B1 12,440 12,900 13,450 3,257 BRAVE WIND 12/06/99 01:20:00 14/06/99 11:30:00 B1 9,480 9,600 9,870 2,424