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28-04-2016
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Projecto de Indústrias Químicas:Concepção de Circuitos Hidráulicos
Alexandra DolgnerTiago Henriques
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Seminário: “Bombagem na Indústria da Pasta na Óptica da Racionalização de Energia”
TECNICELPAFigueira de Foz, 28 de Abril de 2016
Conteúdos
Apresentação da Technoedif Engenharia
Circuitos hidráulicos
Sistemas de bombagem
Dimensionamento de linhas
Especificação de bombas
Apresentação de Casos Práticos
Caso 1: Consistência Pasta vs. Consumo Eléctrico Bomba
Caso 2: Diâmetro Linha vs. Consumo Eléctrico
Caso 3: Válvula de Controlo vs. VSD
Conclusões
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Apresentação da Technoedif Engenharia
FIGUEIRA DA FOZ, 28 DE ABRIL, 2016 3TECNICELPA
1965
Constituição da Lusotecna
1989
A Technip adquire a maioria do Capital Social
2002
A participação da Technip aumenta para 93%
2005 / 2006
Acordo MBO e a denominação social passa a ser Technoedif Engenharia
2011
Certificação do Sistema Integrado de Gestão (Qualidade, Ambiente e Segurança)
2013
Constituída a Technoedif Mozambique Engineering, em associação com parceiros locais
História
Apresentação da Technoedif Engenharia
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Onde Estamos
Sede
Empresas
Agentes
Projectos
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Apresentação da Technoedif Engenharia
O que fazemos
ESTUDOS DE VIABILIDADE E PROCESSO
GESTÃO DE PROJECTOS
ENGENHARIA DE BASE
ENGENHARIA DE DETALHE
PROCURA
CONSTRUÇÃO
PRE-COMISSIONAMENTO, COMISSIONAMENTO E ARRANQUE
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Apresentação da Technoedif Engenharia
Processo
Estudos de processo e de "trouble-
shooting"
Optimizacao de estudos conceptuais e de
operacao
Balancos de massa e entalpicos
P&ID e PFD
Estudos de Optimizacao de Unidades
Simulacoes Dinamicas
Softwares de modelacao e calculo:
Hysys
Unisim
EcosimPro
Pipeline Studio
EDR
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Apresentação da Technoedif Engenharia
Digitalização 3D
Documentacao actualizada tridimensional e de elevada fiabilidade de instalacoes industriais e de
outras construcoes.
Permite a execucao posterior de projectos de alteracao em modelo 3D.
Mais de meia centena de projectos executados com elevado sucesso.
Principais Clientes
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Apresentação da Technoedif Engenharia
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Apresentação da Technoedif Engenharia
Ferramentas
FIGUEIRA DA FOZ, 28 DE ABRIL, 2016 10TECNICELPA
Apresentação da Technoedif Engenharia
DIGITALIZAÇAO 3D - LEICA CYCLONE
LAYOUTS - PDMS (3D) / AUTOCAD
PROCESSO- Aspen HYSYS / HAZOP Manager / PIPELINESTUDIO / EDR / AVEVA DIAGRAMS / ECOSIMPRO
TUBAGENS - CAESAR II / FEPIPE
MECÂNICA - MICROPROTOL / ANSYS
CIVIL - SAP 2000 / ROBOT / TEKLA
ELECTRICIDADE - ETAP POWERSTATION / EPLAN / CANECO BT / AVEVA ELECTRIC
INSTRUMENTAÇAO - AVEVA INSTRUMENTATION / INTOOLS
ARQUITECTURA - REVIT
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Apresentação da Technoedif Engenharia
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Apresentação da Technoedif Engenharia
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Apresentação da Technoedif Engenharia
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Apresentação da Technoedif Engenharia
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Apresentação da Technoedif Engenharia
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Apresentação da Technoedif Engenharia
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Apresentação da Technoedif Engenharia
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Apresentação da Technoedif Engenharia
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Circuitos Hidráulicos
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Circuito Hidráulico Típico
Circuitos Hidráulicos
FIGUEIRA DA FOZ, 28 DE ABRIL, 2016 20TECNICELPA
Facto 1: bombas alimentadas electricamente representam
aprox. 30% do consumo eléctrico numa instalação convencional
Facto 2: custos energéticos representam cerca de 95% do custo
da bomba durante o seu ciclo de vida
↓
Optimização do Circuito Hidráulico
↓
Boa especificação do Sistema de Bombagem
↓
Bomba + Motor + Tubagem + Válvulas + Controlo
Sistemas de Bombagem
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FIGUEIRA DA FOZ, 28 DE ABRIL, 2016 21TECNICELPA
Modos de Aumentar a Eficiência dos Sistemas de Bombagem:
→ Redução das perdas de carga do sistema
→ Bom dimensionamento das bombas
→ Selecção de bombas com eficiência elevada
→ Adopção de um bom controlo
→ Selecção de bombas que operem o mais próximo possível
do ponto de maior eficiência da bomba
→ Substituir rotor por um mais pequeno ou “trimming” do
rotor existente
Sistemas de Bombagem
Circuitos Hidráulicos
Facto: Valor da tubagem numa instalação representa cerca de
20% do custo total de equipamentos e materiais
FIGUEIRA DA FOZ, 28 DE ABRIL, 2016 22TECNICELPA
Critérios para dimensionamento :
→ Natureza e fase do fluido
→ Propriedades do fluido
→ Perda de carga
→ Velocidade do fluido
→ Energia cinética → ρv2 (ruido e vibrações)
Dimensionamento de Linhas
Circuitos Hidráulicos
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FIGUEIRA DA FOZ, 28 DE ABRIL, 2016 23TECNICELPA
Linhas de Aspiração de Bombas
→ Líquidos no ponto de saturação:
Velocidade
Perda de carga → NPSH
→ Líquidos afastados do ponto de saturação
Linhas de Compressão de Bombas
Velocidade
Perda de carga
Golpe de Ariete
Dimensionamento de Linhas
Circuitos Hidráulicos
FIGUEIRA DA FOZ, 28 DE ABRIL, 2016 24TECNICELPA
Critérios de Dimensionamento – Líquidos
ServiçoVelocidade máx.
(m/s)Perda de carga máx. (bar/km)
Aspiração de bomba , ponto bolha
0.6 – 1.5 0.9
Aspiração de bomba 0.9 – 1.8 3.5
Descarga de bomba 1.5 – 3.0 4.5 – 9.0
Escoamento gravítico 0.6 (*) 0.45
Água de arrefecimento 1.5 -3.0 3.5
Água do mar 2.5 – 3.5 -
(*) Velocidade normal.
Circuitos Hidráulicos
Dimensionamento de Linhas
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FIGUEIRA DA FOZ, 28 DE ABRIL, 2016 25TECNICELPA
Critérios de Dimensionamento – Gás e Vapor
Serviçoρv2
(Pa)Perda de Carga máx. (bar/km)
Velocidade máx. (m/s)
Vácuo - 4% Pabs máx -
Sucção compressores
- 0.2 – 0.7 -
Descarga compressores
- 0.4 – 1.2 -
Vapor saturado 15 000 0.4 – 2.0 10 – 40
Vapor sobreaquecido
15 000 0.1 – 1.0 15 - 60
Linhas de gás 6 000 – 15 000 - -
Dimensionamento de Linhas
Circuitos Hidráulicos
FIGUEIRA DA FOZ, 28 DE ABRIL, 2016 26TECNICELPA
Critérios de Dimensionamento – Outros Serviços
ServiçoPerda de carga máx. (bar/km)
Velocidade máx.(m/s)
Condensados fase mista 0.2 – 0.3 10 – 20
Água Alimentação Caldeira
4.5 - 9 6
Líquido + sólidos - 3
Gás + Sólidos(transporte pneumático)
- 20 - 30
Circuitos Hidráulicos
Dimensionamento de Linhas
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FIGUEIRA DA FOZ, 28 DE ABRIL, 2016 27TECNICELPA
Critérios de Dimensionamento – Pasta
Circuitos Hidráulicos
Dimensionamento de Linhas
Consistência <1% 2% 3% 4% 5% 6%
Velocidade mínima (m/s)
1.4 – 1.7 1.2 – 2.4 1.2 – 2.3 1.2 – 2.0 1.1 – 1.3 0.7 – 1.1
Velocidade máxima (m/s)
1.7 – 3.0 2.2 – 3.0 2.7 – 3.0 1.4 – 2.8 1.4 – 1.7 0.9 – 1.4
(*) Intervalos de velocidade para diâmetros de linha entre DN50 e DN400 .
FIGUEIRA DA FOZ, 28 DE ABRIL, 2016 28TECNICELPA
Método:
Especificação de Processo
→ Propriedades do fluido
→ Selecção do tipo de bomba
Centrífuga (primeira escolha, sempre que possível)
Deslocamento positivo
→ Tipo de controlo de caudal
Válvula de controlo
Variador de velocidade
Especificação de Bombas
Circuitos Hidráulicos
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FIGUEIRA DA FOZ, 28 DE ABRIL, 2016 29TECNICELPA
Método (cont.):
Especificação de Processo
→ Parâmetros de operação:
Caudal volumétrico (normal / mínimo / “rated”)
Pressão de aspiração (*)
Pressão de descarga (*)
Pressão diferencial (∆P) / Altura manométrica (∆H) (*)
NPSH disponível (*)
(*) para o caudal “rated”.
Circuitos Hidráulicos
Especificação de Bombas
FIGUEIRA DA FOZ, 28 DE ABRIL, 2016 30TECNICELPA
Método (cont.):
Especificação de Processo
→ Estimativas da potência ao veio e da potência do motor
→ Condições de design (pressão e temperatura)
→ Pressão de “shut-off” (caudal zero)
→ Modo de operação (individual ou em paralelo)
→ Materiais
Circuitos Hidráulicos
Especificação de Bombas
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Especificação de Bombas
FIGUEIRA DA FOZ, 28 DE ABRIL, 2016 31TECNICELPA
Método (cont.):
Especificação de Processo
Instrumentação
Especificação Mecânica
Electricidade
Especificação de Bombas
Apresentação de Casos Práticos
FIGUEIRA DA FOZ, 28 DE ABRIL, 2016 32TECNICELPA
Caso 1: Consistência Pasta vs. Consumo Eléctrico Bomba
Caso 2: Diâmetro Linha vs. Consumo Eléctrico
Caso 3: Válvula de Controlo vs. VSD
Apresentação de Casos Práticos
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Caso 1: Consistência Pasta vs. Consumo Eléctrico Bomba
FIGUEIRA DA FOZ, 28 DE ABRIL, 2016 33TECNICELPA
Dados Base
Dados
Produção (tAD/dia) 500
Intervalo de consistências (%) 1.1 – 6.0
Diâmetros de Linha (DN) 200 - 400
Apresentação de Casos Práticos
Caso 1: Consistência Pasta vs. Consumo Eléctrico Bomba
FIGUEIRA DA FOZ, 28 DE ABRIL, 2016 34TECNICELPA
Apresentação de Casos Práticos
→ Consistência óptima de
bombagem varia com o
diâmetro da linha!
0
2
4
6
8
10
12
14
16
150 200 250 300 350 400 450
Pot.
Vei
o (
kW/1
00m
)
Diâmetro Linha (DN)
Potência mínima bombagem vs. Diâmetro Linha
0
10
20
30
40
50
60
0 1 2 3 4 5 6 7
Pot.
vei
o (
kW/1
00m
)
Potência Veio Bomba vs. Consistência
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Caso 2: Diâmetro Linha vs. Consumo Eléctrico
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Tabela Comparativa de Diâmetros
CenáriosCenário 6”
DN 150Cenário 8”
DN 200
Caudal (m3/h) 200
Comprimento equivalente (m) 300
Velocidade fluido (m/s) 2.9 1.7
Perda de carga (bar) 1.35 0.34
Potência (kW) 9
Apresentação de Casos Práticos
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CAPEX OPEX
Bomba Desprezável -
Tubagem (fornecimento e montagem) - 22 000 € -
Energia Eléctrica - + 11 500 €/ano
→ “Pay-back” de aproximadamente 2 anos(excluindo actualização de capital e de preços de energia eléctrica)
Caso 2: Diâmetro Linha vs. Consumo Eléctrico
Tabela CAPEX vs. OPEX
Apresentação de Casos Práticos
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FIGUEIRA DA FOZ, 28 DE ABRIL, 2016 37TECNICELPA
Caso 3: Válvula de Controlo vs. VSD
Apresentação de Casos Práticos
FIGUEIRA DA FOZ, 28 DE ABRIL, 2016 38TECNICELPA
Caso 3: Válvula de Controlo vs. VSD
Apresentação de Casos Práticos
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FIGUEIRA DA FOZ, 28 DE ABRIL, 2016 39TECNICELPA
CAPEX OPEX
Bomba (sem VSD – com VSD) - 2 500 € -
Energia Eléctrica (sem VSD – com VSD) - + 15 000 €/ano
→ “Pay-back” de aproximadamente 2 meses(excluindo actualização de capital e de preços de energia eléctrica)
Caso 3: Válvula de Controlo vs. VSD
Tabela CAPEX vs. OPEX
Apresentação de Casos Práticos
FIGUEIRA DA FOZ, 28 DE ABRIL, 2016 40TECNICELPA
Conclusões
→ O valor do investimento de um sistema de bombagem
representa apenas uma fracção do custo total do seu ciclo de
vida.
→ Optimização dos sistemas de bombagem são fundamentais
para uma racionalização do consumo energético numa
instalação industrial.
→ O design de uma sistema de bombagem deve reflectir o
melhor compromisso OPEX/CAPEX.
→ O design de sistemas de bombagem num contexto
multidisciplinar é fundamental para sua boa concepção.
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Obrigado pela atenção!
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Alexandra DolgnerTiago Henriques
TECNICELPAFigueira de Foz, 28 de Abril de 2016
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