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Gas natural e informações interessantes sobre processo produtivo
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Fundamentos de Produo e Distribuio de Gs NaturalInstrutor: Vicente [email protected]
RoteiroGs NaturalEscoamento CompressvelDimensionamento do SistemaInstrumentaoAutomao
GS NATURALHISTRIA, RESERVAS E MERCADO
IntroduoGs natural uma mistura de hidrocarbonetosMetano corresponde a 70% em volumeAcumulao no subsolo em rochas porosas isoladas por rochas impermeveisDegradao da matria orgnica, soterrada a grandes profundidades
HistriaConstrues ps-guerra incentivaram a utilizao do gs natural em alta escalaGs natural no estocvel facilmente, e depende de contratos de fornecimento por um tempo mnimo (em geral, longo)Altos custos de implantao de redes de transporte e distribuio
HistriaBahia foi o primeiro produtorRLAM e plo de Camaari foram os primeiros consumidoresBacia de Campos atualmente o grande produtorBacia de Santos a grande promessa
ReservasReservas provadas no Brasil so de aproximadamente 330MMMm380% das reservas esto associadas a jazidas de petrleoNeste caso, a oferta depende da produo de leo cruCerca de 20% das reservas esto em terra e o restante no marAproximadamente 80% das reservas martimas esto na Bacia de Campos e de Santos
ReservasDestaques no BrasilRio de JaneiroAmazonasSantosEsprito Santo
Reservas - ExerccioSe as reservas de gs natural no Brasil so de aproximadamente 330MMMm3 e a produo de cerca de 50MMm3/dia, quanto tempo as reservas brasileiras durariam caso no se descobrissem novas reservas?
ReservasBolvia tem reservas de 890MMMm3 (2004)Argentina tem 605MMMm3 e Peru tem 246MMMm3 em reservas (2004)Reservas provadas na Amrica do Sul e Central somam 7,1MMMMm3 (2004)Venezuela 4,22MMMMm3Bolvia 890MMMm3Trinidad e Tobago 533MMMm3Argentina 605MMMm3Brasil 326MMMm3Peru 246MMMm3
ConsumoConsumo atual de aproximadamente 60MMm3/diaCerca de 25MMm3/dia vm da BolviaMeta do governo elevar o consumo para cerca de 80MMm3/dia at 2010Cerca de 12% da matriz energtica brasileiraAs reservas durariam cerca de 16,5 anosAumentar as reservas ou procurar parceiros fornecedores
ProduoProduo mdia no Brasil de aproximadamente 49MMm3/dia (2005)8MMm3/dia Re-injetados7MMm3/dia Queimados7MMm3/dia Consumidos pela PETROBRAS27MMm3/dia Comercializados
Produo - ExerccioPor que:Re-injetar?Queimar?Consumir pela PETROBRAS?
Evoluo da Produo Diria no Brasil
Evoluo da Produo no Brasil
Mercado de EnergiaBalano Energtico Nacional 20048,9% - Gs natural13,2% - Lenha e carvo13,5% - Cana de acar e derivados14,4% - Energia hidrulica39,1% - Petrleo
DemandaHoje o gs natural representa 9 a 10% da matriz energtica brasileiraPretende-se alcanar 12% em 2010 e 15% em 2015ImpactosGerao de empregosReduo na emisso de poluentes
Demanda - ExerccioQuais as formas de utilizao do gs natural, e como se faz para disponibiliz-lo para o consumidor?
GS NATURALCADEIA PRODUTIVA E TERMELTRICAS
Fluxo do Gs Natural
Cadeia Produtiva do Gs NaturalExploraoProduoProcessamentoTransporteDistribuio
Cadeia Produtiva do Gs Natural
Cadeia Produtiva do Gs Natural
TermeltricasNo apago de 1999 os reservatrios de gua chegaram a 18,1% da capacidade, em mdiaPara atender ao crescimento estimado em 5,5% ao ano, seriam necessrios gua e um aumento de 40% na capacidade instalada das hidreltricas at 2004Soluo: termeltricas
Termeltricas
TermeltricasCapacidade instalada nas termeltricas do Programa Prioritrio de 17.577MWEquivale a um consumo aproximado de 70MMm3/diaNecessrio aumentar a produoNecessrio aumentar as reservas ou buscar parceirosNecessrio ampliar a capacidade de transporte
Energia TermeltricaTermeltricas operadas a gs naturalTurbinas geram eletricidade: Ciclo BraytonCo-geraoGerao simultnea de energia eltrica e calor: Ciclo Rankine
Ciclo BraytonCompressor gera ar a alta pressoGs queimado juntamente com o ar comprimidoGases de exausto movimentam uma turbinaEnergia cintica da turbina transformada em energia eltricaGases quentes so exauridos
Ciclo Brayton
Ciclo BraytonCiclo simplesEficincia de aproximadamente 38%Gases de exausto a aproximadamente 650oC
Turbina a GsCompressorGerador de gsCmara de combustoTurbina de potncia
Turbina a Gs
Ciclos Brayton e RankineGases de exausto a 650oC so utilizados para gerar vapor de guaO vapor movimenta uma turbina a vaporMais energia eltrica pode ser gerada utilizando-se a energia cintica da turbina a vaporgua condensada para reaproveitamento em ciclo fechado
Ciclos Brayton e Rankine
Ciclos Brayton e RankineCiclo combinadoEficincia de aproximadamente 57%Consumo de aproximadamente 4MMm3/dia para cada 1.000MW para um poder calorfico de 9.380kcal/m3
Turbina a Vapor
Ciclos Brayton e Rankine - ExerccioMostrar que so necessrios cerca de 68MMm3/dia de gs natural para gerar 17.500MW nas usinas termeltricas.Dados:Poder calorfico do gs: 9.380kcal/m3Constante: 859.845,2kcal/MWhRendimento do ciclo Rankine: 57%
Demonstrando: 17.500MW x 24h/dia x 859.845,2kcal/MWh / 9.380kcal/m3 / 57% = 67,5MMm3/dia de gs natural*
GS NATURALEXPLORAO, PRODUO E PROCESSAMENTO
ExploraoPesquisaTestes ssmicosExplotaoPerfurar poos
Explorao
GeofsicaGeofsicaAplicao de princpios bsicos de fsica ao estudo da terraMtodo no-invasivoSsmica 2D e 3DProcessamento de dados ssmicosIdentificao de estruturas geolgicas mais propcias acumulao de hidrocarbonetos
Ssmica
Ssmica
ExplotaoDe acordo com os resultados da ssmica, perfuram-se poos pioneiros e poos de delimitaoConstatada a existncia de gs natural (ou de petrleo), encaminha-se ou no o poo para a produo de acordo com as concluses da anlise econmicaProduo acima de 17.810m3 de gs por m3 de leo considerado poo de gs100.000ft3 de gs por barril de leo1ft = 12inch, 1inch = 25,4mm e 1bbl = 158,98l
Reservatrio de leo e Gs
Explorao e Explotao - Exerccio vivel produzir leo nestas condies?Perfurao: US$ 500.000Completao: US$ 400.000Instalaes de superfcie: US$ 5.000.000Custo de produo: US$ 200.000/msManuteno: US$ 50.000/msProduo estimada: 500bbl/diaTempo estimado de produo: 8 anosPreo do barril: US$ 70
Gs AssociadoGs associado aquele que, no reservatrio, est dissolvido no leo ou sob a forma de capa de gsA produo de gs determinada pela produo de leo
Reservatrio de Gs Associado
Gs No-AssociadoGs no-associado aquele que, no reservatrio, est livre ou em presena de quantidades muito pequenas de leoNeste caso, produz-se o gs
Reservatrio de Gs No-Associado
ProduoMapeamento do reservatrio permite definir a sua curva de produo e a infra-estrutura necessria para produzir o gsProjeto de engenhariaEquipamentos e tubulaesProcessamentoInstrumentao e automaoObras civis
ProduoGs produzidoProcessamentoComercializaoRe-injeoAumenta a presso do reservatrioGs-liftReduz o peso da coluna hidrosttica de produo
Produo e Processamento
ProcessamentoTratamento para comercializaoSeparao de partculas lquidas e slidas em vasos depuradoresguaHidrocarbonetosSalDessulfurizaoRetirada dos resduos de enxofre
Processamento
UPGNsUnidades de Processamento de Gs NaturalSempre em terraPlataformas desidratam o gs, evitando a formao de hidratos nos gasodutos, e enviam o gs para processamento em terra
UPGNsFracionam o gs naturalRefrigerao ou turbo-expansoMetano e etano (gs residual)Propano e butano (GLP Gs Liquefeito de Petrleo)C5+ (gasolina natural)
UPGNs
GS NATURALTRANSPORTE E DISTRIBUIO
TransporteProduo em campos distantesNa selvaNa plataforma continentalEm alto marLevar o gs aos consumidoresCustos com transporte podem inviabilizar a explorao de campos distantes dos centros consumidores
Transporte
Transporte e Distribuio - ExerccioQuantos compressores so necessrios para o gs chegar ao consumidor?Presso do reservatrio: 70kgf/cm2Perda de carga no duto de produo: 10kgf/cm2Presso de separao na superfcie: 15kgf/cm2 (logo, perda de carga na cabea de produo de 45kgf/cm2)Compressor da estao: eleva de 15 para 70kgf/cm2
Transporte e Distribuio Exerccio (cont.)Perda de carga aproximada no gasoduto: 0,7kgf/cm2 por kmDistncia entre produtor e consumidor: 300kmPresso mnima de entrega e na suco dos compressores adicionais: 15kgf/cm2
TransporteRazo volume energia1m3 de gs tem aproximadamente 9.300kcal e pesa cerca de 750g1l de diesel tem 9.000kcal e pesa cerca de 830gTransporteReduo de volumeAumento da pressoLiquefao
Gasodutos
GASFOR e NORDESTO
TransporteTBG Transportadora Brasileira Gasoduto Brasil-BolviaBolviaMato Grosso do SulSo PauloParanSanta CatarinaRio Grande do Sul
TBG
TBG
TBGEstaes de compressoElevam a presso do gsTurbinas a gs acionam os compressoresEstaes de entregaCity-gatesAdequam a presso do gsEstaes de medioMedem o volume de gs entregue
Estaes de Compresso
Compressores
Compressores
Estaes de Entrega
Estaes de Medio
Transporte e Distribuio
TransporteRegulamentao ANP Agncia Nacional de Petrleo, Gs Natural e Bio-CombustveisTransporte de gs natural s pode ser realizado por empresas que no comercializam o produtoTransportadoras se responsabilizam exclusivamente pelos servios de transporte at os pontos de entregaDistribuio aos usurios finais de explorao exclusiva dos estados
DistribuioDisponibiliza o gs natural ao consumidor dentro dos padres de qualidade estabelecidos contratualmenteConsumidoresResidenciaisAutomotivosComerciaisIndustriaisTermeltricas
DistribuioOdorizaoAsfixiaIncndioExplosoMercaptansCapilaridadeDutos subterrneos (presses inferiores a 35bar)Redes urbanas (presses inferiores a 8bar)
DistribuioCilindros de alta presso (at 220bar)GNV Gs Natural VeicularMotores do ciclo Otto (gasolina e lcool)
DistribuioPOTIGS distribui o gs natural no Rio Grande do Norte180km de gasodutos4 ERPs Estaes de Regulagem de Presso78 ERPMs Estaes de Regulagem de Presso e Medio
POTIGS
Transporte e Distribuio - Exerccio vivel produzir gs nestas condies?Perfurao: US$ 500.000Completao: US$ 400.000Instalaes de superfcie: US$ 5.000.000Estaes de recompresso: US$ 2.000.000Custo de produo: US$ 200.000/msManuteno: US$ 50.000/msProduo estimada: 200Mm3/diaTempo estimado de produo: 10 anosPreo do m3: US$ 0,15
ESCOAMENTO COMPRESSVELMODELOS MATEMTICOS E EQUAO DE ESTADO
Modelos MatemticosEquao da continuidadeConservao da massaSegunda Lei de NewtonConservao do momentoPrimeira Lei da TermodinmicaConservao da energiaEquao de estado do fluido
Equao de EstadoModelo do gs idealPV = nRTVariveis de estadoP pressoV volumeT temperaturan = m/Mn nmero de molesm massaM peso molecularR Constante dos gases
Equao de Estado RealAjustes na equao ideal para considerar a massa e o volume das molculas do gs, alm das interaes recprocasZ Fator de CompressibilidadePV = ZnRT
ESCOAMENTO COMPRESSVELPRESSO
PressoA presso devida aos choques das molculas contra as paredes de um recipienteGrandeza derivadaFora por unidade de reaUnidade Pascal1Pa = 1N/m2Unidade muito pequena, equivalente presso de 0,1mm de gua
Presso
Presso
PressoMedidas de pressoManomtricaReferida presso atmosfricaAssume valores positivos e negativosMaioria dos instrumentos industriaisAbsolutaPresso total, referida ao zero absolutoAssume apenas valores positivosPresses prximas atmosfricaDiferencialDiferena entre duas pressesMedio de vazes e nveis
Medidas de Presso
Sensor Tipo Bourdon
Sensor Tipo Fole
Calibrao
PressostatoO pressostato uma chave eltrica acionada por pressoEnergiza ou desenergiza circuitos eltricos de acordo com a presso do processo e uma presso pr-ajustada
Pressostato
ESCOAMENTO COMPRESSVELTEMPERATURA
TemperaturaQuantidade de base do SI Sistema Internacional de UnidadesGrandeza intensivaDiferente de comprimento, massa e tempo, que so grandezas extensivasA temperatura uma propriedade da energia, e pode ser medida atravs do efeito da energia sobre o corpo
Temperatura
TemperaturaSensores mecnicosBimetalEnchimento termalSensores eltricosTermoparRTD Resistncia Detectora de Temperatura
BimetalDilatao diferente para metais diferentesTemperatura causa variaes diferentes no comprimento das barras do bimetal, que podem ser usadas para posicionar um ponteiro na escala
Bimetal
Enchimento TermalA temperatura medida atravs da variao da presso do fluido do enchimentoBulbo sensvelSensor de pressoTubo capilarFluido de enchimento
Enchimento Termal
TermoparMilitenso gerada pela diferena de temperatura entre metais cujas extremidades foram unidas
Termopar
RTDVariao da resistncia eltrica de materiais de acordo com a temperatura
RTD
ESCOAMENTO COMPRESSVELVAZO
Vazo de Gs NaturalVazo volumtricaVolume por unidade de tempoVazo mssicaMassa por unidade de tempo
Vazo de Gs NaturalO volume deve ser referenciado a uma condio de temperatura e presso (condies base)Mede-se a vazo volumtrica nas condies de processoMede-se a presso e a temperatura nas condies de processoCalcula-se a correo de vazo para as condies base
Condies Base
Vazo de Gs Natural - ExerccioQual a vazo de gs natural nas condies padro (20oC e 1atm absoluta) se:Vazo medida: 30Mm3/diaPresso de processo: 20kgf/cm2 manomtricaTemperatura de processo: 45oCFator de compressibilidade:Condies de processo: 0,95Condio padro: 0,99
Medio com Placa de Orifcio
Medio com Placa de Orifcio
Medio com Turbina
Medio com Turbina
Medidor Magntico
Medidor por Deslocamento Positivo
Medidor Coriolis
Medidor Ultra-Snico
ESCOAMENTO COMPRESSVELPROPRIEDADES DO GS E MODELOS DE ESCOAMENTO
Propriedades do GsDensidade relativaMedida em relao ao arO gs natural mais leve que o ar devido forte presena do metanoViscosidadeResistncia ao cisalhamentoOs gases aumentam a viscosidade com a temperatura, ao contrrio dos lquidos
Propriedades do GsPoder calorficoQuantidade de calor, em kcal, que desprende 1m3 ou 1kg de combustvelPCS Poder Calorfico Superior: calor liberado at que os produtos da combusto sejam resfriados at 15,6oCPCI Poder Calorfico Inferior: o PCS menos o calor latente de vaporizao da gua formada
ContaminantesContaminantesH2S Gs sulfdrico: txico e causa corrosoCO2 Gs carbnico: causa corroso e reduo do PCSH2O gua: causa corroso e formao de hidratos
Regulamentao
Modelo do EscoamentoAuxilia o dimensionamento de um sistemaModelo simplificadoUm fornecedorUm consumidorDimetro do duto constanteModelo complexosDiversos fornecedores e consumidoresConsidera variao da densidade
Modelo Simplificado do Escoamento
EscoamentoBifsico: coexistem gs e lquidoNvoa suspensa no gsBolhas de gs no lquidoGolfadas de gsLquido no anularConfigurao depende das propores, velocidades, propriedades e geometria da tubulaoMultifsico: coexistem gs, lquido, gua e areia
Escoamento Bifsico
Velocidade do EscoamentoVelocidade o ponto de partida para o dimensionamento do sistemaFaixa de 2 a 15 m/sDetermina-se a faixa de dimetros correspondenteEstuda-se a viabilidade econmica das alternativas
Velocidade do Escoamento - ExerccioQual a velocidade do escoamento para um duto de 6 com vazo de 300Mm3/dia?Qual seria o menor dimetro para a velocidade ser considerada aceitvel?
DIMENSIONAMENTO DO SISTEMACARGAS E ANLISE TCNICO-ECONMICA
CargasDeterminam a espessura do duto e as ancoragensCargasOperacionaisAcidentaisAmbientaisDe construoForas, momentos, deslocamentos impostos e variaes de temperatura
Cargas OperacionaisPresso internaPresso externaTemperaturaPeso prprioCobertura do solo
Cargas AcidentaisQueda de objetosColisesOperao incorretaCorroso
Anlise Tcnico-EconmicaO volume transportado deve tornar o projeto vivel economicamenteEVTE Estudo de Viabilidade Tcnica e EconmicaCurva de demandaCurva de produoDimetro do gasodutoEspaamento e potncia dos compressoresCusto de manuteno e operaoCusto de capital
Anlise Tcnico-Econmica
Anlise Tcnico-EconmicaMxima eficincia na capacidade de projetoProjeto Conceitual para reduzir incertezasMargem de erro de 50%O projeto deve ser atrativo tanto nas previses otimistas quanto nas pessimistas
Anlise Tcnico-Econmica
Anlise Tcnico-Econmica - ExerccioQual a melhor alternativa econmica para escoar 600Mm3/dia de gs natural por 200km? Considerar:Presso na origem e aps recompresses: 70kgf/cm2Presso mnima na entrega: 10kgf/cm2Custo 1 compressor: US$ 1.000.000Custo produo por estao: US$ 500.000Custo manuteno por estao: US$ 200.000
Anlise Tcnico-Econmica Exerccio (cont.)Duto 22Custo: US$ 25.000/kmPerda de carga: 3,00kgf/cm2/kmDuto 24Custo: US$ 29.752/kmPerda de carga: 2,52kgf/cm2/kmDuto 26Custo: US$ 34.917/kmPerda de carga: 2,15kgf/cm2/km
Anlise Tcnico-Econmica Exerccio (cont.)Duto 28Custo: US$ 40.496/kmPerda de carga: 1,85kgf/cm2/kmDuto 30Custo: US$ 46.488/kmPerda de carga: 1,61kgf/cm2/kmDuto 32Custo: US$ 52.893/kmPerda de carga: 1,42kgf/cm2/km
Anlise Tcnico-Econmica Exerccio (cont.)Duto 34Custo: US$ 59.711/kmPerda de carga: 1,26kgf/cm2/kmDuto 36Custo: US$ 66.942/kmPerda de carga: 1,12kgf/cm2/kmDuto 38Custo: US$ 74.587/kmPerda de carga: 1,01kgf/cm2/km
Anlise Tcnico-Econmica Exerccio (cont.)Duto 40Custo: US$ 82.645/kmPerda de carga: 0,91kgf/cm2/kmDuto 42Custo: US$ 91.116/kmPerda de carga: 0,82kgf/cm2/km
DIMENSIONAMENTO DO SISTEMAPROJETOS E NORMAS
ProjetosProjeto conceitualDefine preliminarmente o empreendimento uma explanao sobre a alternativaDescreve superficialmente o empreendimento para incio do detalhamento no projeto bsicoMargem de erro de 50%
ProjetosProjeto bsicoDefine a obra e/ou o servio do empreendimentoDefinio das caractersticas bsicas o desenvolvimento da alternativa vivel tcnica, econmica e ambientalmenteViso global da obra e definio dos seus elementos constituintesDeve atender normas
ProjetosProjeto bsicoEspecifica o desempenho esperadoAdota solues tcnicasEspecifica os materiais e equipamentosDescreve a soluo para detalhamento no projeto executivoMargem de erro de 15%
ProjetosProjeto executivoDetalhamento das obras e servios a serem realizados pela construo e montagemDeve atender normasMargem de erro de 10%
NormasProjeto: ANSI/ASME B 31.8 e NBR 12712 (norma ABNT baseada na B 31.8)Tubos: API 5LFlanges: ANSI/ASME B 1.1, ANSI/ASME B 16.5, ANSI/ASME B 16.20, e ANSI/ASME B 16.21Vlvulas: API 6DCompressores: API 610
NormasTurbinas: API 617Medio: AGA 3 placa de orifcio e AGA 7 turbinaEltrica: NEMAVasos de presso: ASMETrocadores de Calor: TEMAInstrumentao: ISA
DIMENSIONAMENTO DO SISTEMACONSTRUO E COMPONENTES DE UM GASODUTO
ConstruoAbertura da pistaAbertura da valaCurvamento de tubosSoldagemJunta de campoAbaixamentoCoberturaTeste hidrostticoProteo de encostasCruzamentos e travessias
Construo
Componentes de um GasodutoDutosDevem atender faixa de vazo de projetoCompressoresAumentam a presso do gs, compensando as perdas de carga por atrito e consumo
Componentes de um GasodutoVlvulasBloqueioBloqueio automticoAlvio de pressoRetenoControle
Componentes de um GasodutoInstrumentao e automaoCLPSupervisrioInstrumentosPressoTemperaturaVazo
Vlvula de BloqueioPermite o isolamento de uma parte do sistemaGavetaEsferaBorboletaGlobo
Vlvula GavetaDisco ou porta deslizante movida na direo perpendicular vazo do fluido
Vlvula Gaveta
Vlvula Gaveta
Vlvula EsferaObturador esfrico, que se posiciona dentro de uma gaiolaObturador esfrico com uma abertura
Vlvula Esfera
Vlvula BorboletaDisco que gira em torno de um eixo horizontal ou vertical, perpendicular direo da vazo
Vlvula Borboleta
Vlvula Borboleta
Vlvula Borboleta
Vlvula GloboCorpo esfrico, sede simples ou dupla, e obturador guiado pela haste ou pela gaiolaCaractersticaLiga-desligaLinearIgual percentagemAbertura rpida
Vlvula Globo
Vlvula Globo
Vlvula Globo
Vlvula Globo
Vlvula de Bloqueio AutomticoDispositivo de proteoAtua rapidamenteElevao ou reduo excessiva nasPressesTemperaturasVazes
Vlvula de Bloqueio Automtico
Solenide
Vlvula de Alvio de PressoAtua quando um determinado nvel de presso alcanadoRetaguarda da vlvula de bloqueio automticoSet de atuao maior
Vlvula Reguladora de PressoMantm a presso controlada dentro de uma faixaAcionamentoDiretoPor piloto
Vlvula Reguladora por Temperatura
Vlvula Reguladora por Piloto
Vlvula Reguladora por Piloto
Vlvula de RetenoEvita vazo no sentido contrrioPerturbao no processoAcidentesA presso do fluido vazante abre a vlvula de retenoA seleo depende da temperatura, da queda de presso disponvel e da limpeza do fluidoTipoPortinholaCom levantamento de disco ou esfera
Vlvula de Reteno Tipo Portinhola
Vlvula de Reteno Tipo Levantamento
Vlvula de ControleMalha de controleSensor e transmissorEnvia o sinal medido para o controladorControladorCompara o sinal medido com um ponto de ajuste e gera um sinal de correoElemento final de controleManipula uma varivel, que influi na varivel controlada, para haver o retorno ao ponto de ajuste
Vlvula de Controle
Vlvula de ControleControleAutomtico: sinal de controle gerado pelo controladorManual: sinal de controle gerado pelo operadorRemoto: operador no supervisrioLocal: operador no volante da vlvula
Vlvula de ControleVlvula de controle a forma mais simples de manipular vazes, presses, temperaturas e nveisControleLiga-desliga: vlvula totalmente aberta ou fechadaPressostatosTermostatosContnuo: vlvula pode assumir posies intermedirias
Vlvula de ControleSinal de controleEletrnicoPneumticoMaioria das malhas de controleSimplesConfivelEconmicoEficiente
Vlvula de Controle
Vlvula de Controle com Posicionador
Caracterstica da Vlvula desejvel que uma malha de controle seja linear em sua faixa de atuaoMalha linear: sensor, transmissor, controlador, vlvula e processoProcessos no-linearesControlador no-linearComportamento da vlvula no-linearCaracterstica de vazo da vlvulaIgual percentagemLinearAbertura rpida
Caracterstica da VlvulaIgual percentagemIguais percentagens de variao da abertura da vlvula correspondem a iguais percentagens de variao na vazoModelo exponencial entre vazo e aberturaPequeno ganho em baixas vazesGanho elevado em altas vazesBom controle em baixas vazes
Caracterstica da Vlvula
Caracterstica da VlvulaLinearVazo diretamente proporcional abertura da vlvulaGanho constante em todas as vazes
Caracterstica da Vlvula
Caracterstica da VlvulaAbertura rpidaProduz uma grande vazo com pequeno deslocamento da haste da vlvula, no incio da aberturaGrande ganho em baixa vazoPequeno ganho em alta vazoNormalmente utilizada em controle liga-desligaNo adequada para controle contnuo
Caracterstica da Vlvula
Caracterstica da VlvulaCaracterstica nominalAssume queda de presso constante na vlvulaCaracterstica instaladaNa tubulao, a queda de presso na vlvula normalmente no constanteIgual percentagem se torna linearLinear se torna abertura rpida
Vlvulas - ExerccioLocar vlvulas no sistema seguinteBloqueioBloqueio automticoAlvio de pressoReguladora de pressoControle
Vlvulas - Exerccio
INSTRUMENTAOTAGs E SIMBOLOGIA DE INSTRUMENTOS
IntroduoInstrumentao trata de instrumentos industriais, que so utilizados para medir as variveis de processoVazoPressoTemperaturaNvel, etc.Cada instrumento identificado por um TAGFluxogramas de processo e de engenhariaDesenhos de detalhamentoPainis sinpticos
Instrumento e Transmissor
TAGs
TAGs
TAGs
Simbologia de InstrumentosViabilizar a comunicao do pessoal de manuteno, operao, projeto e processo
Simbologia de Instrumentos
Simbologia de Instrumentos
Linhas de Instrumentos
Bales de Instrumentos
Bales de Instrumentos
Linhas e Bales
Linhas e Bales
Linhas e Bales
TAGs - ExerccioO que significa e onde se utiliza?FI e FQIPIT e PDITTTFVHSLGZSL
Simbologia de Instrumentos ExerccioIdentificar a instrumentao nos fluxogramas seguintes.Propor a medio de mais variveis e relacionar os TAGs.
Simbologia de Instrumentos Exerccio (cont.)
Simbologia de Instrumentos Exerccio (cont.)
INSTRUMENTAOSENSOR, TRANSMISSOR E INDICADOR
MedioDiretaVoltagemPeso sobre molaNecessita calibraoPor comparaoBalana de pratosBalano de nulos em galvanmetroNo necessita calibraoPor substituio
Sistema de MedioSensorDetecta a entradaCondicionador de sinalManipula e processa a sada do sensorApresentao do dadoQuantifica a varivel medida
Sistema de Medio de Vazo de Gs
SensorSensor converte a varivel fsica em outra utilizvelTransdutor converte a energia em uma forma diferenteCorrente para pneumtico (I/P)Pneumtico para corrente (P/I)
Sensor
Transdutor Piezo-Eltrico
TransmissorMontado no campoFaz o sinal chegar ao CLP e sala de controle
Transmissor
Sinais Padro de TransmissoPneumtico20 a 100 kPa3 a 15 psi0,2 a 1 kgf/cm2Eletrnico4 a 20 mA1 a 5 V
Transmissor Pneumtico
IndicadorApresenta o valor instantneo da varivel de processoPresso (PI)ManmetroTemperatura (TI)TermmetroNvel (LI ou LG)
Manmetro
Transmissor Indicador
CromatografiaO gs vendido pelo seu poder calorfico necessrio conhecer a composioAnlise de laboratrioCromatgrafo em linhaSada do cromatgrafo deve chegar ao computador de vazo
Cromatgrafo
Sensor e Transmissor - ExerccioConsiderando o instrumento seguinte:Qual a varivel de processo medida?Qual o tipo de sinal transmitido?Qual o princpio de funcionamento? possvel construir um instrumento semelhante para medir outras variveis de processo?
Sensor e Transmissor Exerccio (cont.)
INSTRUMENTAOMEDIO DE VAZO E RANGEABILIDADE
Condicionador de SinalFunes auxiliares para alterar o sinal gerado pelo sensorAdequar um sinal ao displayComputador de vazoComputador analgico que executa operaes matemticasCompensao da presso esttica e da temperatura do processoClculo da densidade atravs da cromatografia
Computador de Vazo
Computador de Vazo
Computador de Vazo
Totalizador de Vazo
Rangeabilidade da MedioUm instrumento no tem o mesmo desempenho em qualquer faixaO desempenho normalmente pior na medio de pequenos valoresRangeabilidade mede a extenso da faixa que um instrumento pode medir dentro de uma determinada preciso a diviso da mxima medio pela mnima, dentro de uma determinada precisoDepois que a mxima determinada, a rangeabilidade estabelece a mnima
Rangeabilidade da MedioExemplo: preciso 3% com rangeabilidade 3:1Preciso igual ou menor a 3% de 33% a 100% da faixa de medio
Rangeabilidade da Medio
Medio de Vazo - ExerccioQual a rangeabilidade do medidor?
Vazo (m3/h)Incerteza (%)18,026,043,081,5150,7200,5300,4400,41000,42000,4
INSTRUMENTAOINTEGRIDADE E PROTEO CONTRA SLIDOS E LQUIDOS
IntegridadeIntegridade a propriedade de um instrumento se manter inteiro, completo, resistente e firme no seu funcionamentoA integridade ameaada pelo ambiente onde o instrumento est montadoTemperatura ambienteUmidadeVibrao mecnicaAtmosfera circundanteA integridade garantida especificando-se corretamente o invlucro do instrumento
IntegridadeInstrumentos no campo so afetados pelaLuz ultravioletaChuvaUmidadeOrvalhoPoeiraLquidos de processoVariaes de temperaturaInstrumentos devem ser testados e classificados segundo normas
Proteo contra Slidos e Lquidos
Proteo contra Slidos e Lquidos
INSTRUMENTAOCLASSIFICAO DE REA, DE TEMPERATURA E ELTRICA
Classificao de reaUma rea industrial perigosa quando nesse local processado, armazenado, transportado ou manuseado material que possua vapor, gs ou p inflamvel ou explosivoClassificao da reaNatureza da substncia e estado fsicoPropriedades qumicas da substnciaProbabilidade de ocorrncia da substncia
Classe e Grupo do MaterialClasseI: GsII: PIII: FibrasGrupo (A, B, C, ...)Temperatura de auto-ignioNvel de energia para combustoCorrente e tenso mnima de ignioVelocidade de queima de chamaEstrutura qumicaPresso final de exploso
ZonaExpressa a probabilidade de o material perigoso estar presente no ar ambiente, formando uma mistura em concentrao perigosaZona 0: Presena constante100% do tempoZona 1: Alta probabilidadeMesmo em condio normal de operaoZona 2: Pequena probabilidadeEm condio anormal de operao
Zona
Zona e DivisoZona: Normas brasileira e europiaDiviso: Normas americanasDiviso 1 = Zonas 0 e 1Diviso 2 = Zona 2
Classificao de TemperaturaEfeito Joule provoca aquecimentoAlta temperatura pode ser fonte de energia para provocar explosesClassificao de temperatura relaciona a mxima temperatura que a superfcie ou qualquer componente interno do instrumento pode atingir quando a temperatura ambiente de 40oCCompara-se com as caractersticas dos fluidos que podero estar presentes na rea
Classificao de Temperatura
Classificao EltricaUm instrumento eltrico pode aumentar o risco de haver explosoProblema caracterstico de plantas que processam produtos inflamveisClassificao eltrica refere-se ao tipo de proteo que o instrumento deve ter para no prover um meio de ignio para o ambiente
Classificao Eltrica
Classificao Eltrica
Classificao Eltrica
Classificao Eltrica
INSTRUMENTAOCONFIABILIDADE E FALHAS
ConfiabilidadeConfiabilidade a probabilidade de um instrumento se manter em operao, em um nvel especificado de desempenho, sob condies ambientais determinadas, durante um determinado perodo de tempoPara haver confiabilidade, o instrumento deve ser corretamenteSelecionadoMontadoUtilizado
ConfiabilidadeA confiabilidade pode ser quantificadaMTBFMTTRMTTF
MTBFMTBF: Mean Time Between FailsDeterminado por teste ou experinciaDesejvel que seja elevadoDepende deMaterialProjetoFabricaoUtilizaoManuteno
MTTRMTTR: Mean Time To RepairDeterminado pela experinciaDesejvel que seja reduzidoDepende deProjeto e fabricaoAcesso a peas de reposioTreinamento da equipe de manuteno
MTTFMTTF: Mean Time to the First FailAplicvel principalmente a instrumentos descartveisDesejvel que seja elevado
AUTOMAOCLP E SUPERVISRIO
IntroduoAutomao a substituio do trabalho humano ou animal por mquinasAutomtico ter atuao prpria, que faa uma ao requerida em um tempo certo ou em resposta a determinadas condiesAutomao depende da instrumentaoInstrumentos medem, transmitem, comparam e atuam no processo
Introduo
IntroduoAutomao de processos se justificaComplexidadeTamanho da plantaProdutividadeSeguranaProteo ao meio ambiente
CLPCLP: Controlador Lgico ProgramvelPrincipal equipamento utilizado na automaoMicroprocessadorMemriaProcessos em batelada ou contnuosSeqenciamentoIntertravamentoControle regulatrio
CLP
CLP
CLP
RedundnciaQuando desejvel que o processo no pare por problemas em uma medio, um controlador ou uma malha de controle, projetam-se as redundnciasCLPs redundantes em plantas de produo de petrleo e gs natural
RedundnciaRedundncia deMdulos de entrada e sadaFonte de alimentaoMicroprocessadorMeios fsicos de comunicao
Redundncia
SCADASCADA: Supervisory Control and Data AcquisitionColeta e armazena dados (dentro de um range)CLPs fazem a aquisio dos dadosAnalgicos: 4 a 20 mADiscretos: 0 ou 1Digitais: HART e FieldBusAtuao no processoAbrir e fechar vlvulasLigar e desligar bombas e compressores
SupervisrioPermite a monitorao das condies de processoStatus de equipamentosTemperaturas, presses, nveis, vazes, etc...Permite a atuao remota nos componentes do processo
Liga-desliga de compressoresAbre- fecha de vlvulasSintonia dos controladores da plantaPermite entrar com parmetros para clculos ou intertravamentos no CLP
Supervisrio
Supervisrio
Supervisrio
Supervisrio
Integrao de SistemasPoder ajustar o sistemaTer diagnstico dos problemas das unidadesPermitir atrelar as funes controle, monitorao, alarme, intertravamento, otimizao do controle, gerenciamento da produo e planejamento dos negciosPermitir compartilhar o conhecimento
Integrao de Sistemas
CLP - ExerccioPropor novos instrumentos e dimensionar um CLP para o processo seguinte.
CLP Exerccio (cont.)
AUTOMAOCONTROLE DE PROCESSOS E REDES DE CAMPO
Controle de ProcessosControle em malha abertaErros quando existem perturbaes de cargaControle em malha fechadaRealimentao negativa
Controle de ProcessosControladorPV: Varivel de processoSP: Referncia desejadaMV: Varivel manipulada (sada do controlador para o elemento final)
Controle de Processos
Controle de Processos
Controle de Processos
Controle de Processos
Redes de CampoComunicao digital de campoInstrumentos em redeHART: Highway Addressable Remote TransducerProfibusFieldBus Foundation
Redes de Campo
Redes IndustriaisEthernetRede no-determinstica, dependente da cargaEst se tornando padroBoa relao custo/benefcio
Rede Ethernet
AUTOMAOALARMES DE PROCESSO E INTERTRAVAMENTO
Alarmes de ProcessoSistemas binrios para comparar a varivel de processo com limites pr-estabelecidosSegurana do processoSistema de alarmeChaves de processo, que detectam, comparam e mudam sua sadaCircuito lgico, que executa alguma lgica para atuar sobre o processoAnunciador de alarme, para sonorizar o alarme ou mostrar em vdeo
Alarmes de Processo
Alarmes de Processo
Alarmes de Processo
IntertravamentoProcessos operados prximos aos limites de seguranaOtimizao da produoAproximao inseguranaPotencial para grandes estragosDanos propriedade e ao meio ambienteAnormalidadeO sistema se desliga rapidamente e de forma segura
IntertravamentoSistema de intertravamentoEntradas e sadasEntradas: chaves liga-desliga, botoeirasSadas: motores, bobinas, lmpadas, buzinasDesempenham funo definidaSeqncia de eventosObjetivo: conjunto previsvel de operaes em situaes inseguras
Intertravamento
Intertravamento - ExerccioInstrumentar o sistema seguinte e definir os intertravamentos.
Intertravamento Exerccio (cont.)
FIM
Instrutor: Vicente [email protected]
Demonstrando: 17.500MW x 24h/dia x 859.845,2kcal/MWh / 9.380kcal/m3 / 57% = 67,5MMm3/dia de gs natural*