RELATRIO DE PLANO DE TRABALHO

UFPE CTG DEQPLANO DE TRABALHO PARA AS DISCIPLINAS DE TCC E ESTGIO1 IDENTIFICAO

Nome do aluno:

Matrcula:Curso:

Professor(a) Orientador(a):

Incio das atividades:

2 TTULO DO TRABALHO

Balano trmico do sistema de aquecimento de uma indstria de resina pet.

3 INTRODUO / OBJETIVOS

A qualidade final de um produto est diretamente ligada a altos padres operacionais, entretanto, para garantir a eficincia dos fatores operacionais necessrio que insumos como gua, ar comprimido, energia eltrica, energia trmica e etc, tambm estejam num padro elevado. Desta forma, dentro de uma indstria, o setor de Utilidades tem tanta responsabilidade na qualidade do processo e do produto final, quanto o setor de Operaes.Numa planta petroqumica de polimerizao fabricao de resina PET que tem reaes qumicas (a elevadas temperaturas) intrnsecas ao processo, o Sistema de Aquecimento parte crucial para que o processo, alm de no parar, mantenha-se na qualidade desejada. Tal sistema responsvel tanto pela manuteno da temperatura nos vasos e tubulaes, quanto por ceder energia reao qumica, favorecendo-a.

O Sistema de Aquecimento composto pelos geradores e consumidores de calor e pelas linhas de transmisso. Logo, o balano trmico, que nada mais do que a quantificao e comparao das entradas e sadas de calor de um sistema, permite evidenciar a eficincia da gerao de calor, alm de identificar possveis perdas.Ento, o presente trabalho visa, de uma forma geral, realizar o clculo do balano trmico nas diversas condies de operao da planta e, mais especificamente, o objetivo deste trabalho utilizar os conceitos da termodinmica, da transferncia de calor, da instrumentao e da computao para realizao de tal clculo.

4 RELEVNCIA DO TEMA / JUSTIFICATIVA

O balano trmico fundamental no exame e avaliao das condies de gerao e utilizao de energia de uma instalao industrial, pois, sabe-se que os custos e a preocupao com impactos ambientais atrelados ao gasto de energia vem aumentando com o passar dos anos.

Alm do mais, o acompanhamento sistemtico e detalhado dos equipamentos nas suas diversas condies de operao, assim como a obteno das suas principais caractersticas, permite desenvolver, do ponto de vista energtico, sensibilidade sobre o processo ou equipamento, avaliar as diversas parcelas de energia com potencial de recuperao e tomar decises tcnico-econmicas sobre alternativas possveis de economia de energia.

5 ESTADO-DA-ARTE e METODOLOGIA

Para realizar um balano trmico, necessita-se conhecer alguns conceitos bsicos, baseados na Primeira Lei da Termodinmica, que diz que a energia no se cria, nem se destri, apenas se modifica. Assim, precisa-se conhecer tambm os tipos de fluxos de energia que entram ou saem de um sistema (SMITH, VAN NESS, 1975). Usar um balano trmico de forma simples e acessvel est atrelado a represent-lo em forma de equao, representando cada termo do balano em forma de smbolo (HIMMELBLAU, 1984).A Primeira Lei da Termodinmica se aplica ao sistema e sua vizinha, sendo que o sistema a regio onde o processo ocorre, para o qual devemos dirigir nossa ateno. O que separa o sistema da sua vizinha so as fronteiras do sistema e essas podem ser reais ou imaginrias, rgidas ou flexveis. O sistema pode ser considerado fechado quando no h troca de matria com a vizinhana. Quando h troca, o sistema aberto (SMITH, VAN NESS, 1975; HIMMELBLAU, 1984).As propriedades do sistema podem ser extensivas e intensivas. As primeiras so dependentes da quantidade de matria presente no sistema e as segundas no. Assim, o estado do sistema determinado por seu conjunto de propriedades intensivas. (SMITH, VAN NESS, 1975; HIMMELBLAU, 1984).Dentro de uma indstria de processos qumicos, as principais formas de energia so (HIMMELBLAU, 1984):

- Trabalho (W), que uma forma de energia representando uma transferncia entre o sistema e a sua vizinhana, sendo positivo quando ocorre sobre o sistema e negativo quando feito pelo sistema sobre a vizinhana. Calcula-se o Trabalho segundo a Equao 1:

(Equao 1)Onde F uma fora na direo s que atua sobre o sistema (trabalho positivo) ou que atua sobre a vizinhana a partir do sistema (trabalho negativo).

- Calor (), que uma poro do fluxo total de energia, fluxo este, causado por um gradiente de temperatura entre as temperaturas do sistema e da vizinhana, que flui atravs de uma fronteira do sistema. Quando transferido para o sistema, o Calor positivo e, quando transferido do sistema para a vizinhana, negativo. O Calor no se armazena, nem se cria e pode ser transferido por conduo, conveco e radiao. Calcula-se o Calor (fluxo de calor), de forma genrica, segundo a Equao 2:

(Equao 2)Onde a taxa de transferncia de calor, A a rea que ocorre a transferncia de calor, T o gradiente de temperatura e U o coeficiente global de troca trmica. Quando no h barreiras para essa transferncia, o Calor pode ser calculado de acordo com a Equao 3:

(Equao 3)Onde m a massa do componente, cp o calor especfico e T continua sendo o gradiente de temperatura.

- Energia Cintica (K) a forma de energia que um sistema possui devido sua velocidade em relao vizinhana que se encontra em repouso. Calcula-se a Energia Cintica a partir da Equao 4:

ou (Equao 4)Onde a Energia Cintica por unidade de massa (Energia Cintica especfica).

- Energia Potencial a energia que o sistema possui devido fora exercida sobre sua massa por um campo gravitacional ou eletromagntico em relao a uma superfcie de referncia. Calcula-se a Energia Potencial a partir da Equao 5:

ou (Equao 5)

Onde a Energia Potencial por unidade de massa (Energia Potencial especfica).

- Energia Interna a forma de energia atrelada ao movimento de molculas relativo ao centro de massa do sistema, ao movimento rotacional e vibracional ou de interao eletromagntica de molculas, e ao movimento e interaes de constituintes atmicos ou subatmicos das molculas. Logo, analisando microscopicamente, Energia Interna de um sistema simplesmente a soma de todas as diferentes formas de energia possudas pelas molculas das substncias que compe o sistema, incluindo as energias molecular, qumica e atmica. Em escala macroscpica, no se quantifica a Energia Interna de uma forma absoluta, podendo determin-la relativamente a algum nvel de referncia arbitrrio e conveniente, em que a Energia Interna considerada nula. Finalmente, a Energia Interna uma medida macroscpica das energias moleculares atmicas e subatmicas. Calcula-se a Energia Interna a partir de outras variveis que podem ser medidas macroscopicamente, tais como: presso, volume, temperatura e composio.- Entalpia se define como a forma de energia gerada a partir da combinao de duas variveis frequentes num balano de energia em sistemas abertos. Sendo representada pela Equao 6 (considerando um sistema aberto): (Equao 6)Da mesma forma que a Energia Interna (U), a entalpia tambm calculada atravs de variveis que podem ser medidas macroscopicamente, ento, pode-se obter a Equao 7 para a Entalpia:

Considerando presso constante:

Finalmente:

(Equao 7)Apenas variaes de entalpia podem ser calculadas.Normalmente se utiliza vapor de gua como fluido de transferncia de calor, entretanto, para elevadas temperaturas, seria necessrio elevadas presses e tubulaes e vasos de presses com paredes mais espessas para suport-las, elevando o custo do Sistema de Aquecimento e da planta como um todo. Assim sendo, a utilizao de um fluido que atinja elevadas temperaturas a baixas presses prefervel. Alm disso, o fluido deve apresentar estabilidade trmica, baixa viscosidade e baixo ponto de congelamento (The Dow Chemical Company, Dados tcnicos do produto DOWTHERM A, 1997).METODOLOGIA

Para realizar um balano trmico se segue as etapas abaixo discriminadas:

- Eleger os equipamentos que entraro nos clculos (ETAPA 1);

- Definir grandezas a serem mensuradas, necessrias aos clculos (ETAPA 2);

- Levantar dados referentes aos equipamentos envolvidos (ETAPA 3);

- Realizar os clculos utilizando as equaes bsicas de Clculo de Balanos de Energia, encontradas na literatura (ETAPA 4);

- Tabelar todos os dados, inclusive os resultados (ETAPA 5);

- O balano realizado num momento deve representar as condies mdias de funcionamento dos equipamentos selecionados. Aps o levantamento dos dados e do clculo da quantidade de energia utilizada por cada equipamento, ser montada uma tabela no Excel com atualizao instantnea do software PI - supervisrio utilizado na planta (ETAPA 6).- Ser realizada a anlise de situaes passadas e da situao atual e, ento, ser avaliada a necessidade de melhorias (ETAPA 7).

6 ETAPAS com CRONOGRAMA

As etapas foram definidas na metodologia e, contando da data de entrega deste documento at uma semana antes do incio das defesas dos projetos, tem-se 14 (quatorze) semanas.

SEMANAS

ETAPA 1

ETAPA 2

ETAPA 3

ETAPA 4

ETAPA 5

ETAPA 6

ETAPA 7

SEMANA 1

X

X

SEMANA 2

X

SEMANA 3

X

SEMANA 4

X

SEMANA 5

X

SEMANA 6

X

SEMANA 7

X

SEMANA 8

X

SEMANA 9

X

SEMANA 10

X

SEMANA 11

X

SEMANA 12

X

SEMANA 13

X

SEMANA 14

X

7 RESULTADOS ESPERADOS

Devido pouca ateno dada ao Setor de Utilidades, espera-se encontrar baixa eficincia no Sistema de Aquecimento como um todo, podendo ajustar tanto tal sistema quanto o processo fabril para que haja, alm de uma maior eficincia, menor gasto com insumos e menores impactos ambientais.

Espera-se tambm, aprofundamento nas leis e conceitos da termodinmica, da transferncia de calor e de massa e desenvolvimento da forma de pensar como engenheiro, desenvolvendo sensibilidade sobre o processo e seus equipamentos, aprimorando a avaliao das diversas parcelas de energia com potencial de recuperao e tornando decises tcnico-econmicas, sobre alternativas possveis de economia de energia, mais comuns.

8 INFRA-ESTRUTURA DISPONVEL (equipamentos, reagentes e/ou qualquer tipo de material ou servio necessrio)

(X) SIM ( ) NO Se indisponvel, qual a previso ? ________________________ (atentar para os prazos)

9 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS iniciais

- SMITH, J. M.; VAN NESS, H. C.; ABBOTT, M. M. Introduo Termodinmica da Engenharia Qumica. 7 Edio. LTC Editora. 2007.- HIMMELBLAU, D. M. Princpios Bsicos e Clculos na Engenharia Qumica. 6 Edio. Prentice-Hall. 1997.

- BEJAN, A.; TSATSARONIS, G.; MORAM, M. Thermal Design & Optimization. John Wiley & Sons. 1996.- MORAM, M.; SHAPIRO, H.; BOETTNER, D.; BAILEY, M. Fundamental of Engineering Thermodynamics. 7 Edio. John Wiley & Sons. 2010.

- PINHEIRO, P. C.; CERQUEIRA, S. A. Mtodo de clculo do balano trmico de caldeiras; disponvel em http://www.demec.ufmg.br/professor/paulocpinheiro/papers/balanco.pdf; acessado em 02/06/2014.- KENNEY, W. F. Energy Conservation in the Process Industries. 7 Edio. Academic Press. 1984.- ROSS, M. Chapter 18, Industrial Energy Conservation.

10 OBSERVAES (em caso de necessidade)

Data : ______________________________________________________

Assinatura do(a) aluno(a)_______________________________________

Assinatura do(a) Orientador(a)

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