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