CAPÍTULO 4CAPÍTULO 4
AVALIAÇÃO ECONÔMICA AVALIAÇÃO ECONÔMICA PRELIMINARPRELIMINAR
24 de abril de 2013
SÍNTESE ANÁLISE
PROJETO
INTRODUÇÃO GERAL
1
INTRODUÇÃO À
SÍNTESE DE PROCESSOS
8
6
SÍNTESE DESISTEMAS DE SEPARAÇÃO
7
SÍNTESE
SÍNTESE DE
SISTEMAS DE
INTEGRAÇÃO ENERGÉTICA
INTRODUÇÃO À
ANÁLISE DE PROCESSOS
2
ESTRATÉGIAS
DE CÁLCULO
3
OTIMIZAÇÃOAVALIAÇÃO
ECONÔMICA
4 5
ANÁLISE
PROJETO: encontrar a melhor solução no meio do conjunto numeroso e desordenado das soluções viáveis.
SÍNTESEGeração de todos os fluxogramas
possíveis
ANÁLISEPrevisão e avaliação de cada
fluxograma
Determinar o conjunto ótimo das dimensões dos equipamentos e correntes (otimização paramétrica)
Identificar o fluxograma ótimo
UM DOS PROCEDIMENTOS MAIS UTILIZADOS
ORGANIZAR AS ETAPAS NA FORMA DE UMA ÁRVORE DE ESTADOS (REPRESENTAÇÃO)
E PERCORRE-LA SISTEMATICAMENTE
Nível TecnológicoSeleção de uma Rota
Fluxograma ?Dimensões ?
Nível EstruturalSíntese de um
FluxogramaDimensões ? Lucro?
Nível ParamétricoAnálise do Fluxograma
Dimensionamentodos Equipamentos
e das Correntes. Lucro.
Solução Ótima: Reagentes = D,E; Fluxograma = 3; x = 4
RaizRota Química ?Fluxograma ?Dimensões ?
Decomposição, Representação e Resolução do Problema de Projeto por Busca Orientada por Árvore de Estados
P?? ?
D+E P+FD,E P,F
??
A+B P+CA,B P,C
??
1 PAB Cx
?
T D
2PA
B Cx
?T A
P3DE Fx
?
DM
PF
4DE x
?
M E
L
x
6
x o = 3x*
8
L
xx o = 4x*
L
10
xx o = 6x*
L
x
7
x o = 5x*
UMA DAS PEÇAS-CHAVE NA ANÁLISE
MODELOECONÔMICO
AVALIAÇÃO
ECONÔMICA
4
ESTRATÉGIAS
DE CÁLCULO
3
INTRODUÇÃO À
ANÁLISE DE PROCESSOS
2
OTIMIZAÇÃO
5
Resumo da Análise de ProcessosCorrespondência dos Capítulos com os Módulos Computacionais
OTIMIZAÇÃO
Variáveis Especificadas
Variáveis de Projeto
Parâmetros Econômicos
ParâmetrosFísicos MODELO
FÍSICODimensões Calculadas Lucro
Calcular Lucro
Resolver Problema
Otimizar Processo
DimensionarExtrator
DimensionarEvaporador
DimensionarCondensador
DimensionarResfriador
DimensionarMisturador
SimularExtrator
SimularEvaporador
SimularCondensador
SimularResfriador
SimularMisturador
SimularProcesso
DimensionarProcesso
ORGANIZAÇÃO DA DISCIPLINA
INTRODUÇÃO GERAL
1
INTRODUÇÃO À
SÍNTESE DE PROCESSOS
8
6
SÍNTESE DE
SISTEMAS DE SEPARAÇÃO
7
SÍNTESE
SÍNTESE DE
SISTEMAS DE
INTEGRAÇÃO ENERGÉTICA
AVALIAÇÃO
ECONÔMICA
4
INTRODUÇÃO À
ANÁLISE DE PROCESSOS
2
ESTRATÉGIAS
DE CÁLCULO
3
OTIMIZAÇÃO
5
ANÁLISE
FINALIDADE DO CAPÍTULO
Apresentar um procedimento aproximado para a Avaliação Econômica de processos
condizente com o estágio preliminar do projeto. (quando são examinadas muitas alternativas de fluxogramas).
4. AVALIAÇÃO ECONÔMICA DE PROCESSOS
4.2 Estimativas Econômicas 4.2.1 Estimativa de Custos 4.2.2 Estimativa de Investimento
4.3 Dados para a Estimativa de Custos e de Investimento 4.3.1 Rudd & Watson 4.3.2 Douglas
4.1 Introdução
4.1 INTRODUÇÃO
Objetivo da AnáliseAvaliação do desempenho econômico de um processo.
Desempenho Sinônimos: comportamento, “performance”.
Um sistema pode exibir dois tipos de desempenhoReal
Previsto
Desempenho Físico Real: medições (instrumentação) e cálculos (modelos).
Desempenho Econômico Previsto: modelos econômicos.
Desempenho Econômico Real: contabilidade
Desempenho Real o processo se encontra em operação
Desempenho Previsto o processo ainda se encontra em fase de projeto ou
em fase de operação em novas condições.
Desempenho Físico Previsto: modelos físicos
Critério adotado nesta disciplina (Rudd & Watson)
Happel: Venture Profit Lucro do Empreendimento (LE)
Lucro do Empreendimento: LE = L1 - L0
L0: Lucro proporcionado por um investimento “padrão” com: - retorno garantido i ($/a) / ($ investido) - sem risco comercial.
L1: Lucro previsto para o processo, com: - retorno estimado j ($/ano) / ($ investido) - com risco comercial.
É o Lucro Relativo àquele proporcionado por um investimento “padrão”
Sejam:
LE > 0: empreendimento vantajoso
LE = 0: empreendimento indiferente
LE < 0: empreendimento desvantajoso
Lucro do Empreendimento
LE = L1 - L0
Outros Critérios
Valor presente líquido (VPL) Taxa interna de retorno (TIR) Tempo de retorno (payback period)
EQE 486 PLANEJAMENTO E AVALIAÇÃO DE PROJETOS
Fluxograma Ilustrativo do Lucro do Empreendimento
InstalaçõesFísicas
Lucro Bruto
ReceitaR $/a
Custo Total
LB = R - Ctotal $/a
Lucro LíquidoApós o I.R.
Imposto de RendaIR = t (LB - D) $/a
t
LD = LA - IR $/a
Lucro LíquidoApós o Risco
LL = LD - CR $/a
hi
Retorno garantidosobre o
investimento
RI = i Itotal $/a
Compensaçãopelo Risco
CR = h Itotal $/a
Lucro Líquidoantes do I.R.
LA = LB - D $/a
Ctotal $/a
ee
Depreciação
D = e Idireto $/a
Lucro do Empreendimento: LE = LB - (D + IR ) - RIR $/a
Lucro doEmpreendimento
Retorno sobre o Investimento + RiscoRIR = (i + h) Itotal = im Itotal $/a
RIR
Itotal $Itotal
$
h, i: subjetivos
Valores Típicos da Taxa de Retorno sobre o Investimento(Rudd & Watson)
Tipo de Indústria i [($/a)/$ investido]Papel e Celulose. Borracha 0,08 - 0,10
Fibras Sintéticas. Produtos Químicos.Petróleo 0,11 - 0,13Produtos Farmacêuticos. Extração.Mineração 0,16 - 0,18
Provenientes do mercado
Valores Típicos para a Taxa de Risco(Rudd & Watson)
Tipo deRisco
h [($/a)/$ investido] Tipo de Projeto
Elevado 0,20 - 1,00 projetos que compreendem grandenovidade ou baseados eminformações incertas sobre vendas,produtos e matérias primas.
Razoável 0,10 - 0,20 projetos um pouco fora do campode atividade da empresa, ouprodutos ou processos relativamentenovos ainda não devidamentecomprovados.
Médio 0,05 - 0,10projetos dentro do campo daatividade da empresa, porém comalgumas novidades ou cominformações indefinidas quanto aomercado.
Bom 0,01 - 0,05 expansão de atividades existentesnum mercado conhecido
Excelente 0,00 - 0,01 redução de custos em processoexistente, num ambiente estável
Definidos pelo Investidor
4. AVALIAÇÃO ECONÔMICA DE PROCESSOS
4.1 Introdução
4.2.1 Estimativa de Custos 4.2.2 Estimativa de Investimento
4.3 Dados para a Estimativa de Custos e de Investimento 4.3.1 Rudd & Watson 4.3.2 Douglas
4.2 Estimativas Econômicas
4.2 ESTIMATIVAS ECONÔMICAS
Estimativa aproximada: utiliza correlações e fatores empíricos. Uso nos estágios preliminares do projeto (erros até 35%).
Estimativa detalhada : baseada em desenhos e especificações detalhadas de equipamentos e tubulações. Negociação com fabricante de equipamentos.
Dois tipos extremos de estimativas de custos:
Desenvolver uma expressão simples para a estimativa aproximada em função de
LE = a R – b (Cmatprim + Cutil) - c I
Objetivo do Capítulo (refinando...)
- Receita (R)- Custos de matérias primas (Cmatprim), e de utilidades (Cutil) - Custos de Investimento (I)
Que são calculados facilmente a partir dos resultados do dimensionamento e da simulação
W6 =8.615 kg/hT*
6 = 150 oC
W10 =36.345 kg/hT*
10 = 80 oC
W13 = 36.345 kg/hT13 = 25 oC
W11 = 59.969 kg/hT*
11 = 15 oCW8 = 228.101 kg/hT*
8 = 15 oC
W*1 = 100.000 kg/h
x*11 = 0,002
T*1 = 25 oC
f11 = 200 kg/hf31 = 99.800 kg/h
W7 = 8.615 kg/hT*
7 = 150 oC
W5 = 36.345 kg/hT*
5 = 80 oC
W3 = 37.544 kg/hx13 = 0,002
T3 = 25 oCf13 = 120 kg/hf23 = 37.424 kg/h
W4 = 1.200 kg/hx*
14 = 0,1
T4 = 80 oCf14 = 120 kg/hf24 = 1.080 kg/h
W12 = 59.969 kg/hT*
12 = 30 oCW12 = 228.101 kg/hT*
12 = 30 oC
W14 = 1.080 kg/hT*
14 = 25 oC
W2 = 99.880 kg/hx12 = 0,0008
T2 = 25 oCf12 = 80 kg/hf32 = 99.800 kg/h
EXTRATOR
Extrato
Rafinado
EVAPORADOR
CONDENSADORRESFRIADORMISTURADOR
BOMBA
1
2
3
4
5
67
8
9
10
11
12
13
14
15
Vd = 11.859 l
*= 0,0833 h
r* = 0,60
Ae = 124 m2
Ac = 119 m2Ar = 361 m2
W15 = 37.425 kg/hT13 = 25 oC
LE = a R – b (Cmatprim + Cutil) - c I
PROCESSO ILUSTRATIVO
INCÓGNITAS
L
AVALIAÇÃO
ECONÔMICA
Vd,Ae,Ac,Ar
VARIÁVEIS DE PROJETO
r,T9,T12OTIMIZAÇÃO
W4,W6,W8,W11,W14
MODELOFÍSICO
VARIÁVEIS ESPECIFICADAS
W1x11,x14
T1,T2,T5,T6,T7,T8,T10,T11,T14,
4. AVALIAÇÃO ECONÔMICA DE PROCESSOS
4.1 Introdução
4.2 Estimativas Econômicas 4.2.2 Estimativa de Investimento
4.3 Dados para a Estimativa de Custos e de Investimento 4.3.1 Rudd & Watson 4.3.2 Douglas
4.2.1 Estimativa de Custos
4.2.1 ESTIMATIVA DOS CUSTOS
LE = (1- t) (R – Ctotal – e Idireto) – im Itotal $/a
LE = LB - D - IR – RIR $/a LB = R – Ctotal
D = e Idireto
IR = t (LB - D) RIR = RI + CR = (i + h) Itotal = im Itotal
O que são Ctotal ??? Idireto??? Itotal ???
Em azul, as variáveis que figuram na expressão final.
Em Peters & Timmerhaus, são apresentadas faixas de valores para diversas correlações.
Na estimativa aproximada, diversos custos são, agilmente, correlacionados a outros, com base na experiência acumulada
em avaliação econômica de processos.
Segue-se um resumo com os valores médios das faixas apresentadas por Peters & Timmerhaus.
Detalhes: Tabela 4.3 do Livro.
Ctotal = (Cmatprim + Cutil) + 0,076 Ifixo + 0,27 Ctotal + 0,025 R $/a
Ctotal = 1,37 (Cmatprim + Cutil) + 0,104 Ifixo + 0,034 R $/a
Ctotal = Cprod + Cgerais $/a
Cprod = Cdiretos + Cfixos
Cdiretos = (Cmatprim + Cutil) + Cmanut + Csupr + (Cmobra + Cadm + Clab) + Croy
Cdiretos = (Cmatprim + Cutil) + 0,046 Ifixo + 0,27Ctotal
Cfixos = Cimpost + Csegur + Calug + Cjur
Cfixos = 0,03 Ifixo
Cprod = (Cmatprim + Cutil) + 0,076 Ifixo + 0,27 Ctotal
Cgerais = 0,025 R
Ctotal
LE = (1- t) (R – Ctotal – e Idireto) – im Itotal $/a
Ctotal = 1,37 (Cmatprim + Cutil) + 0,104 Ifixo + 0,034 R
LE = 0,48 R - 0,68 (Cmatprim + Cutil) - 0,05 Ifixo – 0,05 Idireto- 0,15 Itotal $/a
O que são I fixo ????? I direto ??? I total ??????
Aplicando: e = 0,10 t = 0,5 im = 0,15
LE = 0,5 (R – Ctotal – 0,1 Idireto) – 0,15 Itotal $/a
LE = 0,5 (R – 1,37 (Cmatprim + Cutil) - 0,104 Ifixo - 0,034 R – 0,1 Idireto) – 0,15 Itotal $/a
Retornando a LE
em que:
4. AVALIAÇÃO ECONÔMICA DE PROCESSOS
4.1 Introdução
4.2 Estimativas Econômicas 4.2.1 Estimativa de Custos
4.3 Dados para a Estimativa de Custos e de Investimento 4.3.1 Rudd & Watson 4.3.2 Douglas
4.2.2 Estimativa de Investimento
Itotal = Ifixo + Igiro + Ipartida $
4.2.2 ESTIMATIVA DO INVESTIMENTO
OSBL = 0,45 ISBL (custo de investimento "Outside Battery Limits")
ISBL: custo instalado dos equipamentos diretamente envolvidos na produção ("Inside Battery Limits")
Idireto = ISBL + OSBL
Ifixo = Idireto + Iindireto
Inside Battery Limits
Outside Battery Limits
matériaprima produto
4.2.2 ESTIMATIVA DO INVESTIMENTO
Itotal = 2,34 ISBL $
Igiro = 0,15 Itotal
Ipartida = 0,10 Ifixo
Ifixo = 1,81 ISBL
Iindireto = 0,25 Idireto
Idireto = 1,45 ISBL
Itotal = Ifixo + Igiro + Ipartida $
OSBL = 0,45 ISBL (custo de investimento "Outside Battery Limits")
ISBL: custo instalado dos equipamentos diretamente envolvidos na produção ("Inside Battery Limits")
Idireto = ISBL + OSBL
Ifixo = Idireto + Iindireto
LE = 0,48 R - 0,68 (Cmatprim + Cutil) - 0,05 Ifixo – 0,05 Idireto- 0,15 Itotal $/a
Ifixo = 1,81 ISBLIdireto = 1,45 ISBLItotal = 2,34 ISBL
LE = 0,48 R - 0,68 (Cmatprim + Cutil) - 0,46 ISBL $/a
LE = 0,48 R - 0,68 (Cmatprim + Cutil) - 0,46 ISBL $/a
Como se estima ISBL ???
Os coeficientes não são universais.Eles dependem
(a) dos custos pertinentes a cada projeto(b) das correlações utilizadas intermediariamente que variam com a experiência do avaliador e com a região em que se desenvolve o projeto.
LE = 0,5 R - 0,7 (Cmatprim + Cutil) - 0,5 ISBL $/a
Esticando... LE = 0,5 (R - Cmatprim - Cutil – ISBL) $/a
Aproximação prática para a discriminação de muitos fluxogramas alternativos gerados na Síntese, com um mesmo nível de erro:
iM
bi
iEbiEi )
Q
Q(II
Q i: dimensão característica do equipamento i, calculada ou especificada (volume , área, pressão...).Qb i: valor-base da dimensão característica do equipamento i cujo custo
de investimento IEbi é conhecido.Mi : fator de escala para o equipamento i, válido para uma faixa de valores de Qi
IEi : preço de compra do equipamento i para a dimensão Qi.
ISBL = fT fD fL IEi
IEbi, Qbi, Mi: gráficos (Guthrie) e tabelas.
São função de local e data.
ExemploTrocador de Calor casco-e-tubo
I = 1.350 (A / 50)0,48 $ (50 < A < 300 ft2)
iM
bi
iEbiEi )
Q
Q(II
ISBL = fT fD fL IEi
fT, fD, fL : fatores empíricos.
fL (fator de Lang): transforma preço de compra em custo instalado. (inclui estrutura, pintura, instalação elétrica, instrumentação,...)
fD : transforma preço de compra levantado no ano A no preço de compra no ano em que está sendo executado o projeto. (utiliza Índices de Preços IC. Ex.: Ch.Eng. Cost Index) f D = IC a / IC b (a: ano da avaliação; b: ano da tabela) Exemplo: preço tabelado em 1960: 1.350 $ preço estimado em 2000: 1.350 x (IC2000 / IC1960) = 1.350 (394/102) = 5.215 $
fT: transforma o preço de compra na região em que foi levantado no preço de compra na região em que será construída a planta. (considera frete, armazenamento, alfândega, etc.)
4. AVALIAÇÃO ECONÔMICA DE PROCESSOS
4.1 Introdução
4.2 Estimativas Econômicas 4.2.1 Estimativa de Custos 4.2.2 Estimativa de Investimento
4.3.1 Rudd & Watson 4.3.2 Douglas
4.3 Dados para a Estimativa de Custos e de Investimento
Correlações de Custo para Alguns Equipamentos Típicos(Rudd & Watson)
Equipamento IEb($, 1961) Qb Faixa de Q M
Sopradores 1 psi 7 psi
3606900
70 cfm1400
70 - 14001400 - 6000
0,460,35
Caldeira 9800 4000 4000 - 20000 0,67CentrífugasAço carbono
Aço inoxidável2870043000
40 in.(cesta)40 in.
40 - 6640 - 66
0,810,63
Compressor de ar 80000 240 hp 240 - 2000 0,29Cristalizador 22100 10 t/d 10 - 1000 0,63Evaporadores
(película) 92001120017900
4 ft29 ft2
33 ft2
4 - 99 - 33
33 - 66
0,240,360,55
Filtros-prensa 800 10 ft2 10 - 300 0,85Trocadores de Calor
casco-e-tubotubos aletados
refervedor
135054004070
50 ft2700400
50 - 300700 - 3000400 - 600
0,480,58
0,25Misturador 3900 15 hp 15 - 25 0,19
Vasos de pressão(aço carbono)
10604830
3000 lb30000 lb
3000 - 600030000 - 100000
0,600,80
Bombas centrífugas(ligas)
13002480
10 hp25 hp
10 - 2525 - 100
0,680,86
TanquesAço carbono
Aço inoxidável240730
300 gal150
300 - 1400150 - 500
0,660,69
4.3 DADOS PARA A ESTIMATIVA DE CUSTOS DE INVESTIMENTO
ExemploTrocador de Calor casco-e-tubo
I = 1.350 (A / 50)0,48 $ (50 < A < 300 ft2)
Exemplo: Processo Ilustrativo
Resultado do Dimensionamento do Processo Ilustrativo
1
2
3
4
5
67
8
9
10
11
12
13
14
15
W1
x11
T1
2T
T3
13
23 W7
T7
W6
T6
Ae
W5
T5W
8T
8
W9
T9
W10
T10
W11
T11
W12
T12
Ac
Ar
W13
T13
W14
T14
W15
T15
extrato
águaágua
vapor
EVAPORADOR
EXTRATOR
CONDENSADORRESFRIADOR
MISTURADOR
alimentação
bomba
decantador
Vd
2
m2
m2
= 25 C
= 25 C
= 150 C = 150 C
= 25 C
= 15 C= 15 C
= 80 C
= 25 C
= 25 C
= 25 C
= 80 C
kg/h
20 HP
=
t = 0 ,0833 h
r = 0,60
f
11
f31
f
f
12
32
rafinado
f
f
T4
x14
produto
= 80 C
= 0,10
f14
f24
= 59.969 kg/h
= 30 C = 30C
= 59.969 kg/h
= 361
= 37.425
= 228.101 kg/h
= 124 m
= 8.615 kg/h = 8.615 kg/h
= 120 kg/h
= 37.424 kg/h
= 120 kg/h= 99.800 kg/h
= 80 kg/h= 200 kg/h
= 99.800 kg/h
= 0,002
11.859 l
= 119
= 100.000 kg/h
= 1.080 kg/h
= 1.080 kg/h
= 228.101 kg/h
= 36.345 kg/h
= 36.345 kg/h= 36.345 kg/h
LE = aR - b(Cmatprim + Cutil) - c I
R = pAB f14 Fop $/a
Investimento:Ib = Ibb (20/Pbb) Mb $Id = Idb (Vd/Vdb) Md $
Ie = Ieb (Ae/Aeb) Me $
Ic = Icb (Ac/Acb) Mc $ Ir = Irb (Ar/Arb) Mr $
ISBL = fT fD fL (Ib + Id + Ie + Ic + Ir) $Custos:Cagua = pa (W8 + W11) $/hCvapor = pv W6 $/hCsolvente = ps W14 $/hCbomba = 0,15 $/hC = Fop (Cagua + Cvapor + Csolvente + Cbomba) $/a
Expressão adaptada para o Processo IlustrativoLE = 0,7 R – 0,8 C – 0,4 ISBL $/a
PROCESSO ILUSTRATIVO
Relembrando:
Happel: Venture Profit Lucro do Empreendimento (LE)
Lucro do Empreendimento: LE = L1 - L0
O projeto é economicamente vantajoso se LE 0
L0: Lucro proporcionado por um investimento com: - retorno garantido i ($/a) /($ investido) - sem risco comercial.
L1: Lucro previsto para o processo, com: - retorno estimado j ($/ano) / ($ investido) - com risco comercial.
É o Lucro Relativo ao proporcionado por um investimento “padrão”:
Sejam:
Fluxograma Ilustrativo do Lucro do Empreendimento
InstalaçõesFísicas
Lucro Bruto
ReceitaR $/a
Custo Total
LB = R - Ctotal $/a
Lucro LíquidoApós o I.R.
Imposto de RendaIR = t (LB - D) $/a
t
LD = LA - IR $/a
Lucro LíquidoApós o Risco
LL = LD - CR $/a
hi
Retorno garantidosobre o
investimento
RI = i Itotal $/a
Compensaçãopelo Risco
CR = h Itotal $/a
Lucro Líquidoantes do I.R.
LA = LB - D $/a
Ctotal $/a
ee
DepreciaçãoD = e Idireto $/a
Lucro do Empreendimento: LE = LB - (D + IR ) - RIR $/a
Lucro doEmpreendimento
Retorno sobre o Investimento + RiscoRIR = (i + h) Itotal = im Itotal $/a
RIR
Itotal $Itotal
$
LE = LL – im Itotal = j Itotal – im Itotal
j = im + LE / Itotal
LE = L1 (j, h >0) - L0 (i, h = 0) = LD (j, h > 0) – RIR [(i + h)]
j = (i + h) + LE / Itotal
LE = j Itotal – (i + h) Itotal ( j = ?) LE = [j – (i + h)] Itotal
PROJETO LEANDROOXITENO