SIMULAÇÃO DE TERMINAL PORTUÁRIO

SIMULAÇÃO DE TERMINAL PORTUÁRIO

Carlos Roberto de Oliveira Cardoso

DEM/CT/UFC, Bloco 714, Campus do Pici 60.455-760 Fort., Ce. Fax (085) 2889636 email: croc@patativa.dem.ufc.br

Marcus de Barros Teles

DEM/CT/UFC, Bloco 714, Campus do Pici 60.455-760 Fort., Ce. Fax (085) 288-9636

Abstract

A private harbour of an aluminum company in Northeast Brazil was designed to handle aproximately 2.2 million tons/year of six different types of raw materials. Due to the operational complexity of the terminal and also considering a significant increase in ship traffic as a result of an expansion of the production areas, it was possible to analyze the harbour operation through the use of the GPSS - General Purpose Simulation System. The analyses comprised several variables: ship arrival rates for each commodity category, loading and unloading rates, a maintenance stopped time function for the loading/unloading equipments, a tide table function, operational and maintenance staff performance measures, as well as fine and bonus contractual functions by type of ship/product. The simulation runs allowed the determination of the operational capacity of the facility and also the identification of bottlenecks and idleness points, which resulted in the adoption of some new administrative and operational procedures.

Keywords : simulation, port, production

1 - Introdução

O terminal portuário instalado na cidade de São Luis, MA, tem como finalidade operacional recepcionar as seguintes matérias-primas: bauxita, carvão mineral, coque de petróleo, piche siderúrgico e soda cáustica e despachar alumina.

Devido à complexidade de operação desse terminal e ainda considerando um aumento substancial de tráfego de navios em função do aumento de produção de alumina e alumínio, devido ao aumento de produção, foi desenvolvido um estudo de simulação, com a finalidade de obter informações sobre sua capacidade operacional.

Este artigo retrata a adequação do cenário operacional real. Através do uso de simulação discreta, utilizando a linguagem General Purpose Simulation System - GPSS V, foi possível obter-se informações da operacionalidade do terminal, considerando todas as variáveis que interagem no sistema. A simulação, neste caso, cobriu os vários cenários possíveis de ocorrência, como por exemplo, a taxa de chegada de navios por tipo de carga; a função da taxa de carregamento/descarregamento dos vários materiais; a função do tempo de parada do descarregador/carregador para manutenção; a função das tábuas de marés; a performance das várias turmas que operaram o porto em regime de tempo integral; as funções das multas e bônus que podem ocorrer dependendo do tipo de carga, devido o tempo de permanência do navio no sistema. A finalidade foi determinar a capacidade operacional e detectar pontos de gargalos e ociosidade que poderiam ocorrer no terminal portuário.

De posse do resultado das várias simulações, foram então obtidas informações que possibilitaram redirecionar e estabelecer novos procedimentos administrativos, melhoria da qualificação e produtividade da mão-de-obra de operação e de manutenção através de treinamentos e de mudança de manobras operacionais de forma a reduzir o pagamento de multas ( demurrage ) aos armadores e ainda contribuir para o melhor gerenciamento do estoque dessas matérias-primas e semi-produto, tanto a nível de custo, como de procedimentos operacionais.

2 - Estudo de Simulação do Terminal Portuário

O sistema de simulação do porto está dividido em três módulos : Módulo 1 : Controla o tempo durante a simulação;

Módulo 2 : Reproduz o fluxo e refluxo das marés;

Módulo 3 : Reproduz todas as características operacionais do porto.

Módulo - Simulador do Tempo

Este programa tem como finalidade gerar o tempo de simulação. Na realidade, ele assegura o tempo de simulação por um ano, sendo constituído por dois comandos, a saber:

• Generate : gera transações segundo uma função que caracterize o tempo de simulação.

• Terminate : retira do módulo as transações criadas pelo bloco generate.

Como a unidade de tempo adotada para simular o sistema foi o minuto, o módulo é constituído pela função constante K cujo valor representa a quantidade de minutos contida em um ano, ou seja K = 365 * 24 * 60 = 525600 minutos. Para cada uma das seis alternativas, simulou-se a operação do porto por um período de seis anos.

Módulo - Simulador das Marés

Esse programa tem como finalidade simular o fluxo e refluxo das marés no mesmo instante em que se inicia o módulo de simulação do tempo. A simulação do fluxo das marés tornou-se necessária por questões de operacionalidade, tendo em vista que o nível das marés varia em média de 6,5 metros. De modo que o tráfego de navios através do canal

1 - SIMULADOR DE TEMPO 2 - SIMULADOR DAS MARÉS

3 - SIMULADOR DO

SISTEMA PORTO

sofre restrições de navegação para certas condições de comprimento de calado dos navios em determinados horários como ilustra a figura 2.

6,5 m

Maré Baixa _{Maré Alta}

9,0 m

Figura 2 - Variação de Pico da Maré no Canal de Acesso ao Porto Dificuldade de Tráfego

Como forma ilustrativa e simplificada, (a realidade tem outras particularidades que a simulação considerou), as marés sofrem variações de pico a cada ciclo de 6 horas da seguinte forma : • Para t = 0 , baixa-mar ; • para t = 6 , preamar ; • para t = 12 , baixa-mar; • para t = 18 , preamar ; • ... etc.

A proporção que o tempo evolui ao longo da simulação esses passos são repetidos sempre seguindo esta ordem como referência ao controle do tráfego de navios através do canal de acesso ao porto .

Independente dos navios estarem chegando ou saindo do porto o critério de navegação no canal sofre a seguinte orientação :

• Navios que chegam ou saem vazios do porto, podem trafegar no canal

livremente durante 16 horas do dia conforme figura 3.

2 10

14 22

Figura 3 - Critério de navegação para Navios Vazios

0 12

Zona de Tráfego Permitida Sem Restrições de Tráfego

• Navios que chegam ou saem carregados só podem trafegar no canal durante 8 horas do dia conforme mostra figura 4.

5 6 7

17 18

19

Módulo - Simulação do Porto

Esse módulo tem como finalidade retratar todas as particularidades operacionais do porto tais como : tempos de atendimento por navio por tipo de carga, tempos de parada devido a manutenção, cálculos dos demurrage / despatch e outros conforme será explicado. Inicialmente gera-se a chegada de navios no sistema do porto segundo uma função exponencial de média λ igual a 4,148 dias. Essa função caracteriza o tempo entre chegadas consecutivas de navios. A cada navio gerado, associa-se o tipo de carga, de navio, tonelagem da carga e berço a ocupar conforme a tabela a seguir:

Tipo de Navio Τipo de Matéria Prima Capacidade de Carga - ( Ton ) Berço a Ocupar N1 MP1 CC1 A N2 MP2 CC2 B N3 MP3 CC3 B N4 MP4 CC4 B N5 MP5 CC5 B N6 MP6 CC6 A

ΤΤabela 1 - Plano de Atracação no Terminal Portuário

Nesse mesmo instante é também inicializada a contagem de tempo para efeito de cálculo de multas para os navios N3 , N4 e N5. Para os navios N2 o início de contagem de tempo ocorre após os navios atracarem no berço. Para os navios N1 e N6 não ocorrem multas, exceto em casos extremos o que o sistema desconsidera. Essas regras para cada um dos tipos de navios/carga, são oriundas dos contratos estabelecidos entre a empresa e os armadores.

Figura 4 - Critério de navegação para Navios Carregados

0 12

O passo seguinte é o navio ocupar o berço no porto, para isso são feitos testes no sistema na seguinte ordem :

• Navio é o primeiro da fila ?

• Tem vaga no berço respectivo ( ver tabela 2 )?

• Maré é favorável ?

• Canal de acesso é livre ?

Se todas as condições são favoráveis o navio trafega no canal durante ( 50 ± 10 ) minutos e atraca no berço respectivo dentro da possibilidade exposta na tabela 2 levando nessa operação ( 40 ± 10 ) minutos.

Se navio for N2 é iniciado contagem de tempo para efeito de cálculo de multas após terminada atracação.

Navio inicia operações de carga / descarga, conforme vazão horária estipulada para cada uma das seis alternativas, de acordo com o tipo de carga a recepcionar ( ver tabela 3 ). Ao longo dessa operação, são imputados tempos de paralisação no sistema de atendimento devido a parada para manutenção. Os tempos de paralisação para manutenção são regidos por uma função normal de média µ = 3 horas e desvio = 0,85 horas.

Após tempo de permanência dos navios é iniciado o procedimento para contabilizar o valor de multa / bônus, por tipo de navio / carga, assim, (valores expostos a seguir são fictícios):

• Navio N2 , multa de US$ 10.000,00 por dia ou fração deste, se tempo de

permanência no cais for maior que 42 horas e recebe bônus de US$ 5.000,00 por dia ou fração deste, se tempo de permanência no pier for menor que 42 horas.

• Navio N3 , multa de US$ 7.000,00 por dia ou fração deste se tempo de

permanência no sistema , for maior que 96 horas. Não recebe bônus.

• Navio N4 , multa de US$ 5.000,00 por dia ou fração se tempo de permanência no sistema , for maior que 30 horas. Não recebe bônus.

• Navio N5 - multa de US$ 4.000,00 por dia ou fração se tempo de permanência no sistema , for maior que 30 horas. Não recebe bônus.

Após a recepção dos navios no berço e terminada a carga ou descarga, é iniciado o procedimento para deixar o cais onde são avaliadas as condições do canal estar livre e maré favorável. Se satisfeita, o navio ocupa canal durante ( 50 ± 10 ) minutos e em seguida deixa o sistema. O programa termina após serem feitas um total de 36 simulações, representando um total de 6 simulações para cada uma das seis alternativas analisadas. Esse procedimento equivale, a operar o porto nas mesmas condições de capacidade, durante 6 anos para cada alternativa considerada

O porto, permite que sejam atracados dois navios ao mesmo tempo para as condições expostas na tabela 2.

Tipo de Navio Atracado no Porto

N1 N2 N3 N4 N5 N6

Tipo N1 Não Não Não Não Não Não

de N2 Não Não Não Não Não Sim

Navio N3 Não Não Não Não Não Sim

a N4 Não Não Não Não Não Sim

N6 Não Sim Sim Sim Sim Não Tabela 2 - Contingência para atracação de dois navio ao mesmo tempo

por tipo de navio / carga.

Tem-se a seguir um fluxograma simplificado do sistema de simulação:

Navio chega na Barra Tem Vaga no Porto ? Aguarde na Barra

até Condição ser Favorável Não Maré é Favorável e Canal é Livre ? Não Libere Barra e Ocupe Porto

Fique no Porto até Terminar Carregamento/Descarregamento Pague Multa ou Receba Bônus se for o caso Maré é Favorável e Canal é Livre ? Desocupe Porto e Deixe o Sistema Aguarde no Porto

até Condição ser Favorável

Não

Sim

Figura 5 - Fluxograma Simplificado das Operações no Sistema de Terminal Portuário

3 - Resultados da Simulação

Os resultados aqui apresentados retratam realidades baseadas em premissas pré-estabelecidas pelo plano de produção e segundo seis alternativas analisadas que procuram retratar a capacidade do shipunloader/shiploader em Xij ton/h conforme descrito na tabela 3. A tabela 4 traduz um dos resultados obtidos pela simulação. Nela consta as multas provenientes das alternativas analisadas. Devido às semelhanças com a atual capacidade operacional do porto é possível estabelecer que as alternativas 1 e 2, se aproximam a essa realidade o que conduz a uma expectativa de multa em torno de US$ 300.000,00 por ano.

Alternativas Avaliadas de Vazão em Xij Ton / h

Tipo de Matéria Prima 1 2 3 4 5 6

MP2 X21 X22 X23 X24 X25 X26

MP3 X31 X32 X33 X34 X35 X36

MP4 X41 X42 X43 X44 X45 X46

MP5 X51 X52 X53 X54 X55 X56

MP6 X61 X62 X63 X64 X65 X66

Tabela 3 - Alternativas Simuladas da Capacidade do

Shipunloader / Shiploader em Xij ton/h para Carga e Descarga de Navios

Alternativas Multas Navios N2 ( US$) Multas Outros Navios ( US$ ) Bônus Navios N2 ( US$ ) Saldo Final ( US$ ) 1 325.000 82.000 - ( 407.000 ) 2 230.000 50.9000 - ( 280.000 ) 3 154.000 37.000 - ( 191.000 ) 4 98.000 33.000 - ( 131.000 ) 5 22.000 30.000 - ( 52.000 ) 6 11.000 25.000 18.000 ( 18.000 )

Tabela 4 - Expectativa de Multas e Bônus a Ocorrer ( US$ / ano )

A simulação apontou ainda outras informações importantes em relação a performance operacional do porto que evidenciaram pontos de gargalo e ociosidade, a saber :

• Comprimento médio da fila de espera, em percentual ( Figura 6 ).

• Tempo médio de espera dos navios na barra, em horas ( Figura 7 ).

• Tempo médio de permanencia dos navios no porto, em horas ( Figura 8 ).

• Índice médio de utilização do porto, em percentual ( Figura 9 ).

Comprimento Médio da Fila de Espera ( em % )

30 23 17 16 16,5 15 0 5 10 15 20 25 30 1 2 3 4 5 6 Alternativas Comprimento Médio da fila ( em % )

Tempo Médio de Espera dos Navios na Barra ( em horas ) 26 21 17 _{15 16} 14 0 10 20 30 1 2 3 4 5 6 Alternativas Tempo ( em horas )

Figura 6 - Gráfico do Comprimento Médio da Fila de Espera

Figura 7 - Gráfico de Tempo de Espera dos Navios na Barra

Tempo Médio dos Navios no Berço de Atracação 47 46 ₄₄ 40 41 ₃₉ 0 10 20 30 40 50 1 2 3 4 5 6 Alternativas

Tempo (em horas)

Índice Médio de Utilização do Porto ( em % )

37 ₃₅ 34 30 31 30 0 10 20 30 40 1 2 3 4 5 6 Alternativas Utilização ( em % ) Alternativa Espera na Fila da Barra Tempo no Berço Tempo de Manutenção Tempo do Navio no Sistema 1 25.76 43.62 3.00 74.29 2 20.68 42.26 3.00 65.94 3 16.53 40.90 3.00 62.43 4 15.31 39.49 3.00 57.94 5 16.10 38.08 3.00 57.18 6 14.45 36.45 3.00 53.85

Tabela 5 - Tempo Médio dos Navios em Pontos específicos do Sistema Simulado ( em horas )

4 - Comentário

A utilização da técnica de simulação em estudos onde a dinâmica dos sistemas produtivos tenham relativa complexidade operacional, alto grau de dificuldade de modelagem ou causem transtornos aos usuários, poderá ser aplicada e reproduzirá com razoável fidelidade a realidade do cenário em questão.

Nesse aspecto é importante salientar que para certos sistemas reais, devido ao alto custo envolvido, grau de complexidade , além de execessivo tempo de respostas às questões formuladas, serão proibitivas ou impossíveis de serem obtidas, caso essas sejam fruto da própria realidade operacional.

A utilização de simulação pode ser aplicada e nesses casos fornecerá informações ágeis para dar apoio às tomadas de decisão, sem perturbar o sistema real. Os custos envolvidos em projetos de consultoria em estudos de simulação para avaliação de performance de sistemas operacionais produtivos, são mínimos se comparados aos benefícios que esses podem trazer.

5 - Bibliografia

1 - Cardoso, C.R.O., Simulação do Porto da Alumar, Seminario no COPPEAD 1987 2 - General Purpose Simulation System V, User’s Manual, New York 1971

3 - Gordon G., System Simulation. Printice-Hall Inc. 1969 4 - Howard, R., Dynamic Probabilistic System, Weley 1971

5 - Novaes, A.G., Pesquisa Operacional e Transporte. Ed. Mc Graw Hill do Brasil, 1975 6 - Pardo Darci, Apostila de GPSS., 1976

7 - Saliby, E. Repensando a Simulação Ed. Atlas. 1989

8 - Strack, J., GPSS Modelagem e Simulação de Sistemas. Ed. LivrosTéc. e Cient. 1984 Figura 8 - Gráfico do Tempo Médio

dos Navios no Berço de Atracação

Figura 9 - Gráfico do Índice Médio de Utilização do Porto