análise de processo - criação de modelo matemático

MÓDULO IV – Análise Avançada de Processo

ANÁLISE DE PROCESSO EM OLEODUTOS TERRESTRES

1

ANÁLISE DE PROCESSO EM OLEODUTOS E ANÁLISE DE PROCESSO EM OLEODUTOS E

TUBULAÇÕESTUBULAÇÕES

Modelo Matemático Computacional Modelo Matemático Computacional

Maio de 201Maio de 20122

Anderson Anderson PachecoPacheco

TRANSPETRO/PRES/SE/ENG/STSUL/EMP TRANSPETRO/PRES/SE/ENG/STSUL/EMP Jauston GonzalezJauston GonzalezTRANSPETRO/DTO/OLEO/OP/SULTRANSPETRO/DTO/OLEO/OP/SUL

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ModelosModelos

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Estrutura básicaEstrutura básica

C

T

P

Q

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EPANET X STONEREPANET X STONER

• Unidimensional

• Regime Permanente

• Isotérmico

• IncompressívelSoftware

Livre

• Unidimensional

• Regime Transiente

• Transtérmico

• CompressívelSoftware Comercial

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Objetos do EPANETObjetos do EPANET

Nós

Links

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NósNós

Junction

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NósNós

Reservoir

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NósNós

Tank

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LinksLinks

Pipe

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LinksLinks

Pump

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LinksLinks

Valve

• Pressure Reducing Valve (PRV)

• Pressure Sustaining Valve (PSV)

• Pressure Breaker Valve (PBV)

• Flow Control Valve (FCV)• Throttle Control Valve (TCV)• General Purpose Valve

(GPV).

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Outro ObjetosOutro Objetos

Notação:• Map Labels.

Operacionais:• Time Patterns;• Curves;• Controls.

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Definição do ProblemaDefinição do Problema

TQ-4350.5301;

8”-AH-6300-027-B2;

8”-AH-6300-307-B2;

10”-AA-6300-008-B2;

8”-AH-6300-049-B2;

8”-AH-6300-036-B2;

8”-DS-6300-386-Ba;

B-4350.5311;

8”-DS-6300-387-Ba;

4”-AH-6300-080-B2 - BC-5305B;

4”-AH-6300-074-B2 - BC-5305A;

4”-AH-6300-069-Ba - BC-5309.

Obtenção de parâmetros para seleção da bomba do sistema diesel S10 do Terminal de

Biguaçu.

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Escolha dos nós e linksEscolha dos nós e links

• Não devem existir nós isolados;

• Comportamentos diferentes exigem elementos

diferentes;

• Links se conectam através dos nós;

• Todo elemento se inicia e termina num nó;

• Variáveis de processo são prescritas nos nós;

• Variáveis de processo são calculadas nos nós.

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Dica! Inserir nós:Dica! Inserir nós:

• Nos limites do sistema (Ex: Tanques, hidrantes, aspersores,

etc.);

• Em mudanças de diâmetro;

• Em pontos de confluência ou derivação de fluxo;

• A montante e a jusante de equipamentos cujo comportamento

se deseja modelar de forma específica (Ex: Bombas, filtros,

medidores de vazão, válvulas controladoras, etc.);

• Em pontos onde se deseja calcular uma determinada variável.

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Coletar informações de plantas e isométricosColetar informações de plantas e isométricos

• Diâmetro nominal e Schedule – Diâmetro Interno;

• Comprimento de trechos retos;

• Quantidade de acidentes (Ex: Curvas, tês, redução de

diâmetro, válvulas em geral, etc.);

• Elevação dos nós;

• Informações para rastreabilidade (Ex: Anotar o código N-

1710 dos documentos, tag das tubulações e

equipamentos, etc.);

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AmbientesAmbientes

Texto Gráfico

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Construir modelo computacional – Ambiente gráficoConstruir modelo computacional – Ambiente gráfico

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OpçõesOpções

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Sistemas de UnidadesSistemas de Unidades

US SI

CFS pé cúbico por segundo LPS litro por segundo

GPM galão americano por minuto LPM litro por minuto

MGDmegagalão americano por dia

MLD megalitro por dia

IMGD megagalão imperial por diaCMH

metro cúbico por hora

AFD acre-pé por diaCMD

metro cúbico por dia

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Equações de perda de cargaEquações de perda de carga

• Hazen-Williams

• Darcy-Weisbach

• Chézy-Manning

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OpçõesOpções

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Opções do mapaOpções do mapa

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Inserir nós no modeloInserir nós no modelo

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Salvar modeloSalvar modelo

• *.net

• *.inp

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Inserir elevações de nósInserir elevações de nós

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Inserir links no modeloInserir links no modelo

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Inserir diâmetros das tubulações nos linksInserir diâmetros das tubulações nos links

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Inserir comprimento de tubulação do linksInserir comprimento de tubulação do links

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Inserir demais objetosInserir demais objetos

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Inserir curvas de perda de cargaInserir curvas de perda de carga

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Inserir curvas de perda de cargaInserir curvas de perda de carga

Turbina PT 3in mi=3.735cP roh=830kg/m³

8.655 0.016 48.558 0.475

13.498 0.039 73.327 1.043

17.269 0.064 104.777 2.11

22.712 0.108 151.797 4.348

28.991 0.172 219.414 8.796

37.262 0.281

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Inserir curvas de perda de cargaInserir curvas de perda de carga

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Atribuir curvas ao elementosAtribuir curvas ao elementos

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Solucionar os problemas:Solucionar os problemas:

1. Definir ponto de operação da bomba para um,

dois e três braços;

2. Avaliar vazão por gravidade;

3. Avaliar pressões máximas do sistema em

regime permanente;

4. Definir curva de NPSH disponível.

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1. Definir ponto de operação da bomba para um, dois e três 1. Definir ponto de operação da bomba para um, dois e três braçosbraços

• Bloquear o alinhamento por gravidade;

• Desligar a bomba;

• Liberar o fluxo para o número de braços em questão;

• Para cada caso, prescrever as vazões a montante (demanda

positiva) e a jusante da bomba (demanda negativa);

• Para cada caso, executar o modelo e avaliar a diferença do

head a montante e a jusante da bomba;

• A relação diferença de head x vazão define o ponto de

operação.

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1. Definir ponto de operação da bomba para um, dois e três 1. Definir ponto de operação da bomba para um, dois e três braçosbraços

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2. Avaliar vazão por gravidade2. Avaliar vazão por gravidade

• Não prescrever vazão alguma no sistema;

• Liberar o alinhamento por gravidade;

• Liberar os braços em questão;

• Anotar os valores de vazão.

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2. Avaliar vazão por gravidade2. Avaliar vazão por gravidade

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3. Avaliar pressões máximas do sistema em regime 3. Avaliar pressões máximas do sistema em regime permanentepermanente

• Criar e alimentar o modelo com uma curva de

bomba fictícia:• Com um ponto;• Com três pontos;• Com quatro ou mais pontos.

• Prescrever nível máximo no TQ-5301;

• Bloquear os braços de carregamento;

• Executar a análise e avaliar pressões.

23

23

3 2,02,1Q

qHHh

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4. Definir curva de NPSH disponível4. Definir curva de NPSH disponível

• Desligar a bomba e bloquear alinhamento por gravidade;• Prescrever vazão unitária a montante da bomba;• Criar um padrão de vazão:

30 171

60 180

85,5 210

90 240

120 256,5

150 270

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4. Definir curva de NPSH disponível4. Definir curva de NPSH disponível

• Associar o padrão ao nó.• Configurar análise sequêncial:

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4. Definir curva de NPSH disponível4. Definir curva de NPSH disponível• Executar o modelo;

• Extrair tabela de dados;

• Copiar e colar no Excel.

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4. Definir curva de NPSH disponível4. Definir curva de NPSH disponível

g

PPPNPSH

vapatmsucDisp

Pressão atm. 101325 Pa

Pressão de vapor do diesel 19500 Pa

Importante:

Resultado de pressão do EPANET é dado em m.c.a.;

Tenha muita atenção no tratamento da unidades.

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4. Definir curva de NPSH disponível4. Definir curva de NPSH disponívelVazão [m³/h] NPSHd [m]

30 18,3

60 17,8

85,5 17,1

90 17,0

120 16,0

150 14,8

171 13,7

180 13,2

210 11,5

240 9,5

256,5 8,3

270 7,3

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Incerteza dos resultadoIncerteza dos resultado

•Incertezas:• dos dados de entrada;

• do modelo matemático.

•Adotar um coeficiente de segurança;

•Sugestão: considerar erro de até 10%.

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Incerteza dos resultadoIncerteza dos resultado

Head+10% [m]

8,7

13,9

22,8

Vazão [m³/h]

NPSHd [m]

85,5 17,1

171 13,7

256,5 8,3

Vazão [m³/h]

Head [m]

85,5 7,9

171 12,6

256,5 20,8

NPSHd-10% [m]

15,4

12,4

7,5