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Baixe projetos de extensão e outras Manuais, Projetos, Pesquisas em PDF para Gestão de Projetos de Software, somente na Docsity! Projetos em Engenharia Química Parte I - Projeto de uma Planta Química D. Eng. Rui Nelson Otoni Magno Maio – 2017 UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ ITEC / FEQ Conteúdo • Onde e quando os engenheiros projetam? • Definições de Projetos (genéricos); • Objetivos de uma Projeto de uma Planta Química; • Estágios do Projeto da Planta; • Otimização do Projeto; • Otimização Econômica do Projeto; • Otimização da Operação; • Considerações práticas em projetos; • Abordagem de projeto; Onde e quando os engenheiros projetam? • Um projeto é motivado por um cliente que deseja algum tipo de equipamento, sistema ou processo • Usualmente o cliente apresenta um problema ou uma exposição de projeto a partir do qual tudo deriva • A primeira tarefa do projetista é esclarecer o que o cliente realmente quer Onde e quando os engenheiros projetam? • O projetista deve entender o que o cliente quer, mas o cliente precisa entender o que seus usuários precisam ou o que o mercado quer e comunicar isto ao projetista. • O usuário deve ter participação no processo de projeto, pois um produto não seria vendido se o seu projeto não atender as necessidades do usuário. Onde e quando os engenheiros projetam? • Deve-se atentar também para o público, que pode ser usuário ou não. • Trata-se de um grupo afetado pelo projeto. Isto sugere questões éticas a serem observadas. • Para entender elementos vitais dos projetos temos que definir: – Forma: feição e estrutura de algo – Função: ação para qual uma coisa ou pessoa é usada, motivo de sua existência. Pode ser um grupo de ações relacionadas. – Meio: entidade, instrumento ou método usado para atingir um fim. 1.1 Definições • Para entender elementos vitais dos projetos temos que definir: – Objetivo: o propósito ou fim da ação. São dependentes das restrições. Podem ser atingidos parcialmente ou mesmo não ser atingidos. – Restrição: o estado de ser verificado, restrito ou forçado a evitar ou executar alguma ação. Impõem limites absolutos que, se violados, tornam um projeto proposto inaceitável! 1.1 Definições • Forma e função são relacionadas, mas são independentes • Frequentemente se pode deduzir o propósito de um equipamento a partir de sua forma ou estrutura 1.1 Definições • No entanto o inverso é difícil de fazer • Não podemos inferir automaticamente a forma que um equipamento deve ter somente a partir da função • Muitas alternativas podem ser pensadas para atender à mesma função 1.1 Definições • As alternativas podem ser mais ou menos adequadas dependendo dos objetivos e restrições aliados à função • Para voar e transportar pessoas economicamente 1.1 Definições • Para voar e brincar de maneira segura e barata 1.1 Definições 1.1 Definições * Para voar e pousar na água VESVSVUSUA • Se partirmos da forma para atender a uma função, podemos deixar de pensar em formas inovadoras, em novas soluções, em inovações • Não se deve “casar” com a primeira ideia em um projeto 1.1 Definições • Novo avião ecológico – os projetistas se comprometeram a não partir de nenhuma forma convencional 1.1 Definições Gerenciamento do projeto de engenharia • É o processo de obtenção dos objetivos organizacionais pelo emprego de quatro importantes funções de planejamento, organização, liderança e controle • Os objetivos não são atingidos sem certos processos 1.1 Definições Gerenciamento do projeto de engenharia • Planejamento: o processo de definir objetivos e decidir a melhor maneira de alcançá-los. • Envolve considerar a missão ou o propósito da organização e transformar isto em metas e objetivos estratégicos e táticos. 1.1 Definições Gerenciamento do projeto de engenharia • Organização: o processo de alocar e providenciar recursos humanos e não humanos para que os planos possam ser executados com sucesso • Criação de uma estrutura para desenvolver e atribuir tarefas, obter e alocar recursos e coordenar atividades de trabalho para atingir os objetivos 1.1 Definições Gerenciamento do projeto de engenharia • O gerenciamento de projetos deve garantir a aplicação das quatro funções para atingir as metas e os objetivos do projeto. • Todo projeto pode ser definido em termos de objetivos, recursos finitos, e prazo de execução • Para ajudar o gerente de projetos, várias ferramentas foram desenvolvidas 1.1 Definições Prescrevendo um modelo de projeto - genérico Definição do | problema Declaração do À problemado clente / Projeto conceitual | Projeto preliminar | Projeto detalhado Documentação do projeto final Comunicação do projeto ) SUSAN  SUSAN Definição (ou enquadramento) do problema 1. Esclarecer objetivos 2. Estabelecer métricas para os objetivos 3. Identificar restrições 4. Revisar a declaração de problema do cliente | Declaração de problema À do cliente Projeto conceitual 5. Estabelecer funções 6. Estabelecer requisitos (especificações de função) 7. Estabelecer meios para as funções 8. Gerar alternativas de projeto 9. Refinar e aplicar métricas nas alternalivas de projeto 10. Escolher um projeto Projeto preliminar 11. Modelar e analisar o projeto escolhido 12. Testar e avaliar o projeto escolhido Projeto detalhado 13. Refinar e otimizar O projeto escolhido 14. Designar e corrigir os detalhes do projeto Documentação do projeto final (relatório, desenhos, Comunicação do projeto especificações de 15. Documentar O projeto final fabricação) 4. Projeto detalhado: Este inclui a análise econômica. Ele envolve pesquisa de mercado, balanços materiais e de energia, material e construção. Se a idéia é economicamente não aceitável, pare e selecione outra idéia, se for economicamente aceitável continue no estágio 5. 5. Construção e start up. 6. Operação, a fim de produzir produto rentável. Nota: estágios 4,5,6 são chamados ação. 1.3. Estágios do Projeto da Planta SUSAN 1.3. Estágios do Projeto da Planta 1.3. Estágios do Projeto da Planta SUN UNUNY “ = o & s o e a = s . o o Ê = S o > nos ” e - “ o o o —+> Total cost Fixed charges bosed on capital investment for installed pipe Pipe diometer Como mostrado nesta figura, o custo de bombeamento aumenta com a diminuição do tamanho do diâmetro do tubo devido aos efeitos de atrito, enquanto as cargas fixas (vazões) para o encanamento tornam-se mais baixas quando se utilizam diâmetros de tubos menores por causa do investimento de capital reduzir. O diâmetro econômico ótimo está localizado onde a soma dos custos de bombeamento e custos fixos para o gasoduto tornam-se mínimo, já que este ponto representa o menor custo total. Na Figura, este ponto é representado por E. O engenheiro químico geralmente seleciona um projeto final com base nas condições que dão o menor custo total. Em muitos casos, no entanto, projetos alternativos não dão produtos finais ou resultados que são exatamente equivalentes. Portanto, torna-se necessário considerar a qualidade do produto ou da operação, bem como o custo total. • 1.5. Otimização Econômica do Projeto Muitos processos requerem condições definidas de temperatura, pressão, tempo de contato, ou outras variáveis se os melhores resultados devem ser obtidos. Muitas vezes é possível fazer uma separação parcial destas condições ótimas fazendo considerações econômicas diretas. Em casos deste tipo, o melhor projeto de operação deve ser escolhido. O engenheiro químico deve lembrar, entretanto, que considerações econômicas determinam em última análise a maioria das decisões quantitativas. Deste modo, o projeto de operação ótima é normalmente apenas uma ferramenta ou passo no desenvolvimento de um projeto econômico ótimo. • 1.6. Otimização da Operação 8 90 o Õ Yield determined by equilibrium between S0,, Oo, and SOs - S Yield determined by rate of reaction between SO, and ” o a o - ” = = Ss > E o “ o e > e E o = 5 a o o Optimum operation temperature “oa 50 O 500 550 600 Converter temperature, C SUSAN  O engenheiro químico nunca deve perder de vista as limitações práticas envolvidas em um projeto. Pode ser possível determinar um diâmetro exato do tubo para um projeto econômico ótimo, mas isso não significa que esse tamanho exato deve ser usado no projeto final. Suponhamos que o diâmetro ótimo fosse de 3,43 polegadas (8,71 cm).  Seria impraticável ter um tubo especial fabricado com um diâmetro interno de 3,43 polegadas. Em vez disso, o engenheiro escolheria um tamanho de tubo padrão que poderia ser comprado a preços de mercado regulares. Neste caso, o tamanho de tubo recomendado seria provavelmente um tubo padrão de 3 ½” de diâmetro com um diâmetro interno de 3,55 polegadas (9,02 cm). • 1.7. Considerações práticas em projetos  Se o engenheiro se mostrou muito consciente quanto a obter um retorno adequado sobre todos os investimentos, ele ou ela poderia dizer: "Um tubo padrão de 3 polegadas de diâmetro exigiria menos investimento e provavelmente só aumentaria o custo total ligeiramente; Portanto, eu acho que devemos comparar os custos do tubo de 3” ½” com os custos de um tubo de 3 ½” antes de tomar uma decisão final”. Teoricamente, o engenheiro consciente está correto neste caso”.  Suponha que o custo total do 3 ½” instalado é $ 5000 e o custo total do instalado 3” é $ 4500. Se o total anual de economia de energia e taxas fixas, usando o tubo de 3 ½” em vez do tubo de 3”, foram de US $ 25, o retorno por anual sobre o investimento extra de US $ 500 seria de apenas 5 por cento. Uma vez que deve ser possível investir os $ 500 extra em outro lugar para dar de um retorno de mais de 5%, portanto parece que o tubo de 3” de diâmetro seria preferível ao tubo de 3 ½” de diâmetro. • 1.7. Considerações práticas em projetos  Os exemplos precedentes tipificam o tipo de problemas práticos que o engenheiro químico encontra. No trabalho de projeto, os princípios teóricos e econômicos devem ser combinados com a compreensão dos problemas práticos comuns que surgirão quando o processo finalmente se tornar uma planta completa ou uma unidade completa. • 1.7. Considerações práticas em projetos O engenheiro químico tem muitas ferramentas para escolher no desenvolvimento de um projeto de planta rentável. Nenhuma, quando devidamente utilizado, provavelmente irá contribuir tanto para a otimização do projeto como o uso de computadores de alta velocidade. Muitos problemas encontrados no desenvolvimento do processo e projeto podem ser resolvidos rapidamente com um maior grau de complexidade com computadores de alta velocidade e a um custo menor do que com calculadoras de mão ou de mesa comuns. Geralmente (overdesign) sobre-projeto e fatores de segurança podem ser reduzidos com uma economia substancial em investimento de capital. • 1.8. Abordagem de projeto Em nenhum momento, no entanto, o engenheiro deve ser levado a acreditar que as plantas são projetadas em torno de computadores. Eles são usados para determinar dados de projeto e são usados como modelos para otimização, uma vez que um projeto é estabelecido. Eles também são usados para manter plantas operando nas condições de operação desejadas. A última função é uma parte do projeto e suplementos e segue o projeto de processo. A abordagem geral em qualquer projeto de planta envolve uma combinação equilibrada de teoria, prática, originalidade e bom senso. Em projetos o engenheiro deve lidar com muitos tipos diferentes de dados experimentais e empíricos. O engenheiro pode ser capaz de obter valores precisos de capacidade calorífica, densidade, dados de equilíbrio vapor-líquido ou outras informações sobre propriedades físicas da literatura. • 1.8. Abordagem de projeto Outro fator importante na abordagem de qualquer problema de projeto envolve condições econômicas e limitações. O engenheiro deve considerar os custos e os lucros prováveis constantemente durante todo o trabalho. É quase sempre melhor vender muitas unidades de um produto com um lucro baixo por unidade do que algumas unidades com um lucro elevado por unidade. Consequentemente, o engenheiro deve levar em conta o volume de produção na determinação dos custos e lucros totais para vários tipos de projetos. Isso, obviamente, levando em consideração as necessidades e demandas do cliente. Esses fatores podem parecer distantes do desenvolvimento de um projeto de planta, mas são extremamente importantes na determinação de seu sucesso final. • 1.8. Abordagem de projeto SUSAN DESENVOLVIMENTO DE PROJETO DE PROCESSO 1. TIPOS DE PROJETOS: Os métodos para a realização de um projeto podem ser divididos nas seguintes classificações, dependendo da precisão e detalhes exigidos: 1. Projetos preliminares ou de estimativa rápida. 2. Projetos de estimativa-detalhada. 3. Projetos de processo firmes ou projetos detalhados. Desenvolvimento de Projeto de Processo 3. Projeto de processo definitivo (final) : É a etapa final antes de desenvolvimento do plano de construção da planta. É caracterizado por especificações completas de todos os componentes da planta, custos precisos baseados em preços cotados são obtidos, plantas e informações suficientes que permitam o desenvolvimento imediato dos planos finais de construção da planta, e um fluxograma completo é apresentado.  Antes de qualquer trabalho detalhado sobre o projeto, os fatores técnicos e econômicos do processo proposto devem ser examinados.  As várias reações e processos físicos envolvidos devem ser considerados, juntamente com as condições existentes e potenciais de mercado para o produto específico.  Uma pesquisa preliminar desse tipo dá uma indicação do provável sucesso do projeto e também mostra que informações adicionais são necessárias para fazer uma avaliação completa. 2. Levantamento de Viabilidade A seguir está uma lista de itens que devem ser considerados na realização de um levantamento de viabilidade: 1. Matérias-primas (disponibilidade, quantidade, qualidade, custo) 2.Thermodynamics e cinética das reações químicas envolvidas (equilíbrio, rendimentos, taxas, condições óptimas) 3. Instalações e equipamentos disponíveis atualmente 4. Instalações e equipamentos que devem ser comprados 5. Estimativa dos custos de produção e do investimento total 6. Lucros (provável e ótimo, por libra de produto e por ano, retorno sobre o investimento) 7. Materiais de construção. 8. Considerações de segurança. 9. Mercados (oferta e procura presentes e futuras, usos atuais, novos usos, hábitos de compra atuais, faixa de preço para produtos e subprodutos, caráter, localização e número de possíveis clientes) [Diagrama de fluxo de processo qualitativo para manufatura de ácido nítrico pelo processo de oxidação de amônia]. Um exemplo de diagrama de fluxo quantitativo é mostrado na figura a seguir: [Diagrama de fluxo de processo qualitativo para manufatura de ácido nítrico pelo processo de oxidação de amônia]. Um exemplo de diagrama de fluxo combinado é mostrado na figura a seguir: [Diagrama de fluxo de processo qualitativo para manufatura de ácido nítrico pelo processo de oxidação de amônia]. A) Diagrama de fluxo do processo (PFD):  Um PFD é um diagrama de fluxo simplificado de uma unidade de processo simples, uma unidade de utilidade, um módulo de processo completo.  O propósito de um PFD é fornecer uma compreensão preliminar do sistema de processo indicando apenas os itens principais do equipamento, as principais vias e os instrumentos essenciais, interruptores e válvulas de controle.  Um PFD também indica variáveis operacionais, tais como fluxo de massa, temperaturas e pressões, que são tabuladas em vários pontos do sistema. 6. Tipos de Fluxogramas O PFD é um documento contendo informações sobre:  Condições do processo e dados físicos dos principais fluxos do processo.  Equipamento de processo principal com dados de projeto.  Linhas de Processo Principal.  Balanço de massa (material).  Balanço térmico (se aplicável). NOTA: Se o PFD não contém quaisquer dados sobre as taxas de fluxo, é chamado um fluxograma qualitativo, enquanto que se as taxas de fluxo estão envolvidas, o PFD é chamado de fluxograma combinado em que informações qualitativas e dados quantitativos são combinados com base em um fluxograma. Diagrama de fluxo de processo qualitativo (PFD) para a manufatura de ácido nítrico pelo processo de oxidação de amoníaco. C) Fluxo das Utilidades (Process Engineering Utility Flow Diagram (PEUFD)):  Usado para resumir e detalhar a inter-relação das utilidades quais sejam ar, água (vários tipos), vapor (vários tipos), meios de transferência de calor, reciclos de processos e purgas, alívio de segurança (válvulas), etc, para o processo básico. Como quantidade de detalhes é muitas vezes grande para combinar com outros fluxos, estes são preparador separadamente.  O PEUFD é um documento contendo informações sobre:  Distribuição ou arranjo principal de cada sistema de utilidade individual, por exemplo: sistemas elétricos e sistema hidráulico. PEUFD Função: A PEUFD deve indicar as características e os valores de consumo da respectiva utilidade, água de arrefecimento, água de bombeiros, água potável, vapor, ar das instalações, ar dos instrumentos, combustíveis óleo / gás, gás inerte e serviços similares. D) Diagrama de Fluxo de Salvaguarda do Processo (PSFD - Process Safeguarding Flow Diagram): O PSFD é um documento que destaca informações sobre:  Tipos e níveis de proteção oferecidos pelos dispositivos instalados e sua relação para demonstrar a segurança da planta.  O P & ID contém todas as informações necessárias para um PSFD; No entanto, o PSFD destaca a proteção em caso de condições extremas e medidas a serem tomadas para proteger pessoal e meio ambiente. Nota: Em geral, estes esquemas só serão feitos para instalações complexas como plataformas de processos offshore. Para aplicações simples, as informações mostradas na P & ID são geralmente suficientes para destacar dispositivos e aspectos de segurança. Figure 1-13. Typical utility flow dia- gram. By permission, Stearns- Roger Mfg. Co. VS) Para reduzir descrições detalhadas escritas nos fluxogramas, é prática usual desenvolver ou adotar um conjunto de símbolos e códigos que se adequam ao propósito.  Muitos símbolos são ilustrados e que útil na representação do processo, bem como controle e operações mecânicas. 8. Simbolos usuais em fluxogramas: Figure 1-19A. Process vesseis. Figure 1-198. Pumps and solids. Plate Column Packed Column Absorbers, Strippers ond Fractionators Sprey Cotumm Pulse Column “ER f Solias Botch Centrituge Vibreting Feeder So Costont or Hesting Medium in Cosiênt or meg. Medium Out Horizontal Vessel tJockered E Agr Te db Ou-Fired Heator Pump (al Types) Votoge = SH EE Pos : ça Vessot with Strip Hectera Sump Pomp Shows w e EB) Voltoge - Pro: Cyde 5 Reciprocoting Pump Or Compressor octrical Rotary Compressor Cootant or Hrg. Medium bri Coctant or Vertical Vessel lJacketed 8 Agitoted) Coctont or mta Me Proportioning Pump. Coclant or Hig. Medium tn Vertical Vessel Uinternol Cola & Agitared) Cyclone Horizontal Vesset (Internal Coils & Agitoted) Coctant or Fig. Medium Our Bucket Ei Agitator Weigh Scale Figure 1-19C. Storage equipment. Horizontal Vessel (Pressure Storage) Receiver-Surge Tank Gas Holder (Wet or Dey) Armosphario Storage Tonk Hopper Bin  Handling Figure 1-19D. Flow and instruments. rea, Dime Es [Ie me —— Soases im Duere e ravare Sos E Continvous Contrituge Material Batane rem (Tsmes= Fees E Esteme < Io Er ao À 35 s Er s (E) | Es o 1 13 = Es So + zo 19 Tó Tetei so Pressure Suew Fender Ce 20 z 18 Tetei Eb ES Ez 35 Toto! Got. 20 12 s [Esse Overall Material Balance Pow Balance esa pa (Ar Bonom of Flow Sheet) Temperature [Eve Brochor —D<— an monval volwes ma Cs ) EG ds coast veados Size Reduction Equipment o ata Loser oia Figure 1-19E. Filtors, evaporators and driers. as Hg. Medium pe tm —+ Out Single Ertect Evoporetor Costont tm S olo º, Costant Our Hg. Medium Our TG Dm 4] Leg. mecium im Drum Drier or Fiaker Crystottizor Downtiow Sproy Drier 19. Medium was Wan sas Fitirate + Hg. medium wrash Sr Rotory Drier t coa.