estudo de viabilidade técnica e econômica sobre o uso de ...
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i ESTUDO DE VIABILIDADE TÉCNICA E ECONÔMICA SOBRE O USO DE TROCADORES DE CALOR EM UNIDADES OFFSHORE DE PRODUÇÃO DE PETRÓLEO Danilo da Silva Esteves Projeto de graduação apresentado ao curso de Engenharia Mecânica da Escola Politécnica da Universidade Federal do Rio de Janeiro como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Mecânico. Orientador: Prof. Ricardo Manfredi Naveiro, D.Sc. RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL NOVEMBRO DE 2014
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ESTUDO DE VIABILIDADE TÉCNICA E ECONÔMICA SOBRE O USO DE
TROCADORES DE CALOR EM UNIDADES OFFSHORE DE PRODUÇÃO DE
PETRÓLEO
Danilo da Silva Esteves
Projeto de graduação apresentado ao curso
de Engenharia Mecânica da Escola
Politécnica da Universidade Federal do Rio de
Janeiro como parte dos requisitos necessários
para a obtenção do grau de Engenheiro
Mecânico.
Orientador: Prof. Ricardo Manfredi Naveiro,
D.Sc.
RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL
NOVEMBRO DE 2014
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO
Departamento de Engenharia Mecânica
DEM/POLI/UFRJ
ESTUDO DE VIABILIDADE TÉCNICA E ECONÔMICA SOBRE O USO DE TROCADORES DE CALOR EM UNIDADES OFFSHORE DE PRODUÇÃO DE
PETRÓLEO
Danilo da Silva Esteves
PROJETO FINAL SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO DEPARTAMENTO
DE ENGENHARIA MECÂNICA DA ESCOLA POLITÉCNICA DA
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS
REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE
ENGENHEIRO MECÂNICO.
Aprovado por:
________________________________________________ Prof. Ricardo Manfredi Naveiro, D.Sc
________________________________________________ Prof. Carolina Palma Naveira Cotta, D.Sc
________________________________________________ Prof. Antônio MacDowell de Figueiredo, D. Ing.
RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL
NOVEMBRO DE 2014
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ESTEVES, Danilo da Silva
Estudo De Viabilidade Técnica e Econômica Sobre o Uso
de Trocadores de Calor em Unidades Offshore de Produção de
Petróleo / Danilo da Silva Esteves. – Rio de Janeiro: UFRJ/
Escola Politécnica, 2014.
xiii,71 p.: il.; 29,7 cm.
Orientador: Ricardo Manfredi Naveiro.
Projeto de Graduação – UFRJ/ Escola Politécnica/ Curso
de Engenharia Mecânica, 2014.
Referências Bibliográficas: p. 70-71.
1. Trocadores de Calor 2. Petróleo 3.Transferência de
Calor 4. Estudo de Viabilidade
iv
“Success usually comes to those who are too busy to be looking for it”
Henry David Thoreau
v
Agradecimentos
Primeiramente aos meus pais, pelo imenso esforço e enorme dedicação para
que eu pudesse ter a educação e os recursos necessários para concluir este sonho.
Mesmo na dificuldade nunca me deixaram faltar o mais importante: o apoio para seguir
em frente. Minha formação como engenheiro é acima de tudo um presente a vocês por
terem sido meus maiores exemplos e minha maior motivação.
À Fluxo Consultoria, Empresa Júnior de Engenharia da UFRJ, onde aprendi
muito mais do que a teoria da sala de aula. Lá me desenvolvi como pessoa e como
profissional e pude entender durante dois anos e meio a frase: “Escolhe um trabalho de
que gostes, e não terás que trabalhar nem um dia na tua vida”. Obrigado por todas as
noites não dormidas, todos os clientes e projetos complexos, todas as viagens em
eventos MEJ e reuniões intermináveis. Felizmente levo comigo pessoas maravilhosas
que conheci neste lugar e para estas pessoas agradeço ainda mais pelos conselhos,
pela compreensão, pelo companheirismo, pelo amor e pela amizade que temos.
Ao EFEJ2013, Encontro Fluminense de Empresários Juniores, onde não
satisfeito de sair da Fluxo, pude me desenvolver ainda mais aplicando tudo que aprendi
no MEJ e durante um ano e meio encarar um projeto gigantesco ao lado de pessoas
sensacionais que me mostraram que conhecimento e organização são elementos de
sucesso, mas quando acompanhados de união e amizade os resultados são
incalculáveis. Obrigado, caveiras!
A Shell Brasil Petróleo que me abriu o caminho do mercado e que, ao
diariamente me ensinar algo novo, me mostra que a decisão de ser engenheiro
mecânico foi acertada. Obrigado pelo apoio e pela compreensão já que não é nada fácil
estagiar / trabalhar numa empresa como esta e se formar engenheiro mecânico na
UFRJ ao mesmo tempo.
A todos aqueles que de alguma forma contribuíram para minha formação como
engenheiro mecânico, meu muito obrigado.
vi
Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/UFRJ como parte
dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Mecânico.
ESTUDO DE VIABILIDADE TÉCNICA E ECONÔMICA SOBRE O USO DE
TROCADORES DE CALOR EM UNIDADES OFFSHORE DE PRODUÇÃO DE
PETRÓLEO
Danilo da Silva Esteves
Novembro/2014
Orientador: Ricardo Manfredi Naveiro
Curso: Engenharia Mecânica
Este projeto tem por objetivo analisar a viabilidade do uso de trocadores de calor
do tipo placas em plantas de produção de petróleo e gás instaladas em plataformas de
produção, armazenamento e descarga em alto mar.
Através de um estudo de viabilidade técnico-econômica apoiado por um caso
real de aplicação, analisaremos a tecnologia da troca térmica, tipos de trocadores de
calor e suas aplicações em uma planta de processo, utilizando software de simulação
de processos integrado a planta de estabelecida em todos os seus estágios para
determinar a viabilidade técnica de três trocadores.
Posteriormente, a análise econômica demonstrará qual das opções
tecnicamente viáveis é a mais adequada do ponto de vista financeiro para o projeto
utilizando-se de métodos de avaliação de retorno financeiro que consideram custos de
investimento e operacionais até o fim da vida útil da plataforma.
Palavras Chave: trocador de calor, processos, petróleo, produção, viabilidade técnica e
econômica, simulação.
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Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of the
requirements for the degree of Mechanical Engineer.
TECHNICAL AND ECONOMICAL STUDY ABOUT USAGE OF HEAT EXCHANGERS
ON OIL OFFSHORE PLATFORMS
Danilo da Silva Esteves
November/2014
Advisor: Ricardo Manfredi Naveiro
Course: Mechanical Engineering
This project aims to examine the feasibility of using plate heat exchangers type
in production plants installed in oil and gas production, storage and offloading platforms
at sea.
Through a study of technical and economic viability supported by a real case
application, we will analyze the technology of thermal exchange, types of heat
exchangers and their applications in a process plant using process simulation software
integrated plant established in all its stages to determine the technical feasibility of three
heat exchangers.
Subsequently, the economic analysis will show which of the technically feasible
options is the most appropriate from a financial perspective for the project using the
evaluation methods that consider financial return investment costs and operational by
the end of the useful life of the platform.
Keywords: heat exchanger, process, petroleum, production, technical and economic
feasibility, simulation.
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LISTA DE SÍMBOLOS
°𝐴𝑃𝐼 – escala arbitrária criada pela API para medir a densidade de produtos derivados
de petróleo
𝑐𝑝- calor específico do fluido
𝐶𝑝- capacidade térmica do fluido
𝐶𝑝,𝑞- capacidade térmica do fluido quente
𝐶𝑝,𝑓- capacidade térmica do fluido frio
𝑑 - diâmetro das bolhas de água dispersas no óleo
𝐹𝐶𝑛- fluxo de caixa no tempo n
𝐹𝐶𝑡- fluxo de caixa no tempo t
𝑖 – taxa de desconto do fluxo de caixa descontado
ℎ𝑞,𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎- entalpia do fluido quente na entrada do trocador
ℎ𝑞,𝑠𝑎í𝑑𝑎- entalpia do fluido quente na saída do trocador
ℎ𝑓,𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎- entalpia do fluido frio na entrada do trocador
ℎ𝑓,𝑠𝑎í𝑑𝑎- entalpia do fluido frio na saída do trocador
𝑘- condutividade térmica
𝐾- condutividade térmica equivalente
𝐿𝑀𝑇𝐷 – Log Mean Temperature Difference
𝑚𝑞 - vazão mássica do fluido quente
𝑚𝑓 - vazão mássica do fluido frio
𝑇- temperatura
𝑇∞- temperatura no infinito ou de referência
𝑇𝑞- temperatura média do fluido quente
𝑇𝑓- temperatura média do fluido frio
𝑇𝑞,𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 - temperatura do fluido quente na entrada do trocador
𝑇𝑞,𝑠𝑎í𝑑𝑎 - temperatura do fluido quente na saída do trocador
𝑇𝑓,𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 - temperatura do fluido frio na entrada do trocador
𝑇𝑓,𝑠𝑎í𝑑𝑎 - temperatura do fluido frio na saída do trocador
𝑇𝑅- tempo de retorno do investimento no Payback Descontado adaptado
𝑡 - tempo
𝜗 - velocidade de saída da água na emulsão água + óleo
𝜌 - massa específica do fluido
∆𝛾𝑂𝑊 – diferença entre a densidade do óleo e da água na emulsão
𝜇0 – viscosidade dinâmica do óleo
ix
∆𝑇1– diferença de temperatura entre as entradas quente e fria de um trocador de calor
∆𝑇2– diferença de temperatura entre as saídas quente e fria de um trocador de calor
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LISTA DE ABREVIATURAS
AEF – Análise de Elementos Finitos
ANP - Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis
API – American Petroleum Institute
ASTM – American Society for Testing and Materials
bbl – barril de petróleo (unidade)
BS&W – Basic Sediment and Water
Btu – British Thermal Units
CAPEX - Custo de capital de investimento
CFD – Computational Fluid Dynamics
EUA – Estados Unidos da América
EVE – Estudo de Viabilidade Econômica
EVT – Estudo de Viabilidade Técnica
EVTE – Estudo de Viabilidade Técnica e Econômica
FPSO – Floating Production Storage and Offloading
HSSE - Health, Safety, Security and Environment
MMBtu – milhões de Btu
OIW – Oil in Water
OPEX – Custo de capital de operação
PD – Payback com desconto
PS – Payback simples
Psia – pressão absoluta (em unidade psi)
RVP – Reid Vapour Pressure
TIR – Taxa Interna de Retorno
TMA – Taxa Mínima de Atratividade
TVP – True Vapour Pressure
UA – coeficiente global de troca térmica
VPL – Valor Presente Líquido
𝑆𝐺 – Specific Gravity
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Produção de Petróleo na América do Sul em 2013 ..................................... 17
Figura 2 - Produção de Petróleo no Brasil em 2013 .................................................... 17
Figura 3 - FPSO Ilhabela ............................................................................................ 19
Figura 4 - Sistema de Turret ....................................................................................... 20
Figura 5 - Exemplo de Produção em um FPSO .......................................................... 20
Figura 6 - Exemplo de Trocador Casco Tubo ............................................................. 21
Figura 7 - Exemplo de Separador Trifásico ................................................................. 21
Figura 8 - Exemplo Trocador de Calor Tipo Placas ..................................................... 22
Figura 9 - Exemplo Tratador Trifásico ......................................................................... 22
Figura 10 - Operação de Offloading ............................................................................ 23
Figura 11 - Comparação entre emulsões .................................................................... 24
Figura 12 - Relação SG x Temperatura ...................................................................... 25
Figura 13 - Relação Viscosidade Cinemática x Temperatura ...................................... 26
Figura 14 - Relação TVP x RVP x Temperatura .......................................................... 30
Figura 15 - Trocador Casco Tubo ............................................................................... 33
Figura 16 - Trocador Casco Tubo ............................................................................... 33
Figura 17 - Corrosão e Incrustações em um Casco Tubo ........................................... 34
Figura 18 - Exemplo Trocador de Placas (PHE NORDIC ®) ....................................... 36
Figura 19 - Modelos de Placas de Titânio ................................................................... 37
Figura 20 - Incrustação Severa em Placas ................................................................. 38
Figura 21 - Vazamento entre Placas ........................................................................... 38
Figura 22 - Diferenças entre Fluxo Paralelo e Contra-Corrente .................................. 39
Figura 27 - Tela do UNISIM® ...................................................................................... 44
Figura 28 - Input de Dados UNISIM® ......................................................................... 45
Figura 29 - Caminho Original do Óleo na Planta de Processo .................................... 51
Figura 30 - Situação Atual da Planta de Processo ...................................................... 52
Figura 31- Situação Atual do Processo e Temperaturas ............................................. 54
Figura 32 - Processo Modelado no UNISIM® ............................................................. 55
Figura 33 - Trocador Óleo-Óleo, Trocador de Óleo e Resfriador ................................ 56
Figura 34 - Expectativa de Produção no FPSO até 2026 ............................................ 57
Figura 35 - Folha de Dados Trocador Óleo-Óleo ........................................................ 59
xii
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Seleção do Local dos Fluidos em um Trocador Casco Tubo ..................... 34
Tabela 2 - Vantagens do Trocador de Calor de Placas (adaptada KUPPAN, 2000) ... 36
Tabela 3 - Restrições Técnicas e Ambientais da Produção no FPSO ......................... 52
Tabela 4 - Cenários de Uso dos Trocadores ............................................................... 56
Tabela 5 - Cenários de Produção para a Simulação ................................................... 57
Tabela 6 - Cenários do EVT ........................................................................................ 58
Tabela 7 - Resultado da Análise de Potência ............................................................. 59
Tabela 8 - Cenários de Retorno dos Trocadores ........................................................ 60
Tabela 9 - Valores dos Serviços do Fornecedor ......................................................... 61
Tabela 10 - Valores das Placas e Gaxetas Novas ...................................................... 62
Tabela 11 - Valor dos Serviços de Recuperação das Placas ...................................... 62
Tabela 12 - Gastos Anuais com Demulsificantes ........................................................ 63
Tabela 13 - Custos CAPEX do Cenário #1.1 .............................................................. 63
Tabela 14 - Custos CAPEX do Cenário #1.2 .............................................................. 64
Tabela 15 - Custos CAPEX do Cenário #1.3 .............................................................. 64
Tabela 16 - Custos CAPEX do Cenário #2.1 .............................................................. 64
Tabela 17 - Custos CAPEX do Cenário #2.2 .............................................................. 64
Tabela 18 - Custos OPEX Anual dos Cenários ........................................................... 65
Tabela 19 - Custos OPEX Descontados ..................................................................... 66
Tabela 20 - Valor Descontado de Novas Placas em 5 Anos ....................................... 66
Tabela 21- Montante Investido no Projeto em Todos os Cenários .............................. 67
Tabela 22 - Montante Economizado no Projeto .......................................................... 67
Tabela 23 - Resultado do EVE .................................................................................... 68
xiii
Sumário
1. Introdução ............................................................................................................... 15
1.1 Motivação Pessoal ............................................................................................ 15
1.2. Justificativa ....................................................................................................... 16
1.3. Relevância ....................................................................................................... 16
1.4. Objetivo ............................................................................................................ 17
1.5. Estrutura ........................................................................................................... 18
2. Exploração, Produção e Armazenamento de Petróleo em um FPSO ..................... 19
2.1 O que é e como funciona a produção de óleo em um FPSO ............................. 19
2.2 Emulsão ............................................................................................................ 23
2.3 Influência da Temperatura ................................................................................. 24
2.4 O papel dos trocadores de calor na Produção de um FPSO ............................. 27
2.5 Restrições de HSSE .......................................................................................... 28
3. Trocadores de Calor ............................................................................................... 32
3.1 Trocadores tipo Casco-Tubo ............................................................................. 32
3.2 Trocadores de Calor Tipo Placas ...................................................................... 35
3.3 Transferência de Calor nos Trocadores de Calor .............................................. 38
4. Estudo de Viabilidade Técnica – EVT ..................................................................... 43
4.1 Simulações Computacionais como EVT ............................................................ 43
4.2 Simulações de Processos Industriais com o UNISIM® Design .......................... 44
5.Estudo de Viabilidade Econômica - EVE .................................................................. 47
5.1 TMA – Taxa Mínima de Atratividade .................................................................. 47
5.2 Método Payback ................................................................................................ 47
5.3 Método VPL (Valor Presente Líquido) ............................................................... 48
5.4 Método TIR (Taxa Interna de Retorno) .............................................................. 49
6. Estudo de Caso ...................................................................................................... 50
6.1 Importância do Estudo de Caso ........................................................................ 50
6.2 Estudo de Caso Real......................................................................................... 50
6.3 Requisitos, Planta e Processo ........................................................................... 51
6.3.1 Os Trocadores de Calor .............................................................................. 55
6.3.2 O Aumento da Produção e Vida Útil do Campo .......................................... 57
6.3.3 Análise dos Dados do EVT ......................................................................... 58
6.3.4 Coleta de Dados para o EVE ...................................................................... 60
6.3.5 Análise dos Dados do EVE ......................................................................... 63
7. Conclusões ............................................................................................................. 69
Referências Bibliográficas .......................................................................................... 70
xiv
15
1. Introdução
O Brasil atualmente possui uma das maiores reservas de petróleo e gás natural
do mundo ocupando posição de destaque na economia global. Aliado a isso, nosso país
é o 10º maior produtor de energia no mundo, além de ser o 7º maior consumidor de
derivados do petróleo, segundo levantamento do Departamento de Estatística dos EUA
de 2013.
Os dados acima evidenciam de forma resumida a importância da exploração e
produção de petróleo e gás natural eficiente para o nosso país. Considerando o fato de
que, ainda de acordo com o Departamento de Estatística dos EUA, 90% de toda a
produção nacional é realizada em águas profundas, o que exige uma maior
produtividade pelos altos custos e riscos envolvidos, toda e qualquer melhoria possível
no processo de exploração, produção e armazenamento de petróleo e gás natural em
alto mar é de grande valia.
Para uma boa eficiência e que melhorias no processo possam acontecer, o
conhecimento adquirido por engenheiros mecânicos se faz essencial para o pleno
funcionamento e manutenção dos equipamentos envolvidos na exploração e produção
do petróleo, como vasos de pressão, compressores, bombas, turbinas e trocadores de
calor. Este último tem especial importância para nós, visto que é fruto de estudo do
presente projeto.
Em vista destes fatos, o presente projeto pretende demonstrar através de uma
análise técnica, utilizando-se de conceitos de engenharia mecânica, e econômica
aplicadas a um estudo de caso real, a relevância do uso de trocadores do tipo placas
na produção de óleo e gás natural em uma unidade de produção, armazenamento e
descarga de óleo e gás natural em alto mar – FPSO.
1.1 Motivação Pessoal
Durante a graduação realizei meu estágio obrigatório em uma grande empresa
multinacional do ramo de óleo e gás onde pude aplicar conhecimentos adquiridos
durante minha graduação e aprender mais sobre essa indústria e como a engenharia
mecânica são não só úteis, mas essencial para seu desenvolvimento e sucesso.
16
Um dos projetos que pude executar como parte do aprendizado e dos requisitos
de efetivação é o utilizado neste trabalho como estudo de caso de forma a demonstrar
a aplicação dos conceitos de engenharia mecânica à indústria de petróleo e gás.
1.2. Justificativa
A empresa A (onde o presente projeto foi desenvolvido), detentora do direito de
exploração de alguns campos de petróleo na costa brasileira, possuía em um de seus
FPSO’s 3 trocadores de calor que estavam fora de serviço há aproximadamente 8 anos.
Naquele tempo foi verificado que possuíam problemas de vazamento e baixa eficiência
na troca térmica e, por isso, foram bypassados por não considerarem naquele momento
vantajoso o custo benefício de reformá-los e mantê-los operando.
No ano de 2013 foi desenvolvido um grande projeto de extensão da vida útil e
aumento da produção do campo de exploração onde este FPSO realizava a extração,
produção e armazenamento do petróleo. Através deste projeto surgiu a oportunidade de
se definir pelo descomissionamento ou recomissionamento dos trocadores, analisando
se seriam úteis ou não frente aos novos desafios que estavam por vir.
O aumento na produção significa vazões maiores de óleo, água e gás na planta,
exigindo mais dos equipamentos de troca de calor da planta de produção. O aumento
da vida útil coloca em xeque a vida útil dos demais equipamentos, tornando os custos
OPEX maiores. Ambas as conclusões se intersectam quando percebemos que o
aumento da produção e o aumento da vida útil tornam mais complexa ainda a produção
do momento atual até o fim desta nova vida útil.
Dessa forma, de posse das informações técnicas e financeiras para um cenário
futuro, um EVTE sobre a necessidade de retorno dos trocadores à produção foi feito de
forma a definir de forma permanente seus respectivos futuros no FPSO.
1.3. Relevância
A produção de óleo e gás no Brasil faz parte da sua base econômica e lhe
confere notoriedade no cenário internacional. Segundos dados de 2013 da ANP –
Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis – o Brasil possui destaque
na América do Sul sendo o 2º país com maior número de reservas provadas de óleo e
gás natural além de ocupar o mesmo lugar quando se trata de volume de produção de
óleo, como pode ser visto na figura abaixo.
17
Figura 1 - Produção de Petróleo na América do Sul em 2013
Internamente ao nosso país, o Estado do Rio de Janeiro se destaca como a
unidade da federação que mais possui reservas e como maior produtor de óleo e gás
natural, sendo essa a base da economia de todo o Estado e responsável direto pelo
crescimento de cidades do Norte Fluminense e da Região dos Lagos. O gráfico abaixo
ilustra a concentração da produção no Estado do Rio de Janeiro.
Figura 2 - Produção de Petróleo no Brasil em 2013
Dada a relevância política e econômica do petróleo para o nosso país e estado,
é notória a importância da aplicação dos conhecimentos adquiridos durante a graduação
em engenharia mecânica no estudo da utilização de trocadores de calor do tipo placas
no processo de produção de óleo e gás natural.
1.4. Objetivo
9%
29%
13%7%
1%
2%
37%
2%
Produção de Petróleo na América do Sul - ANP 2013
Argentina
Brasil
Colômbia
Equador
Peru
Trinidad e Tobago
Venezuela
Outros
2%0%
3%
0% 2%2%
15%
74%
2%
Produção de Petróleo - Brasil
Amazonas
Ceará
Rio Grande do Norte
Alagoas
Sergipe
Bahia
Espírito Santo
Rio de Janeiro
São Paulo
18
O objetivo deste projeto é realizar um estudo de viabilidade técnica e econômica
sobre a utilização de trocadores de calor do tipo placas em um FPSO.
As análises englobarão aspectos técnicos como eficiência, condições de
processo, restrições ambientais e de segurança, custos capitais, operacionais e retorno
do investimento médio necessário.
1.5. Estrutura
O presente projeto está dividido em 7 capítulos. O capítulo 1 introduz o assunto
do projeto, seus objetivos, estrutura e metodologia de trabalho. O capítulo 2 explica ao
leitor o que é e como funciona um FPSO, como é realizada a produção nesta
embarcação e aborda com detalhes e restrições o processo de separação do óleo em
um FPSO.
O capítulo 3 aborda a engenharia térmica, área da mecânica que engloba a
transferência de calor e utilização de trocadores de calor, detalhando a parte teórica
envolvida além da utilização, simulação, operação e manutenção de trocadores de calor.
Os capítulos 4 e 5 abordam, separadamente, o Estudo de Viabilidade Técnica e
Econômica, abordando metodologias dos mesmos e como podem ser aplicados ao
problema proposto neste projeto, sendo dedicado um capítulo para cada tipo de análise
para pleno entendimento.
No capítulo 6 é apresentado ao leitor métodos de estudo de caso, suas aplicação
e utilidade de forma geral, além da aplicação de todo conhecimento previamente
apresentado a um estudo de caso real. No capítulo 7 as conclusões do projeto são
apresentadas.
19
2. Exploração, Produção e Armazenamento de Petróleo em um
FPSO
2.1 O que é e como funciona a produção de óleo em um FPSO
Um FPSO é uma embarcação flutuante utilizada para produção, armazenamento
e transferência de óleo e gás. Sua utilização tem grande aplicação em águas profundas
ou mares mais agitados, onde a instalação de gasodutos é mais complicada e custosa.
Sua estrutura pode ser nova, quando construído para tal fim em um estaleiro, ou
a partir da adaptação de um navio tanque já em desuso, pois durante sua vida como
FPSO não irá navegar, sendo ancorado em posição estratégica na superfície acima dos
poços de onde irá acontecer a extração. A unidade possui toda a estrutura comum a
uma unidade offshore com espaço para convivência dos trabalhadores composto por
dormitórios, cozinha, área de lazer, enfermaria, vestiários, academia e etc.
A imagem abaixo mostra a visão aérea do FPSO Cidade de Ilhabela, da
Petrobras, destacando à esquerda o espaço de convivência e à direita a planta de
produção.
Figura 3 - FPSO Ilhabela
(http://www.tnpetroleo.com.br/media/cache/e8/76/e876efd6455985f97d1d4b9b3df5af47.jpg)
Sua produção começa a partir da extração de óleo, gás natural e água de poços
já perfurados anteriormente por unidades perfuradoras, através de risers, que são
longos cabos flexíveis que ligam os equipamentos submarinos, como as árvores de
natal e manifolds, ao turret - espécie de torre ancorada que confere ao FPSO a liberdade
20
de girar 360°, sofrendo menos impacto do vento e das ondas. A imagem abaixo
demonstra a capacidade de rotação do navio mesmo ancorado.
Figura 4 - Sistema de Turret
http://www.bluewater.com/wp-content/uploads/2013/02/4.1-Image-4-FPSO-rotating.jpg
Após passar pelo turret a emulsão formada pelas três substâncias citadas
anteriormente inicia o seu processo de separação na planta, descrito em um exemplo
de possível planta de processo de um FPSO na figura abaixo:
Figura 5 - Exemplo de Produção em um FPSO
No primeiro equipamento após o turret há um incremento na temperatura da
emulsão em Trocadores de Calor do tipo Casco-Tubo para que a capacidade de
separação do óleo seja aumentada com o decréscimo na densidade e viscosidade.
Esses trocadores são mais aplicados a essa primeira etapa, pois lidam melhor com
fluidos mais viscosos, como é a emulsão neste momento.
21
Figura 6 - Exemplo de Trocador Casco Tubo
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/59/Straight-tube_heat_exchanger_2-pass.PNG
Após a passagem pelos Trocadores de Calor Casco-Tubo a emulsão entra em
grandes vasos de pressão que são os Vasos Separadores Trifásicos, que utilizam a
gravidade para separação das fases da emulsão além da injeção de químicos com
agentes demulsificantes. Ele é o principal item de uma unidade de produção, pois
distribui os resultados da separação para os demais sistemas: óleo, gás e água. Caso
não haja eficiência nesta separação primária podemos ter problemas como água
salgada nas tubulações de óleo gerando corrosão excessiva.
Figura 7 - Exemplo de Separador Trifásico
https://iqbalalal.files.wordpress.com/2012/04/separator.jpg
Prosseguindo com o fluxograma do óleo na produção chegamos ao primeiro
Trocador de Calor tipo Placas. Este equipamento, que é alvo de maior detalhamento
adiante, pode ser utilizado agora para aumento da temperatura do óleo e aumento de
sua capacidade de separação visto que possui viscosidade menor que a emulsão e a
fase oleosa está em predominância. Geralmente em trocadores desse tipo utilizamos a
água quente advinda do sistema de água para incremento da temperatura do óleo,
reutilizando a água anteriormente separada no separador trifásico.
22
Figura 8 - Exemplo Trocador de Calor Tipo Placas
Com a temperatura elevada o óleo chega aos tratadores, que são também
grandes vasos de pressão que possuem a função de refinar a separação do óleo,
retirando as últimas moléculas de água e gás que o constituem além de possíveis
sedimentos. Alguns tratadores utilizam campos magnéticos para obter uma separação
melhor, sendo seu funcionamento mais complexo que o tradicional tratador
gravitacional.
Figura 9 - Exemplo Tratador Trifásico
http://www.permianlide.com/technical_info/Horizontal%20Heater%20Treater.jpg
Ao sair de sua última etapa de separação o óleo se encontra a uma temperatura
consideravelmente elevada para ser jogado nos tanques de armazenamento. Apesar do
23
fato de que nos tanques o óleo com o tempo ficará à pressão e temperatura ambientes,
até que isso ocorra é essencial para a segurança da unidade que ele não possua alta
pressão e temperatura e temos novamente a participação de Trocadores de Calor tipo
Placas para resfriamento do óleo garantindo uma temperatura adequada para
armazenamento.
Após sua passagem pela planta onde foram retirados a água e o gás que o
compunham, o óleo é armazenado nos tanques do FPSO para posterior transferência
para um navio tanque que irá realizar a operação de offloading e levar o óleo para terra
onde será comercializado com as refinarias seguindo para o processo de refino.
Figura 10 - Operação de Offloading
http://www.ogpar.com.br/images/foto%20aerea%20offloading%20Waimea_reduz.jpg
2.2 Emulsão
Segundo MANNING e THOMPSON, 1995, uma emulsão é uma suspensão
instável de pequenas porções de um líquido disperso em outro. Os mesmos autores
afirmam que para a formação da emulsão três requisitos são necessários: que os dois
líquidos sejam imiscíveis, que haja agitação suficiente para que haja a dispersão de
pequenas porções e que exista um agente emulsificante para estabilizar as pequenas
porções.
24
Figura 11 - Comparação entre emulsões
Para que o processo de separação ocorra é necessária a quebra da emulsão no
início da planta na intenção de separar a água e o óleo e a partir deste último produzir
também o gás natural. Porém esse processo leva em consideração um número
considerável de variáveis onde a temperatura é o foco na presente análise.
2.3 Influência da Temperatura
A temperatura possui um grande efeito na estabilidade da emulsão. Aumentando
a temperatura aumentamos a difusão das pequenas porções (bolhas), diminuímos a
viscosidade da fase externa da emulsão e perturbamos o filme interfacial mudando as
forças de tensão superficial e a solubilidade dos componentes da emulsão (MANNING
e THOMPSON, 1995). Além disso, aumentamos a diferença entre a densidade do óleo
e da água, tornando a separação mais efetiva. Porém esta restrição é dinâmica já que
não existe uma temperatura padrão que acima dela a separação é considerada boa
para qualquer emulsão, pois existem inúmeras composições da mesma, dependendo
da fração molar de cada hidrocarboneto e a quantidade de gás e água associados
presentes.
O aumento na temperatura da emulsão é responsável direto pela diminuição de
sua SG (Specific Gravity – gravidade específica) que é calculada pela fórmula abaixo
em condições de temperatura da amostra igual à 60ºF:
𝑆𝐺 = 141,5
(°𝐴𝑃𝐼+131,5) (1)
25
Figura 12 - Relação SG x Temperatura
O grau API utilizado no cálculo da SG é uma escala arbitrária feita pela API –
American Petroleum Institute para medir a densidade do petróleo. A escala é dividida
em 3 onde um grau API maior que 30 significa petróleo com base naftênica e é
considerado leve; grau API entre 22 e 30 tem base aromática e é considerado médio;
grau API abaixo de 22 tem base parafínica e é considerado leve.
Quando olhamos para a viscosidade, podemos concluir que o aumento da
temperatura eleva o número de colisões entre as moléculas contribuindo para a quebra
das ligações entre elas, especialmente as que formam o filme interfacial. A diminuição
da viscosidade torna mais fácil o processo de separação e também diminui o trabalho
requerido para movimentá-lo na planta de processo. Abaixo um exemplo da relação
entre a temperatura e viscosidade demonstrando a queda da viscosidade com o
aumento da temperatura:
26
Figura 13 - Relação Viscosidade Cinemática x Temperatura
O exemplo acima é parte da ASTM-D7402 e pode ser usado como base para
estudo quando não se há dados do óleo, reforçando a ideia de que não existe um padrão
para a temperatura na separação, mas que o aumento da mesma é benéfico para o
processo até o limite das condições operacionais dos equipamentos do processo.
27
Ao analisarmos as variáveis antes citadas juntamente com a diferença de
densidade entre a água e o óleo, que é diretamente proporcional à temperatura,
podemos chegar através da Lei de Stokes considerando que a força de atração
gravitacional é igual à força de resistência da interface água/óleo na relação abaixo que
calcula a velocidade de separação da água no óleo em uma emulsão do tipo água em
óleo.
𝜗 = (1.78𝑥10−6).∆𝛾𝑂𝑊.𝑑²
𝜇𝑜 (2)
A equação acima comprova a importância da temperatura no processo de
separação na produção de óleo e gás. Maiores temperaturas geram maior diâmetro das
bolhas de água dispersas no óleo, aumentam a diferença de densidade entre ambos
além de diminuir a viscosidade cinemática do óleo, contribuindo de forma significativa
para a velocidade do processo de separação.
2.4 O papel dos trocadores de calor na Produção de um FPSO
Conhecida a importância da temperatura no processo de separação, dispositivos
mecânicos que tenham influência na temperatura se tornam essenciais à produção,
sendo o Trocador de Calor o equipamento mais comum e com maior aplicação em
plantas deste tipo.
O aquecimento da emulsão antes da entrada na planta logo após o turret é
essencial para uma boa separação no resto do processo. No bombeamento da emulsão
desde a cabeça dos poços até a embarcação há uma grande perda de energia interna
devido ao atrito com a tubulação e a troca de calor com a água gelada do mar, fazendo
a emulsão chegar ao turret com temperatura geralmente considerada baixa para uma
boa separação. O aquecimento nesta etapa é vital para o restante do processo e
geralmente é feito em trocadores do tipo casco-tubo devido a ainda alta viscosidade da
emulsão.
Já após um primeiro estágio de separação onde temos na planta óleo, gás e
água sendo tratados em sistemas independentes, os trocadores ainda possuem papel
especial em cada um deles para fins não somente de aquecimento, mas de resfriamento
e auxílio a operação de alguns equipamentos.
28
Em relação ao óleo separado, podemos destacar a sua importância na elevação
da temperatura, garantindo boas condições de separação final, aquela que possui a
intenção de retirar as menores porções de água, gás e sólidos que ainda permaneceram
dispersos. Também podemos utilizar trocadores de calor para resfriar o óleo, pós-fase
de separação final, para diminuir sua pressão e armazená-lo de forma segura evitando
evaporação e criação de atmosferas explosivas, conforme será descrito em detalhes
posteriormente.
Tratando-se da água separada, é relevante a atuação dos trocadores na troca
térmica visando diminuição da temperatura da água produzida antes do descarte no
mar, processo este regulamentado por órgão ambientais visando preservação da fauna
e flora local. Também podemos considerar o aquecimento da água utilizada nos
processos, especialmente no sistema de reaquecimento que fornece água quente para
outros trocadores da planta e utilização de água quente nas acomodações e cozinha da
embarcação.
Por último, podemos considerar a relevância de trocadores de calor no sistema
de gás, especialmente nos evaporadores e condensadores (tipos específicos de
trocadores de calor) logo antes dos estágios e entre os estágios de compressão do gás
no processo, para resfriamento dos gases e plena execução do processo de
compressão dos mesmos.
Podemos concluir que a existência de trocadores de calor em unidades FPSO é
essencial para uma produção eficiente e segura, conferindo ao óleo produzido a
qualidade necessária para posterior transferência e venda, além de importância em
outras vertentes do processo e utilização de água nas acomodações. Desta forma, o
presente projeto se apresenta como uma das formas de tomar decisões técnicas e
econômicas para utilização destes equipamentos.
2.5 Restrições de HSSE
O fato de a temperatura elevada contribuir para o processo de separação é
limitado nos processos não somente considerando limites de pressão e temperatura de
projeto dos equipamentos e tecnologias disponíveis, mas também em restrições que
concernem sobre a segurança da unidade e todos os trabalhadores envolvidos.
29
Duas restrições aplicadas à produção de óleo e gás em embarcações do tipo
FPSO são limites para a Pressão de Vapor Reid (RVP, Reid Vapour Pressure em inglês)
e para a Pressão Verdadeira de Vapor (TVP, True Vapour Pressure, em inglês) nos
tanques de armazenamento do óleo totalmente tratado. A existência de hidrocarbonetos
armazenados em local fechado é tratada com muito cuidado pela possibilidade de
desprendimento de gases com uma elevação da pressão e criação de atmosfera
explosiva, em especial em tanques de grandes dimensões como os de um FPSO.
A RVP é uma medida indireta da volatilidade de derivados do petróleo,
comumente utilizado para medir a volatilidade da gasolina, mas também aplicável ao
óleo produzido em unidades de produção. A norma técnica que rege os testes para
determinação da RVP é a ASTM D-323 e estabelece que a RVP seja a pressão de vapor
absoluta exercida por um líquido a 100°F (37,8°C). Por ser uma medida indireta é
calculada relativamente à TVP e à temperatura. A TVP é uma medida direta da
volatilidade de derivados do petróleo, diferindo da RVP apenas por esta desconsiderar
gases dissolvidos como o ar. A norma técnica que estabelece os procedimentos de para
obter a TVP é a ASTM D-2879.
Como forma de rápida consulta e correlação, existem tabelas para amostras
padrão de óleo cru que relacionam a RVP, TVP e temperatura, como segue exemplo
abaixo:
30
Figura 14 - Relação TVP x RVP x Temperatura
Dessa forma, ao estabelecermos os limites de pressão para os tanques durante
o seu projeto considerando a composição média do óleo a ser produzido, irão existir
31
temperaturas limites para o lançamento do óleo tratado nos tanques. Os trocadores de
calor ao aumentarem e diminuírem a temperatura do óleo tem, portanto, papel essencial
na qualidade e segurança da produção.
32
3. Trocadores de Calor
Um trocador de calor é um dispositivo usado para transferência de energia
interna entre dois ou mais fluidos em diferentes temperaturas. Na maioria dos
trocadores, os fluidos são separados por uma área de troca de calor, e idealmente eles
não se misturam. Trocadores de calor são usados em processos, potência, petróleo,
transportes, condicionamento de ar, refrigeração, criogenia, recuperação térmica,
combustíveis alternativos e outras indústrias. Exemplos comuns de troca de calor que
são familiares ao nosso dia-a-dia são radiadores automotivos, condensadores,
evaporadores, pré-aquecedores de ar e aquecedores de óleo (KUPPAN, 2000).
Dotados de materiais que possuem boa condutibilidade térmica e isolam o
interior do equipamento, onde acontece a troca térmica, geralmente possuem canais ou
placas de metais como o titânio, construídos de variadas formas visando aumentar a
área de contato dos fluidos com o material para aumentar a eficiência da troca e diminuir
o tempo que os fluidos permanecem em seu interior.
Existem inúmeros tipos de trocadores de calor voltados cada um para sua
específica aplicação e descrevê-los aqui em sua totalidade foge do escopo do presente
projeto. Porém, descreveremos aqui dois tipos comuns à indústria de produção de óleo
e gás: casco-tubo e placas. O último é o foco da análise posterior neste projeto.
3.1 Trocadores tipo Casco-Tubo
Trocadores do tipo Casco-Tubo possuem uma estrutura consideravelmente
robusta, formada essencialmente por um grande casco que serve para passagem de
um dos fluidos envolvidos e invólucro para os tubos onde o outro fluido atravessa seu
comprimento.
33
Figura 155 - Trocador Casco Tubo
http://72.29.69.19/~nead/disci/2012/op_uni/img/mod8/2.png
Sua eficiência é considerada baixa frente a novos modelos de trocadores,
especialmente quando comparado com equipamentos compactos. Seu tamanho é um
fator a ser considerado em projetos, especialmente em plataformas offshore, pois ocupa
espaço relevante na unidade e para sua manutenção os tubos devem ser retirados e
lavados internamente, ocupando mais que duas vezes seu comprimento quando posto
em manutenção.
Um trocador de calor casco-tubo, como seu nome diz, é formado por um grande
casco que tem basicamente duas funções: permitir a passagem de um fluido que irá
trocar calor e isolar a parte interna do equipamento do meio externo, servindo como
invólucro para os tubos. Os tubos, em grande número, representam a outra grande
estrutura desse trocador, sendo responsável pela condução dos demais fluidos
utilizados no equipamento, sendo geralmente finos e dispostos de forma a maximizar a
área de troca térmica.
Figura 166 - Trocador Casco Tubo
http://www.evacon.com.br/trocadores_de_calor/imagens/aletados_2Grde.jpg
Quando posto em operação, sobretudo em unidades produtoras de óleo e gás,
devemos tomar alguns cuidados que vão desde o seu start até sua parada para
34
manutenção. A primeira delas é a correta seleção das entradas e saídas dos fluidos
envolvidos no processo. Como já dito anteriormente, um dos fluidos passa no interior
dos tubos e o outro passa pela casca, conforme figura 15:
Do ponto de vista de manutenção, é claramente muito mais fácil realizar limpeza
química e mecânica nos tubos do trocador do que no casco. Por vezes é impraticável a
entrada no casco para limpeza mecânica e pelo tamanho do mesmo a limpeza química
se torna complicada. Nos feixes tubulares há a possibilidade de lavagem com jatos
utilizando água e demais produtos químicos que devido ao pequeno diâmetro dos tubos,
torna-se eficiente.
Figura 17 - Corrosão e Incrustações em um Casco Tubo
http://www.inspection-for-industry.com/images/in-service-vessel.JPG
Dessa forma, a seleção do fluido e seu caminho dentro do equipamento devem
levar em conta critérios de manutenção e de projeto, como descritos abaixo:
Tabela 1 - Seleção do Local dos Fluidos em um Trocador Casco Tubo
Tipo Caminho Justificativa
Fluidos com potencial
de incrustação
Feixe
Tubular A limpeza mecânica e química é mais fácil nos tubos
Fluido Corrosivo Feixe
Tubular
Caso haja perda de material dos tubos, perde-se
pouco e somente em um tubo. Caso houvesse a
ocorrência de “pites” na casca, haveria vazamento
para fora do trocador.
35
Fluido com
temperatura ou
pressão elevada
Feixe
Tubular
Altas pressões e temperaturas podem danificar o
material onde o fluido passa. Economicamente é
melhor perder alguns tubos do que a casca.
Fluido com menor
velocidade de
escoamento
Casco
Fluidos com baixa velocidade trocam menos calor,
porém no casco há a “chicana” ou defletores que
conferem ao fluido incremento na troca térmica.
Fluidos mais viscosos Casco
Fluidos mais viscosos trocam menos calor, portanto
é melhor colocá-lo no casco onde há maior
possibilidade de turbulência e aumento da troca
térmica.
Fluido com diferença
entre as temperaturas
terminais mais
elevadas
Casco
Uma grande diferença de temperatura terminal pode
causar danos estruturais às estruturas envolvidas.
No caso do casco-tubo, o casco é projeto para
suportar tais esforços de acordo com as restrições
de projeto.
3.2 Trocadores de Calor Tipo Placas
Um trocador de calor do tipo placas é geralmente composto de uma pilha de
placas de metal corrugado ou com relevo em contato mútuo, cada placa com quatro
aberturas que servem como portas de entrada e saída, e de vedantes concebidos de
forma a direcionar o fluido em passagens de fluxo alternado. As duas passagens de
fluxo são formadas por placas adjacentes, de modo que os dois fluxos de troca de calor
durante a passagem através de canais alternados não se misturem.
As placas são unidas por juntas / gaxetas que evitam o vazamento dos fluidos
envolvidos no processo, além do suporte dado pelo frame fixo e móvel, que conferem
pressão ao fechamento do equipamento e coesão entre as placas e o fluxo dos fluidos.
36
Figura 18 - Exemplo Trocador de Placas (PHE NORDIC ®)
Por ser o foco do presente projeto a sua utilização em unidades FPSO, desde já
iremos analisá-lo de forma comparativa ao trocador casco-tubo, visando as vantagens
de utilização do mesmo através da tabela abaixo:
Tabela 2 - Vantagens do Trocador de Calor de Placas (adaptada KUPPAN, 2000)
VANTAGENS DA UTILIZAÇÃO DO TROCADOR DE CALOR TIPO PLACAS
Menos Incrustação A turbulência criada pelas rugosidades no
fluxo interno, a ausência de fluxo
estagnado e vazão uniforme reduzem a
criação de incrustações no equipamento
e o número de manutenções por
conseqüência.
Menor Peso O peso de todo o conjunto é
consideravelmente mais leve que todo o
conjunto casco-tubo para uma mesma
operação.
Fluidos Cruzados Em trocadores tipo placas os fluidos
podem ser de fato cruzados, aumentando
a eficiência da troca térmica.
Maior Flexibilidade Por serem construídos em módulos, os
trocadores de calor tipo placas podem ser
expandidos ou diminuídos, conforme
necessidade técnica.
37
Facilidade de Abertura, Inspeção e
Limpeza
Como é formado basicamente pelos
frames e pelas placas com suas gaxetas,
e fechado por porcas, parafusos e
rolamentos, sua abertura para inspeção e
limpeza se caracteriza muito mais
simples e rápida.
Menor Custo Por ter maior eficiência, menor freqüência
de manutenção e maior flexibilidade, o
custo de aquisição e operação do
equipamento é consideravelmente
menor.
Figura 19 - Modelos de Placas de Titânio
http://www.wcrhx.com/images/uploads/1386345753/product_range_all.jpg
A manutenção de trocadores de calor do tipo placas é feita de forma rápida e
sem maiores complexidades técnicas, dada a facilidade de abertura e fechamento do
equipamento.
Manutenções preventivas não são comuns em trocadores deste tipo, sendo
necessário, através de instrumentos de medição de vazão e temperatura na entrada e
saída do equipamento, o contínuo acompanhamento da eficiência do mesmo com
tolerância de 15% de perda de eficiência até que haja interferência para uma inspeção.
Os piores casos de manutenção em trocadores do tipo placas são a existência
de incrustação severa nas placas, onde se faz necessária limpeza química e mecânica
para remoção e retorno da eficiência, e vazamentos através das gaxetas, onde
38
dependendo do fluido de trabalho, pode trazer sérios riscos ao operador ou mesmo à
planta de processo.
Figura 200 - Incrustação Severa em Placas
http://www.merus.es/images/stories/merus_eigene/casestudies/FWG_Tokyo/fwg_before2.jpg
Figura 211 - Vazamento entre Placas
http://www.virginiaheattransfer.com/forum/uploads/876fdd2cd419c1e272b479e95086a74c.gif
3.3 Transferência de Calor nos Trocadores de Calor
A transferência de calor nos trocadores de calor é comumente calculada, seja
no modelo casco-tubo ou placas, pela diferença logarítmica média de temperatura –
LMTD, Log Mean Temperature Difference, em inglês – das temperaturas de entrada e
saída das partes quente e fria, além de levar em consideração a direção dos fluxos dos
fluidos envolvidos.
Para ambas os modelos, temos equação global abaixo:
39
𝑄 = 𝑈𝐴∆𝑇𝑚 = 𝑈𝐴 (∆𝑇2−∆𝑇1
ln∆𝑇2∆𝑇1
) = 𝑈𝐴(𝐿𝑀𝑇𝐷) (3)
Onde ∆𝑇𝑚 é a LMTD do sistema, que depende ainda da direção dos fluxos
internos do trocador. Abaixo temos uma ilustração que demonstra a influência da
direção dos fluidos nas temperaturas finais do processo:
Figura 222 - Diferenças entre Fluxo Paralelo e Contra-Corrente (LIENHARD IV, J. H., LIENHARD V,
J. H., 2008)
Há de se salientar que o uso da LMTD é menos efetivo quando temos mais de
uma passada do fluido dentro do trocador antes de sair do mesmo, sendo necessário
um fator de correção que não será abordado neste trabalho, pois trocadores deste tipo
não fazem parte do escopo do projeto. Iremos, portanto, focar na obtenção da LMTD
para equipamentos de uma passada somente.
Para o cálculo da LMTD e uso nos trocadores precisamos de considerações
como: a troca de calor só ocorre entre os fluidos envolvidos; a condução axial ao longo
dos tubos é desprezada; variações de energia cinética e potencial são desprezíveis; os
calores específicos envolvidos são constantes; não há mudança de fase e o coeficiente
global de transferência de calor é constante (𝑈).
Iniciando o processo de obter a LMTD, consideramos a troca de calor como um
processo sem perdas onde todo calor do fluido quente é cedido ao fluido frio, conforme
equações abaixo:
𝑞𝑞 = 𝑞𝑓 (4)
𝑚𝑞 (ℎ𝑞,𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 − ℎ𝑞,𝑠𝑎í𝑑𝑎) = 𝑚𝑓 (ℎ𝑓,𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 − ℎ𝑓,𝑠𝑎í𝑑𝑎) (5)
40
Como temos calor específico constante e não há mudança de fases, podemos
considerar:
��𝑞𝑐𝑝,𝑞 (𝑇𝑞,𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 − 𝑇𝑞,𝑠𝑎í𝑑𝑎) = ��𝑓𝑐𝑝,𝑓
(𝑇𝑓,𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 − 𝑇𝑓,𝑠𝑎í𝑑𝑎) (6)
Diferenciando-se cada lado da equação separadamente:
𝑑𝑞 = −��𝑞𝑐𝑝,𝑞 (𝑇𝑞,𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 − 𝑇𝑞,𝑠𝑎í𝑑𝑎) = −𝐶𝑞𝑑𝑇𝑞 (7)
𝑑𝑞 = ��𝑓𝑐𝑝,𝑓 (𝑇𝑓,𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 − 𝑇𝑓,𝑠𝑎í𝑑𝑎) = 𝐶𝑓𝑑𝑇𝑓 (8)
Lembrando que:
𝑑𝑞 = 𝑈∆𝑇𝑑𝐴 = 𝑈(𝑇𝑞 − 𝑇𝑓)𝑑𝐴 (9)
Para integrarmos a equação acima precisamos retomar as equações anteriores
na forma diferencial:
𝑑∆𝑇 = 𝑑𝑇𝑞 − 𝑑𝑇𝑓 (10)
𝑑∆𝑇 = −𝑑𝑞 (1
𝐶𝑞+
1
𝐶𝑓) (11)
∫𝑑∆𝑇
∆𝑇= −𝑈 (
1
𝐶𝑞+
1
𝐶𝑓) ∫ 𝑑𝐴
2
1
2
1 (12)
ln∆𝑇2
∆𝑇1= −𝑈𝐴 (
1
𝐶𝑞+
1
𝐶𝑓) (13)
ln∆𝑇2
∆𝑇1= −𝑈𝐴 (
(𝑇𝑞,𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎−𝑇𝑞,𝑠𝑎í𝑑𝑎)
𝑞+
(𝑇𝑓,𝑠𝑎í𝑑𝑎−𝑇𝑓,𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎)
𝑞) (14)
ln∆𝑇2
∆𝑇1 =
−𝑈𝐴
𝑞((𝑇𝑞,𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 − 𝑇𝑓,𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎) + (𝑇𝑞,𝑠𝑎í𝑑𝑎 − 𝑇𝑓,𝑠𝑎í𝑑𝑎)) (15)
𝑞 = 𝑈𝐴∆𝑇2−∆𝑇1
ln∆𝑇2∆𝑇1
= 𝑈𝐴(∆𝑇𝑚) (16)
Para fluxos paralelos temos a seguinte formulação matemática:
𝑞𝑃 = 𝑈𝐴∆𝑇𝑚 = 𝑈𝐴 (∆𝑇2−∆𝑇1
ln∆𝑇2∆𝑇1
) = 𝑈𝐴 ((𝑇𝑞,𝑠𝑎í𝑑𝑎−𝑇𝑓,𝑠𝑎í𝑑𝑎)−(𝑇𝑞,𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎−𝑇𝑓,𝑠𝑎í𝑑𝑎)
ln(𝑇𝑞,𝑠𝑎í𝑑𝑎−𝑇𝑓,𝑠𝑎í𝑑𝑎)
(𝑇𝑞,𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎−𝑇𝑓,𝑠𝑎í𝑑𝑎)
) (17)
Já para fluxos contracorrente, temos a seguinte formulação:
41
𝑞𝐶𝐶 = 𝑈𝐴∆𝑇𝑚 = 𝑈𝐴 (∆𝑇2−∆𝑇1
ln∆𝑇2∆𝑇1
) = 𝑈𝐴 ((𝑇𝑞,𝑠𝑎í𝑑𝑎−𝑇𝑓,𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎)−(𝑇𝑞,𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎−𝑇𝑓,𝑠𝑎í𝑑𝑎)
ln(𝑇𝑞,𝑠𝑎í𝑑𝑎−𝑇𝑓,𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎)
(𝑇𝑞,𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎−𝑇𝑓,𝑠𝑎í𝑑𝑎)
) (18)
INCROPERA, 2007, ressaltou que no fluxo contracorrente, para uma mesma
taxa de transferência U e mesmas temperaturas, é necessária uma área de troca
térmica menor do que no arranjo paralelo já que a LMTD contracorrente é maior.
Como todo equipamento capaz de realizar trabalho, os trocadores de calor
possuem uma potência associada que depende, dentre outros fatores, do LMTD
previamente demonstrado. A potência de um trocador de calor do tipo placas pode ser
calculada utilizando-se a seguinte expressão:
𝑃 = ��𝑐𝑝∆𝑇 = 𝐾𝐴(𝐿𝑀𝑇𝐷) (19)
É notório que, quanto maior for a diferença de temperatura, ∆𝑇, desejada no
fluido de processo, maior a potência requerida do trocador de calor. Além disto, altas
vazões �� ou fluidos com alto calor específico 𝑐𝑝também demandam uma potência
elevada. Para contrabalancear estes problemas, os trocadores utilizam material de alta
condutividade térmica 𝑘 e aumentam o número de placas para aumentar a área 𝐴 de
troca térmica.
Algumas variáveis do equipamento e do conjunto equipamento-fluido
influenciam na condutividade térmica do cálculo acima. Abaixo segue a fórmula para o
cálculo da condutividade equivalente:
1
𝐾(𝑡)=
1
𝛼1+
1
𝛼2+
𝛿
𝜎+ 𝑅𝑖(𝑡) (20)
As variáveis 𝛼1 e 𝛼2 são os coeficientes de troca de calor entre o fluido quente e
a superfície das placas e do fluido frio e a superfícies das placas, respectivamente. A
espessura das placas é 𝛿, a condutividade térmica do material das placas é 𝜎 e 𝑅𝑖 é um
fator de incrustação que aumenta com o tempo de utilização do equipamento, de acordo
com o nível de incrustação presente após determinado tempo de utilização.
A potência acima é utilizada para um cálculo prévio da potência teórica a ser
instalada, porém outras variáveis precisam ser adicionadas ao estudo para uma análise
completa, como composição química, viscosidade e densidade dos fluidos. Estas
variáveis serão incluídas no EVT, no software de simulação de processos.
42
Ainda teremos, neste projeto, uma variável 𝑈𝐴 que é utilizada pelo software
como uma taxa de transferência de calor onde ele leva em consideração as variáveis
não utilizadas em nossa equação global anterior. As unidades são em Btu/ºF.h,
originárias do sistema inglês, e que demonstram ser uma relação entre potência e
variação de temperatura.
43
4. Estudo de Viabilidade Técnica – EVT
Podemos considerar o EVT – Estudo de Viabilidade Técnica – como um estudo
direcionado de aprofundado conhecimento técnico e composto por diversas disciplinas,
realizado para guiar uma tomada de decisão em relação à implementação de um
processo ou projeto.
O EVT não possui na literatura disponível métodos formais ou estabelecidos de
forma que possamos seguir. Em sua concepção é comum partir de um problema e
teórica ou empiricamente desenvolver solução personalizada, que seja adequada às
condições intrínsecas aos desafios existentes no momento.
Dessa forma, é comum usarmos como base outros EVT’s realizados em projetos
e/ou aplicações semelhantes às que o nosso projeto possui ou então construir um
modelo partindo do zero para chegar à solução.
4.1 Simulações Computacionais como EVT
Em plena era da informação, é comum a utilização de softwares de simulação
computacional para resolução de problemas. A velocidade e capacidade de realização
de cálculos e iterações que os computadores atuais possuem servem de grande
ferramenta para melhorias em processos, projetos e produtos que demorariam até anos
para que uma equipe de profissionais chegasse sem a ajuda destas máquinas.
Na engenharia mecânica não é diferente quando tratamos não somente de
problemas da engenharia térmica, mas também de análises de vibrações, esforços e,
claro, transferência de calor.
Um projeto de um contêiner de transporte marítimo, por exemplo, pode passar
por uma análise computacional de elementos finitos (AEF) sob condição de carga
estática ou dinâmica para determinar se de fato todos os seus componentes possuem
a resistência estrutural necessária para as cargas projetadas. Já o projeto do aerofólio
de um carro de competição provavelmente passará por uma análise CFD
(Computational Fluid Dynamics, em inglês) visando garantir que todos os parâmetros
foram considerados e os cálculos estão corretos, dando maior segurança ao piloto.
Análises mais complexas podem ser vistas em softwares voltados para análise
e melhoria de processos industriais, com utilização de diversos equipamentos
44
mecânicos e aplicação de conhecimentos de engenharia mecânica e química
especialmente na indústria de óleo e gás.
4.2 Simulações de Processos Industriais com o UNISIM® Design
O UNISIM® Design Suite é um software desenvolvido pela Honeywell para
modelagem de processos estáticos e dinâmicos e usado também para monitoramento
de desempenho, solução de problemas e otimização auxiliando em decisões técnicas e
estratégicas no gerenciamento das plantas de processo.
Figura 23 - Tela do UNISIM®
O software possui modelos pré-estabelecidos de equipamentos como trocadores
de calor, compressores, turbinas e separadores, fazendo com que seu foco seja no
processo e não no dimensionamento dos equipamentos do mesmo. Não é possível
determinar, por exemplo, a quantidade de placas ou tubos dos trocadores, porém somos
capazes de com ele determinarmos outras variáveis como a perda de carga,
temperatura de saída, propriedades do fluido na saída dos equipamentos e a potência
necessária, o que nos é de grande utilidade nesse projeto.
Portanto, a correta inserção dos inputs no software é essencial para que ele
possa predizer o que irá acontecer e assim possamos tomar a melhor decisão técnica
possível. A correta composição do fluido, por exemplo, é de suma importância para que
o software possa realizar os cálculos e iterações de forma correta, acompanhado
45
geralmente de informações como temperaturas de entrada e vazão que são facilmente
medidas por equipamentos básicos de instrumentação, como termopares.
Figura 24 - Input de Dados UNISIM®
O UNISIM® é um software que não possui um padrão de inputs que vão gerar
outputs padronizados. Por lidar com processos e nesse sentido muitas vezes não
termos todas as variáveis, o UNISIM® possui grande capacidade de iterações para
resolver os problemas propostos mesmo numa situação comum que é a falta de valores
de algumas variáveis ou então quando a própria intenção é descobrir esta para que o
projeto do equipamento possa ser desenvolvido.
Neste projeto o UNISIM® será a ferramenta utilizada no EVT para que possamos
achar a melhor solução técnica para o projeto. Buscaremos a solução através de um
balanço de massa e energia onde toda vazão de entrada – água, gás e óleo – deve ser
mantida ao final do processo e que as leis da termodinâmica sejam obedecidas sempre.
Os cálculos são feitos pelo software que é amplamento usado na empresa A, que possui
seu próprio pacote de aplicações para garantir que a teoria envolvida por trás dos
cálculos está de acordo com os padrões estabelecidos por ela.
46
Para garantir que os pacotes de simulação sejam aderentes à realidade é muito
importante que a planta de processo seja reproduzida em sua totalidade, com as
informações de projeto dos equipamentos
47
5.Estudo de Viabilidade Econômica - EVE
O EVE é parte de algo mais amplo que costumamos chamar de Engenharia
Econômica. Segundo MOTTA, 2012, o desafio da Engenharia Econômica consiste em
definir, tão precisamente quanto possível, alternativas de investimentos e prever suas
consequências, reduzidas a termos monetários, elegendo-se um instante de referência
temporal e considerando o valor do dinheiro no tempo. A partir desta definição podemos
partir para uma análise usando ferramentas da Engenharia Econômica a fim de buscar
a melhor solução financeira para um projeto considerando seu tempo de vida e
movimentação financeira ao longo deste período.
A relação custo-benefício tão difundida socialmente é baseada geralmente em
análises simples e rápidas onde verificamos se o que teremos que gastar em
determinado projeto nos trará um retorno que, de alguma forma, nos satisfaça. E na
engenharia não é diferente, pois nem sempre a resposta puramente técnica é a melhor
considerando-se seus custos e retorno financeiro.
Para uma resposta mais assertiva, combinamos a análise do EVT à análise do
EVE de forma a minimizar os riscos e custos, melhorar a produção industrial e maximizar
as receitas e lucros. Algumas das ferramentas tal análise serão descritas abaixo.
5.1 TMA – Taxa Mínima de Atratividade
Chamamos de TMA uma determinada taxa de juros do investimento, aplicada
em métodos com fluxo de caixa descontado, feito no projeto e que o investidor tem os
recursos necessários para cumpri-lo. Quando aplicada, os valores monetários
envolvidos no período são trazidos para o presente, descontados da TMA (ROSA,
2010).
De posse deste conhecimento, vamos analisar os métodos que usam o desconto
e a TMA.
5.2 Método Payback
Segundo FABOZZI (2003), o payback de um projeto é o período de tempo que
ele demora para ter seu investimento de volta. É o período desde o primeiro gasto no
fluxo de caixa até o momento que as entradas do mesmo sejam iguais ao gasto inicial,
48
sendo também visto como o tempo de retorno do capital. Sendo assim, o investimento
com menor payback em uma análise meramente financeira é o mais vantajoso.
Existem dois tipos de payback: o simples, descrito acima, onde não há desconto
algum no período considerado e não leva em consideração flutuações no valor
monetário, juros ou amortizações. E também existe o payback com descontos, onde os
descontos que ocorrerão no tempo no fluxo de caixa são considerados através de uma
taxa específica. Por levar em consideração estes descontos, normalmente o payback
com descontos é maior para o mesmo projeto do que um sem descontos.
O payback simples que irá trazer o tempo, em anos, do retorno pode ser
calculado de forma direta como abaixo:
𝑃𝑆 = 𝑚𝑜𝑛𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑎 𝑠𝑒𝑟 𝑖𝑛𝑣𝑒𝑠𝑡𝑖𝑑𝑜
𝑓𝑙𝑢𝑥𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑖𝑥𝑎 𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙 𝑒𝑠𝑡𝑖𝑚𝑎𝑑𝑜 (21)
Já o payback com desconto leva em consideração o fluxo de caixa descontado,
que é calculado com base em uma taxa de desconto 𝑖 e no período de tempo que se
deseja saber como estará o fluxo de caixa. Para calcular o valor de um bem ou do fluxo
de caixa em 𝑡 anos usamos a seguinte fórmula:
𝐹𝐶𝑛 = ∑𝐹𝐶𝑡
(1+𝑖)𝑡𝑛𝑡=0 (22)
E assim o payback com desconto passa a ser:
𝑃𝐷 = 𝑚𝑜𝑛𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑎 𝑠𝑒𝑟 𝑖𝑛𝑣𝑒𝑠𝑡𝑖𝑑𝑜
𝐹𝐶𝑛 (23)
Como visto o método acima pode ser aplicado ao fluxo de caixa de uma empresa
como a um projeto específico, sendo assim este método será o aplicado a este projeto
no seu estudo de caso, considerando que 𝐹𝐶𝑡 será somente positivo, pois representará
o valor do equipamento e custos CAPEX e OPEX e também sua simplicidade na
aplicação. Outra vantagem é que funciona muito bem em períodos menores, o que
também se aplica a este projeto já que ele terá uma visão de 5 anos adiante da sua data
de realização.
5.3 Método VPL (Valor Presente Líquido)
O VPL é a soma atual de todas as movimentações do fluxo de caixa (FABOZZI,
2003). Para calcularmos o VPL consideraremos as entradas como positivas, as saídas
49
como negativas e a TMA como fator de desconto. Neste método buscamos
essencialmente a diferença entre as entradas e saídas do projeto, em um determinado
tempo estipulado e a regra para a tomada de decisão, segundo MOTTA (2001) é:
𝑉𝑃𝐿(𝑖) > 0: projeto viável
𝑉𝑃𝐿(𝑖) < 0: projeto inviável
𝑉𝑃𝐿(𝑖) = 0: indiferente investir ou não nessa alternativa, mas ela é ainda viável
E para o cálculo do VPL usamos:
𝑉𝑃𝐿 = ∑𝐹𝐶𝑡
(1+𝑇𝑀𝐴)𝑡𝑛𝑡=0 (24)
O VPL não será usado no projeto pois não contaremos com fluxo de caixa
negativo e o mesmo, por isso, não demonstrará de fato a realidade do projeto
financeiramente. Podemos considerar o VPL muito robusto para utilização neste projeto,
sendo mais adequado para aplicações empresariais onde se deseja tomar decisões
estratégicas de investimentos em longo prazo considerando-se os riscos, valores
monetários e temporais do dinheiro.
5.4 Método TIR (Taxa Interna de Retorno)
A TIR de um projeto de investimento é definida como sendo a taxa de desconto
que torna o VPL do seu fluxo de caixa igual a zero (FABOZZI, 2003). Neste caso, a
intenção é substituir a TMA pela TIR e se TIR>TMA o projeto é viável. Podemos
considerar a TIR como uma taxa intrínseca ao projeto, pois independe da taxa de
desconto externa, sendo calculada como uma taxa dependente dos fluxos de caixa do
projeto. Daí sua comparação com a TMA e caso acima, significa que é mais rentável
que a taxa externa.
𝑉𝑃𝐿 = ∑𝐹𝐶𝑡
(1+𝑇𝐼𝑅)𝑡𝑛𝑡=0 = 0 (25)
O método, assim como o VPL, se mostra robusto para o projeto proposto e, além
disso, representa uma porcentagem, sendo de difícil assimilação em um projeto de
engenharia.
50
6. Estudo de Caso
6.1 Importância do Estudo de Caso
Partindo da definição de PONTE (2006), podemos iniciar o entendimento acerca
dos estudos de caso: “É uma investigação que se assume como particularística, isto é,
que se debruça deliberadamente sobre uma situação específica que se supõe ser única
ou especial, pelo menos em certos aspectos, procurando descobrir a que há nela de
mais essencial e característico e, desse modo, contribuir para a compreensão global de
um certo fenômeno de interesse. ”
Em plena era da informação a quantidade e complexidade dos dados existentes
são incalculáveis. Nesse mar de informações é essencial produtivamente saber onde
achá-los, aferir a qualidade dos dados obtidos e, sobretudo saber organizá-los e usá-
los de maneira correta. Desta maneira, o uso de métodos de estudo de caso se mostram
extremamente úteis a serviço também dos projetos de engenharia, onde também é
característica determinante o prazo e os custos intrínsecos aos mesmos.
Seguiremos neste projeto com as definições de YIN (2001) que versam sobre o
método de coleta e análise dos dados, definindo o estudo de caso com base nas
características do fenômeno em estudo e com base num conjunto de características
associadas ao processo de recolha de dados e às estratégias de análise dos mesmos.
A coleta de dados neste projeto utilizou-se de normas técnicas nacionais e
internacionais, padrões de produção e segurança internos da empresa utilizada,
entrevistas técnicas com engenheiros e coordenadores de áreas envolvidas, preços
praticados pelos fornecedores de mercado e da bibliografia técnica e econômica
descritas ao final do presente projeto. Já análise dos dados baseou-se no software
UNISIM, sendo esta a principal ferramenta para o processo decisório, complementado
ao final pela análise financeira realizada através de planilhas eletrônicas através das
fórmulas apresentadas no capítulo 5.
6.2 Estudo de Caso Real
Após o entendimento sobre a Engenharia Térmica, o EVTE e Estudos de Caso
iremos utilizar um exemplo real de aplicação integrada destes conceitos para tirarmos
conclusões sobre as vantagens e desvantagens técnico-econômicas da utilização de
Trocadores de Calor do tipo Placas em um FPSO. Para fins de proteção, as empresas
envolvidas não serão citadas explicitamente, bem como informações que possam
51
comprometer seus respectivos funcionários e patrimônios. Todas elas serão
devidamente identificadas de forma que o entendimento do leitor não seja
comprometido.
6.3 Requisitos, Planta e Processo
O primeiro estudo feito foi o EVT de forma a definirmos quais soluções técnicas
seriam possíveis e para que assim posteriormente pudéssemos aplicar o EVE como
parte final da decisão às soluções técnicas possíveis.
Nosso foco neste projeto será a produção de óleo, sendo a planta de gás e de
água pós-separação da emulsão irrelevantes para nossa análise visto que os 3
trocadores de calor atuam na etapa de separação da emulsão e no fim da produção do
óleo. O fluxograma que demonstra o caminho do óleo na planta:
Figura 255 - Caminho Original do Óleo na Planta de Processo
Como visto, temos trocadores casco tubo antes dos separadores trifásicos. Eles
servem pra aumentar a temperatura da emulsão antes da separação devido a perda de
calor por atrito nas tubulações. Este trocador será parte da simulação no UNISIM®
porém não será parte do estudo direcionado deste projeto. Os trocadores alvo do projeto
são: Trocador Óleo-Óleo, Trocador Óleo e Resfriador. Como citado anteriormente, todos
estavam fora de serviço, deixando a planta da seguinte forma:
52
Figura 26 - Situação Atual da Planta de Processo
Dessa forma, a produção corrente no FPSO não considerava qualquer
equipamento de troca térmica após a separação, confiando somente na capacidade de
separação dos equipamentos posteriores e deixando a cargo destes todo o trabalho
necessário que é baseado em algumas restrições que estão descritas na tabela abaixo:
Tabela 3 - Restrições Técnicas e Ambientais da Produção no FPSO
Variável do Processo Valor Origem
Temperatura Máxima nos
Tanques 45°C HSSE
RVP Máxima nos Tanques 12psia HSSE
Máximo BS&W nos
Tanques 1,0% em volume ANP
Temperatura Máxima da
Água Produzida 40°C IBAMA/CONAMA
Máximo OIW na Água
Produzida 18ppm IBAMA/CONAMA
Mínima Temperatura para
Separação 40°C
Manuais internos da
empresa A
Vamos analisar todas as restrições apresentadas para pleno entendimento dos
requisitos técnicos:
Temperatura Máxima nos Tanques: essa temperatura está ligada à RVP Máxima
nos tanques, já que a Reid Vapour Pressure é função da temperatura no local.
Temperaturas acima destas levam à RVP’s maiores que a permitida e possível
criação de atmosfera explosiva;
Máximo BS&W nos Tanques: o BS&W é uma medida de impureza do óleo
tratado, calculando-se a quantidade de sólidos suspensos e água diluída no óleo
53
logo antes da sua transferência. Sua quantidade é regulada pela ANP para uma
equidade na venda de óleo no Brasil;
Temperatura Máxima da Água Produzida: a água produzida é a água removida
da emulsão e tratada no processo para descarte no mar. A especificação de
temperatura obedece a CONAMA 430 para preservação de fauna e flora
marítima no local.
Máximo OIW na Água Produzida: como água descartada no mar, existe uma
tolerância à quantidade de óleo diluído na água que será descartada de forma a
proteger fauna e flora local.
Mínima Temperatura para Separação: através das análises experimentais e de
históricos, a empresa A definiu a temperatura de 40°C como a mínima aceitável
para o processo de separação do óleo do campo em questão.
Antes de avaliarmos, vamos detalhar algumas das novas variáveis presentes no
projeto:
- BS&W: por medir a quantidade água e sedimentos no óleo ao fim do processo,
é como uma medida da qualidade não só do óleo em si mas também do processo de
separação da unidade. Quanto mais tempo passa para o poço produtor, menos óleo
vem na emulsão, trazendo para a planta mais água e sólidos. Logo, podemos concluir
que conforme os anos passam, mais difícil fica o processo de separação e crescem as
chances de um BS&W maior.
- OIW: por medir a quantidade de óleo diluída na água produzida que é
descartada no mar, oferece uma medida de qualidade do processo de separação da
planta, sendo usada para estabelecer limites aceitáveis de poluição no mar onde ocorre
a exploração.
As variáveis que podem ser controladas diretamente pelos trocadores são as
temperaturas nos tanques e nos equipamentos de separação. É importante reparar que
a diferença entre a temperatura que o óleo deve ser levado aos tanques e a mínima
para o processo é de apenas 5°C, exigindo para a segurança e eficiência do processo
um bom controle de temperatura.
De posse das restrições, começamos pela análise da situação atual da planta
com foco especial nas temperaturas no processo. O esquema com as temperaturas
indicadas pode ser visto abaixo:
54
Figura 27- Situação Atual do Processo e Temperaturas
As temperaturas da figura acima foram obtidas através dos instrumentos de
medição dos equipamentos, sejam eles por visualização direta ou eletrônica em um
sistema de controle remoto.
A diferença de temperatura nos separadores se justifica pelas diferentes
composições de óleo que vão para cada um, já que o campo de petróleo em questão é
compostos por diversos poços diferentes com diferentes composições de
hidrocarbonetos. O primeiro ponto relevante da situação atual é que a temperatura de
separação mínima é atingida com a atual produção e composição, sendo um ponto a se
preocupar para o futuro com o aumento da produção (vazão nos separadores) e
envelhecimento dos poços. Já o segundo ponto a se destacar é que o óleo é jogado nos
tanques atualmente com temperatura acima da máxima especificada, gerando uma
condição insegura e um risco à operação.
Uma análise preliminar puramente teórica nos mostra que o aumento da
temperatura durante o processo tende a ser necessária com o envelhecimento dos
poços e aumento da produção, além do resfriamento do óleo logo antes dos tanques
haja visto a temperatura atual que já se encontra maior do que a especificada. Para que
as conclusões sejam mais assertivas, o processo foi modelado de forma completa no
UNISIM® para uma simulação completa na tentativa de prever as condições do
processo com o aumento da produção.
55
Figura 28 - Processo Modelado no UNISIM®
Na figura acima podemos ver a planta completa, com sistema de água e gás
incluídos e os três trocadores alvos do projeto. Eles são necessários ao software pois
ele precisa que haja a separação da emulsão e que os produtos continuem um caminho
até o armazenamento. Dessa forma, na modelagem foi necessário o entendimento
sobre o papel dos compressores, compressores de flash, flotadores, válvulas e todos
os demais equipamentos componentes de uma planta de processo.
6.3.1 Os Trocadores de Calor
Da coleta de dados concluiu-se primariamente que seria benéfico tecnicamente
à planta o aumento da temperatura durante o processo e diminuição da temperatura ao
fim do mesmo. Para que possamos simular alguns casos devemos entender os 3
trocadores disponíveis, suas condições e utilidade.
O primeiro deles é o Trocador Óleo-Óleo, fabricado pela Alfa Laval com placas
modelo MX25-BFD, que possui dois estágios de aquecimento e resfriamento, podendo
atuar em ambas das nossas necessidades. Como seu nome diz, ele pega o óleo quente
depois dos separadores trifásicos e efetua troca térmica com o óleo frio que vem depois
dos tratadores eletrostáticos já parcialmente resfriado. Por possuir dois estágios tem
936 placas de titânio, sendo maior em comprimento e altura do que os demais, com
manutenção mais complexa e cara.
56
O segundo é o Trocador de Óleo, fabricado pela Alfa Laval com placas modelo
AV-110, que possui apenas um estágio e pega o óleo pós Trocador Óleo-Óleo. Este
possui 331 placas de titânio, tendo como função apenas elevar a temperatura do óleo
ao fazê-lo trocar energia térmica com água quente advinda do sistema de água.
O terceiro e último é o Resfriador, fabricado pela Alfa Laval com placas modelo
AV-110, que possui apenas um estágio e pega o óleo final, depois de passar pelo
tratador eletrostático e Trocador Óleo-Óleo, tem como função apenas retirar energia
térmica do óleo fazendo-o trocar calor com água gelada do sistema de água. Possui 224
placas.
Figura 29 - Trocador Óleo-Óleo e o Trocador de Óleo
De posse das informações dos 3, montamos os cenários de utilização dos
mesmos da seguinte forma:
Tabela 4 - Cenários de Uso dos Trocadores
Cenário Equipamentos
#1 Resfriador + Trocador Óleo
#2 Resfriador + Trocador Óleo + Trocador Óleo-Óleo
#3 Trocador Óleo + Trocador Óleo-Óleo
#4 Resfriador + Trocador Óleo-Óleo
#5 Trocador Óleo-Óleo
Sabendo a forma como iremos combiná-los, o input que falta para realizamos as
simulações é a expectativa de aumento da produção para os próximos anos.
57
6.3.2 O Aumento da Produção e Vida Útil do Campo
O projeto de aumento da vida útil do campo de exploração estava em andamento
durante o desenvolvimento do atual projeto, estando disponíveis à época os dados
estimados de produção para os próximos 10 anos. Abaixo está ilustrada esta estimativa,
considerando no eixo horizontal os meses de 2014 e os anos de 2015 até 2026. E no
eixo vertical a produção média daquele período, medida em bbl (barris de petróleo).
Figura 30 - Expectativa de Produção no FPSO até 2026
Para fins de cálculos técnicos e econômicos, ficou estabelecido que a mínima
produção rentável à empresa A seria de 10.000bbl, fazendo-se então uma análise
focada nos próximos 5 anos de operação da plataforma.
A máxima produção planejada está estimada em 32.000bbl a acontecer na
metade do ano de 2014. Portanto, para os cálculos das simulações usaremos este
número como base, aplicando um fator de segurança a ele em caso de descoberta de
novos poços ou então sobrecarga de produção em determinado período. Ficou
estabelecido então os seguintes cenários de produção a serem simulados:
Tabela 5 - Cenários de Produção para a Simulação
Cenário Produção Máxima BS&W depois dos Separadores Trifásicos
A 32,000 bpd
10% B 40,000 bpd
C 45,000 bpd
58
Com uma segurança de aproximadamente 40% para a situação máxima de
produção esperada e um BS&W de 10% em volume já depois dos separadores trifásicos
(o que é considerado crítico), esperamos simular o processo em condições realmente
críticas para que coloquemos os equipamentos para trabalhar em situações adversas,
eliminando assim qualquer eventual surpresa no futuro.
6.3.3 Análise dos Dados do EVT
Com todos os inputs necessários ao software, podemos combinar os cenários e
realizar as simulações desejadas. Cada cenário de combinação de equipamentos foi
testado com cada cenário de produção planejado, considerando todas as restrições
técnicas apresentadas na tabela 3.
Tabela 6 - Cenários do EVT
Cenário Equipamentos Produção (bpd) BS&W
#1A
Resfriador + Trocador Óleo
32,000
10%
#1B 40,000
#1C 45,000
#2A Resfriador + Trocador Óleo +
Trocador Óleo-Óleo
32,000
#2B 40,000
#2C 45,000
#3A
Trocador Óleo + Trocador Óleo-Óleo
32,000
#3B 40,000
#3C 45,000
#4A
Resfriador +Trocador Óleo-Óleo
32,000
#4B 40,000
#4C 45,000
#5A
Trocador Óleo-Óleo
32,000
#5B 40,000
#5C 45,000
A decisão do EVT tem como bases a maior potência térmica necessária para
estarmos de acordo com as restrições, seja para a temperatura de separação ou para
temperatura final do processo, e a taxa de transferência de calor dos equipamentos. Os
trocadores possuem, na folha de dados fornecida pelo fabricante, a potência (em
MMBtu/h) e a taxa de transferência de calor (em Btu/°F.hr) máximas projetadas que
podem fornecer quando utilizados dentro das especificações técnicas dadas por eles.
59
Figura 31 - Folha de Dados Trocador Óleo-Óleo
O UNISIM® irá nos fornecer a potência térmica necessária para o que queremos,
além de demais variáveis, e ao final das simulações faremos a comparação entre o que
temos disponível e o que queremos.
Dessa forma, os resultados obtidos (convertidos para kW) para a potência estão
resumidos na tabela abaixo:
Tabela 7 - Resultado da Análise de Potência Térmica dos Equipamentos
Cenário Equipamentos Potência Disponível (kW)
Potência Mínima Requerida (kW)
Potência Máxima Requerida (kW)
Resultado para a Potência
#1
Trocador Óleo-Óleo 1.919 858 1.175 SIM
Trocador Óleo 2.930 219 574 SIM
Resfriador 1.846 688 937 SIM
#2 Trocador Óleo 2.930 970 1729 SIM
Resfriador 1.846 1.002 1.418 NÃO
#3 Trocador Óleo-Óleo 1.919 2.110 2.329 NÃO
Trocador Óleo 2.930 105 410 NÃO
#4 Trocador Óleo-Óleo 1.919 1.861 2154 NÃO
60
Resfriador 1.846 1.345 1.790 NÃO
#5 Trocador Óleo-Óleo 1.919 2.013 2376 NÃO
Como visto, na análise da comparação entre potência disponível versus potência
necessária, os cenários #3, #4 e #5 foram descartados, mostrando que o Trocador Óleo-
Óleo não suportaria sozinho o ponto mais alto de produção planejado e nem qualquer
sobrecarga que porventura exista. Isso se dá pelo fato de que, mesmo com dois
estágios, ele sozinho não possui como auxílio um equipamento que tenha como função
apenas aumentar ou diminuir a temperatura do óleo. Além disso, os outros trocadores
utilizam água do sistema de água da unidade, que pode ter sua temperatura controlada
mesmo que em poucos graus.
Com a conclusão do EVT indicando a necessidade de retorno de pelo menos 2
trocadores, entramos em outro questionamento: como retorná-los à produção? Quando
falamos de trocadores de calor do tipo placas temos duas opções: comprar placas novas
ou recuperar mecânica e quimicamente as existentes – o que está associado com uma
inevitável perda de eficiência.
No EVE em seguida iremos abordar os custos CAPEX – de investimento – e
OPEX – de manutenção – do retorno à operação de cada trocador e definir quais dos
cenários #1 e #2 é o melhor técnica e economicamente.
6.3.4 Coleta de Dados para o EVE
Com base na conclusão técnica, partimos para a coleta de dados para o EVE na
tentativa de selecionar qual dos cenários #1 e #2 é o melhor financeiramente à empresa
A.
Basearemos nossos dados nos valores de equipamentos e serviços do
fornecedor selecionado pela empresa A. Foram pensados 5 cenários de retorno dos
equipamentos, considerando que podemos comprar placas de titânio novas ou
recuperar as existentes nos trocadores.
Tabela 8 - Cenários de Retorno dos Trocadores
Cenário de Retorno
Descrição
#1.1 Recuperar todas as placas dos Trocador Óleo-Óleo e
Resfriador
61
#1.2 Recuperar 50% das placas do Trocador Óleo-Óleo, trocar
50% das placas do Trocador Óleo-Óleo e recuperar as placas do Resfriador
#1.3 Trocar todas as placas dos Trocador Óleo-Óleo e recuperar
as placas do Resfriador
#2.1 Recuperar todas as placas do Resfriador
#2.2 Trocar todas as placas do Resfriador
As placas do Trocador Óleo-Óleo não serão consideradas no EVE dado que à
época do projeto a empresa A possuía um jogo completo de placas novas com gaxetas
que foram compradas para teste do próprio trocador. Além disso, em análise técnica
prévia foi verificado que as placas do Resfriador estão em boas condições, sendo
grandes as chances de 100% de eficiência em uma recuperação.
Como custos OPEX foram planejadas manutenções anuais que têm seu preço
estipulado na quantidade de dias offshore da equipe de manutenção, que está
diretamente ligado à quantidade de placas em serviço. Abaixo segue a tabela de diárias
da equipe de manutenção para o cálculo dos serviços de remoção das placas,
instalação e futura manutenção (já incluídos seguros e taxa de periculosidade por
trabalho em ambiente offshore):
Tabela 9 - Valores dos Serviços do Fornecedor
Descrição Valor da Diária Observações
Supervisor de Serviço R$3.500,00 É necessária a presença de um supervisor a
cada 3 mecânicos.
Mecânico R$2.500,00 Recomenda-se 2 mecânicos para o serviço de remoção, instalação e manutenção offshore.
Taxa de Mobilização R$5.000,00 Valor cobrado por embarque para cobrir despesas de transporte e alimentação.
Além dos serviços, teremos obviamente os custos com as placas que vem
acompanhada das suas gaxetas para que haja aderência entre uma e outra, servindo
também de selagem mecânica evitando vazamentos do fluido de processo. Abaixo
segue o valor dos equipamentos, em Reais, a uma taxa de câmbio da época R$2,37
para U$D1,00:
62
Tabela 10 - Valores das Placas e Gaxetas Novas
Equipamento Valor Unitário
Placa Trocador Óleo-Óleo R$1.218,75
Gaxeta Trocador Óleo-Óleo R$89,60
Placa Resfriador R$1.567,16
Gaxeta Resfriador R$89,60
Os valores acima se referem a placas novas, seguindo os mesmos modelos das
originais porém de um fornecedor diferente do fabricante original dos trocadores. Essa
escolha se deu pelo alto preço de placas novas originais e falta de assistência técnica
imediata da fabricante no Brasil. As cotações são de Novembro de 2013 com a empresa
WCR.
Os serviços de recuperação das placas foram negociados com o fornecedor
Gates CPSI de forma a reduzí-lo em 10%, ficando conforme tabela abaixo:
Tabela 11 - Valor dos Serviços de Recuperação das Placas
Placas Valor da Recuperação
Trocador Óleo-Óleo R$420,00
Resfriador R$400,00
O serviço de recuperação das placas consiste em tratamento com ácido
dissolvido para remoção da corrosão e incrustações, remoção mecânica dos mesmos,
troca e colagem das gaxetas e conformação mecânica visando restaurar a forma original
da placa de titânio.
Coletados todos os dados para projeção dos custos há de se coletar os dados
de possíveis receitas e economias que serão feitas com o projeto. Optou-se por não
pegar o aumento da receita advinda do aumento da produção dada a dificuldade e
incerteza envolvidas no processo devido ao tamanho da empresa A, multinacional com
atuação em todos os continentes.
Dessa forma, focamos nas possíveis economias que poderiam ser feitas.
Durante o processo há a utilização de demulsificantes, que são produtos químicos
utilizados nos separadores trifásicos para ajudar no processo de separação. Um
aumento na temperatura do processo pode reduzir a quantidade de químicos
63
demulsificantes utilizados em até 10% ao ano, segundo estimativas dos engenheiros
químicos da empresa A. De posse desta informação, a economia que poderia ser feita
com o retorno dos trocadores está descrita abaixo:
Tabela 12 - Gastos Anuais com Demulsificantes
Produto Custo Médio Anual
Demulsificante R$210.000,00
De posse de todos os custos e economias, podemos partir para o EVE de fato.
6.3.5 Análise dos Dados do EVE
Usaremos o método do Payback Descontado por dois fatores: sua simplicidade
de aplicação e o por contemplar a desvalorização dos ativos no tempo. Usarmos aqui
VPL ou TIR seria até útil, porém estes métodos são robustos demais para aplicação em
projetos isolados como este. Dessa forma, a partir de agora partiremos para o cálculo
dos custos e economias do projeto com foco num cenário futuro de 5 anos a partir de
Abril de 2014.
Começaremos por calcular os custos CAPEX de cada cenário na Tabela 9,
considerando uma janela de 14 dias de serviço offshore para remoção das placas do
Trocador Óleo-Óleo, 5 dias para remoção das placas do Resfriado e 14 dias para o
serviço de instalação das placas novas e/ou recuperadas de ambos. As tabelas abaixo
resumem os resultados obtidos:
Tabela 13 - Custos CAPEX do Cenário #1.1
Trocador Remoção Recuperação Instalação Total
Trocador Óleo-
Óleo R$89.000,00 R$393.120,00 R$89.000,00 R$571.120,00
Resfriador R$35.000,00 R$132.400,00 R$89.000,00 R$256.400,00
R$827.520,00
64
Tabela 14 - Custos CAPEX do Cenário #1.2
Trocador Remoção Recuperação Novas Placas Instalação Total
Trocador Óleo-
Óleo R$89.000,00 R$196.560,00 R$612.311,00 R$89.000,00 R$986.671,00
Resfriador R$35.000,00 R$132.400,00 R$0,00 R$89.000,00 R$256.400,00
R$1.243.071,00
Tabela 15 - Custos CAPEX do Cenário #1.3
Trocador Remoção Recuperação Novas Placas Instalação Total
Trocador Óleo-
Óleo R$89.000,00 R$0,00 R$ 1.226.773,00 R$89.000,00 R$1.404.773,00
Resfriador R$35.000,00 R$132.400,00 R$0,00 R$89.000,00 R$256.400,00
R$1.661.173,00
Tabela 16 - Custos CAPEX do Cenário #2.1
Trocador Remoção Recuperação Instalação Total
Trocador Óleo-
Óleo R$0,00 R$0,00 R$0,00 R$0,00
Resfriador R$35.000,00 R$132.400,00 R$89.000,00 R$256.400,00
R$256.400,00
Tabela 17 - Custos CAPEX do Cenário #2.2
Trocador Remoção Novas Placas Instalação Total
Trocador Óleo-
Óleo R$0,00 R$0,00 R$0,00 R$0,00
Resfriador R$35.000,00 R$518.730,00 R$89.000,00 R$642.730,00
R$642.730,00
Uma análise direta somente dos custos CAPEX nos levaria a selecionar o
cenário #2.1 já que é o de menor custo de investimento. De certa forma podemos prever
que os cenários #1.1, #1.2 e #1.3 deverão ser descartados pois o custo CAPEX já é
maior e por termos mais equipamentos envolvidos é fácil imaginar que os custos OPEX
destes cenários serão também maiores. Para comprovar isto prosseguiremos com a
estimativa dos custos OPEX abaixo.
65
Para o cálculo das manutenções (OPEX) nos próximos 5 anos foi considerada 1
intervenção por ano, onde haveria a inspeção visual dos trocadores, troca das gaxetas
para proteção contra vazamentos e eventual limpeza com água desalinizada no local,
conforme descrito na tabela abaixo:
Tabela 18 - Custos OPEX Anual dos Cenários
Cenários Descrição Valor
#1.1, #1.2 e
#1.3
5 dias para abertura e fechamento dos trocadores;
14 dias de serviço R$142.000,00
#2.1 e #2.2 3 dias para abertura e fechamento dos trocadores; 7
dias de serviço R$66.000,00
O agrupamento em dois grandes prazos se dá pelo fato que no primeiro no valor
de R$142.000,00 lidaríamos com um número maior de placas para limpeza e/ou troca.
Em contrapartida, no cenário de R$66.000,00 teríamos um número bem reduzido de
placas para lidar durante o serviço. O cálculo do valor do serviço foi feito baseado no
valor das diárias dos funcionários.
Estes custos OPEX sofrerão o desconto aplicado ao método Payback pelo fato
de serem dependentes do tempo com duração de 5 anos. O mesmo acontecerá com as
economias feitas com os demulsificantes.
Utilizaremos uma adaptação do método do Payback Descontado conforme
abaixo em que os custos serão dividos pelas economias no prazo de 5 anos buscando
uma razão custo/benefício entre eles:
𝑃𝐷 = ∑
𝐹𝐶𝑡(1+𝑖)𝑡
𝑛𝑡=0
𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜𝑠
∑𝐹𝐶𝑡
(1+𝑖)𝑡𝑛𝑡=0
𝐸𝑐𝑜𝑛𝑜𝑚𝑖𝑎𝑠
(26)
Esta fórmula irá nos mostrar se nos 5 anos planejados para continuação da
operação do FPSO o projeto se pagará sozinho ou dependerá de demais receitas.
Dessa forma se 𝑃𝐷 ≤ 1,0 é válido ser feito, pois caso contrário o projeto irá ter mais
custos do que economias e não será economicamente viável. Esta adaptação é
necessária já que o montante investido será desenvolvido ao longo de 5 anos e não
como parcela única no início do projeto, forçando a utilizarmos também uma taxa de
desconto nele. Para saber em quantos anos o investimento retornará basta fazer:
𝑇𝑅 = 𝑃𝐷 ∗ 5 (27)
66
Sendo assim, vamos calcular o denominador da equação, focando nos custos.
Para isso foi usado o valor de desconto 𝑖 = 0,07 (padrão para cálculos econômicos de
projeto na empresa A) e o tempo calculado em anos. Abaixo seguem os custos OPEX
nos próximos 5 anos:
Tabela 19 - Custos OPEX Descontados
Nos cenários #1.1, #1.2 e #2.1, dos quais existe recuperação de placas,
estipulamos a compra de placas novas ao fim dos 5 anos planejados como uma
manutenção preventiva ao fim da vida útil das placas recuperadas. A esses custos
também aplicamos a taxa de desconto devido a sua variação no tempo:
Tabela 20 - Valor Descontado de Novas Placas em 5 Anos
Cenário Valor das Novas Placas em 5 anos
#1.1 R$1.304.216,60
#1.2 R$ 822.469,66
#2.1 R$ 340.722,73
Dessa forma, chegamos ao somatório dos custos somando-se os custos
CAPEX, as novas placas em cinco anos nos seus devidos cenários e o total de custos
OPEX ao fim dos cinco anos. A tabela abaixo resume os resultados:
1 2 3 4 5Cenários
R$ 142.000,00 #1.1, #1.2 e
#1.3
R$ 66.000,00 #2.1 e #2.2
Custos OPEXAno
R$ 132.710,28 R$ 124.028,30 R$ 115.914,30 R$ 108.331,12 R$ 101.244,04
R$ 61.682,24 R$ 57.646,96 R$ 53.875,66 R$ 50.351,08 R$ 47.057,09
Total OPEX
R$ 582.228,04
R$ 270.613,03
67
Tabela 21- Montante Investido no Projeto em Todos os Cenários
Com o montante investido ao fim dos cinco anos podemos agora calcular o
montante economizado ao fim do mesmo período, considerando uma economia anual
de R$1.050.000,00 (R$210.000,00 anuais por 5 anos) dada a redução no uso de
demulsificantes com a melhoria do processo de separação. O valor das economias
descontados os cinco anos está resumido abaixo:
Tabela 22 - Montante Economizado no Projeto
E com todos os dados calculados podem enfim calcular o 𝑃𝐷 e o 𝑇𝑅de cada
cenário e definir qual a melhor escolha para o projeto:
CAPEXMontante Investido
em 5 Anos
R$ 827.500,00 R$ 2.713.944,64
Cenários
#1.1
R$ 1.243.071,00 R$ 2.647.768,70
R$ 1.661.173,00 R$ 2.243.401,04 #1.3
#1.2
R$ 256.400,00 R$ 867.735,76
R$ 642.730,00 R$ 913.343,03
#2.1
#2.2
R$ 822.469,66
Novas Placas em 5
anos (Descontado)
R$ 1.304.216,60
R$ -
R$ -
R$ 340.722,73
Total OPEX
R$ 582.228,04
R$ 582.228,04
R$ 582.228,04
R$ 270.613,03
R$ 270.613,03
1 2 3 4 5
Economia com
Demulsificantes
R$ 1.050.000,00
Ano
R$ 196.261,68 R$ 183.422,13 R$ 171.422,55 R$ 160.207,99 R$ 149.727,10
Total Ecomonizado
em 5 anos
R$ 861.041,46
68
Tabela 23 - Resultado do EVE
Ao analisarmos os resultados do EVE comprovamos o que já vinha sendo
mostrado: o cenário 2 se fazia mais vantajoso devido a considerável diferença de
investimento CAPEX. Porém a análise puramente focada no investimento inicial sem
considerar OPEX e taxa de desconto não iria perceber que existe uma diferença mínima
no valor final entre os cenários #1.1 e #1.2 (2,4%) e também entre os cenários #2.1 e
#2.2 (5,2%).
Ficou decidido, portanto, o cenário #2.1 que caracteriza o descomissionamento
do Trocador Óleo-Óleo e recomissionamento com recuperação das placas do
Resfriados. O Trocador de Óleo será recomissionado também, porém sem custos.
Montante Investido
em 5 Anos PD
R$ 2.713.944,64 3,2
Cenários
#1.1
R$ 2.647.768,70 3,1
R$ 2.243.401,04 2,6 #1.3
#1.2
R$ 867.735,76 1,0
R$ 913.343,03 1,1
#2.1
#2.2
Total Ecomonizado
em 5 anos
R$ 861.041,46
R$ 861.041,46
R$ 861.041,46
R$ 861.041,46
R$ 861.041,46
13,0
5,0
5,3
TR
15,8
15,4
69
7. Conclusões
O presente projeto analisou cinco cenários tecnicamente diferentes em relação
a configuração dos trocadores de calor e taxas diárias de produção. Como entrada de
informações tivemos as restrições e requisitos técnicos para uma operação segura,
além de toda a planta modelada no UNISIM® para uma análise holística do processo e
não somente dos trocadores.
Como saída de informação tínhamos a potência necessária para cada trocador
de calor em cada um dos cenários projetados, sendo possível, portanto, comparar a
potência necessária com a potência disponível e assim tecnicamente dizer quais
cenários eram viáveis. Dos cinco cenários estudados apenas dois mostraram-se
tecnicamente viáveis de acordo com as simulações.
De forma a definir qual das duas opções era a melhor economicamente, uma
análise econômica foi feita considerando uma vida útil da unidade de cinco anos e que
a melhor opção seria aquela que se pagaria, dadas as taxas de desconto e custos
CAPEX e OPEX, neste intervalo de tempo. Entre os dois cenários utilizados um deles
mostrou-se economicamente viável e foi escolhido como o cenário a ser aplicado na
unidade de produção. Podemos dizer que com a análise econômica, através da tabela
23, escolhemos uma opção tecnicamente viável e que salvaria em torno de
R$1.500.000,00 para a empresa A.
70
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