aula sobre fluxogramas

1

Dile Pontarolo Stremel 1

PROJETOS DE INDUSTRIAS QUÍMICASTema: Fluxograma de Processo, Engenharia, Tubulações e Instrumentação

ABORDAGEM DA AULAABORDAGEM DA AULA

1.1. IntroduIntroduçção:ão:

2.2. Principais tipos de FluxogramasPrincipais tipos de Fluxogramas

3.3. Normas/Simbologia/ConvenNormas/Simbologia/Convenççõesões

4.4. Exemplos de FluxogramasExemplos de Fluxogramas

A Abordagem da aula está sintetizada na forma de uma breve introdução, principais tipos de fluxogramas, falaremos sobre Normas/Simbologia, convenções e por último sobre alguns exemplos de fluxogramas

2



OBJETIVOSOBJETIVOS

1.1. Objetivo GeralObjetivo Geral

�� Conhecer os principais tipos de fluxogramas utilizados na EngenhConhecer os principais tipos de fluxogramas utilizados na Engenharia aria

QuQuíímicamica

2.2. Objetivos EspecObjetivos Especííficos ficos

�� Conhecer os principais Fluxogramas de Processo Conhecer os principais Fluxogramas de Processo

�� Abordar as normas, o sistema de convenAbordar as normas, o sistema de convençções e simbologia de ões e simbologia de

elaboraelaboraçção de fluxogramas ão de fluxogramas

�� Exemplificar a utilizaExemplificar a utilizaçção de fluxogramasão de fluxogramas

O objetivo geral desta aula é conhecer os principais tipos de fluxogramas utilizados na EngenhariaQuímica.

É importante conhecer os principais fluxogramas de Processo, abordar as normas, o sistema de convenção e simbologia de elaboração de fluxogramas de processos.

1- Temos aqui como objetivos específicos alguns itens de relevância para o assunto: De que forma os fluxogramas se relacionam com as demais etapas de elaboração do projeto ?. Quais informaçõessão fundamentais a priori para elaboração dos mesmos ?

2- Os fluxograma tem que seguir normas que possibilitem qualquer pessoa identificar as informações relevantes, as normas são procedimentos que o nome já diz, normatização, cujoobjetivo fundamental é facilitar o reconhecimento de símbolos, instruções e procedimentos à fim de agilizar e facilitar a operacionalidade do processo.

3- Outra abordagem se faz necessária como a sistem;atica de identificação.

4- Ilustraremos alguns tipos de fluxogramas com exemplificação, já com as convenções realizadas, além disto a familiarização com alguns softwares é essencial para boa elaboração dos mesmos.

3



INTRODUINTRODUÇÇÃOÃO

- Fluxogramas são comumente utilizados para ilustrar processos,

comum nos livros e Manuais de Engenharia Química, fazendo

parte do nosso quotidiano

- O que as pessoas não sabem é que de certa forma estamos mais

envolvidos do que pensamos com esta forma de representação .

- Quando olhamos à nossa volta, devemos observar que tais

ferramentas foram essenciais na elaboração de um produto de

qualidade

Em diferentes momentos, nos deparamos com fluxogramas em livros, manuais e de certa forma a vizualização de Processos na Forma de diagramas e fluxogramas fazem parte cada vez mais do diaa dia do Engenheiro Químico.

Porém para quem não é da área de projetos ou não está acostumado com a linguagem simbólica e pictorial, muitas vezes não sabe a importância de tais ferramentas no dia a dia, nem mesmo sabemde que certa forma estão mais envolvidos do que pensam,

O que as pessoas não sabem é que de certa forma estamos mais envolvidos do que penamos. De certa forma, o sucesso na condução de um processo ou na elaboração de um produto foram com base na correta especificação de um fluxograma

4



FLUXOGRAMA DE PROCESSO OU DIAGRAMA DE FLUXO:FLUXOGRAMA DE PROCESSO OU DIAGRAMA DE FLUXO:

São desenhos esquemáticos, sem escala, que mostram todo um sistema constituído por

vários equipamentos. A elaboração de um fluxograma detalhado do processo é

fundamental, nele são lançados:

�Reatores, Trocadores de Calor, Tanques, Colunas, Filtros, Sistemas de

Refrigeração, Fornos, Caldeiras, Máquinas de Fluxo, Máquinas de Calor,

Bombas, compressores, ejetores.

�Tubulações principais tais como indicação do fluido contido e do

sentido do fluxo. Principais Válvulas de bloqueio e Instrumentos principais

indicados por suas convenções.

O fluxograma do processo, mostra os equipamentos (desenhos) principais de um processo, e serve de base para o balanço de massa e energia , pode conter dados do processo, como vazão, pressão, composição e temperatura da corrente.

Em principio, o que deve ser mostrado nesses fluxogramas são elementos (equipamentos, maquinas, tubulações, instrumentos etc.), que façam parte, ou que sejam essenciais, aos circuitos principais do processo. A quantidade e a extensão das informações contidas nesses desenhos variam muito de acordo com a prática dos projetistas e a finalidade específica do fluxograma. Em comum esses desenhos mostrarem, para cada tubulação e cada equipamento, os respectivos valores da pressão e da temperatura de operação, bem como a vazão nas operação, bem como as vazões das tubulações e os balanços de massa e da energia da instalação.

5



IMPORTÂNCIAIMPORTÂNCIA

�� Na concepNa concepçção de um Projetoão de um Projeto

�� Gerenciamento de QualidadeGerenciamento de Qualidade

�� Etapa de CEtapa de Cáálculos e Projetos de equipamentoslculos e Projetos de equipamentos

�� Treinamento de operadores, identificaTreinamento de operadores, identificaçção e anão e anáálise do lise do

processoprocesso

�� AnAnáálise de Plantaslise de Plantas

�� IdentificaIdentificaçção de ão de EqupamentosEqupamentos e Etapase Etapas

Em diferentes momentos, nos deparamos com fluxogramas.

Na concepção de um projeto pode-se visualizar diferentes etapas do mesmo, antes do projeto ser executado

no projeto de tubulações. É importante observar que uma boa elaboração de um fluxogramapermitirá uma maior integração entre as várias partes que elaborarão um projeto de processamento, prevendo inclusive correções adequadas no processo e uma maior operabilidade pelo grupo queelaborará o HAZOP da planta.

Importância:

-Análise de Plantas

-Detalhamento do funcionamento do processo

-Identificação de equipamentos e etapas

-Otimização da estrutura de informação

-Planejamento de recuperação e aproveitamento de energia

-Auxílio no desenvolvimento de balanços de massa e energia e operação da planta

6



PRINCIPAIS TIPOS DE FLUXOGRAMASPRINCIPAIS TIPOS DE FLUXOGRAMAS

�� Diagrama de BlocosDiagrama de Blocos

�� Fluxograma de ProcessoFluxograma de Processo

�� Fluxograma de TubulaFluxograma de Tubulaçção e Instrumentaão e Instrumentaççãoão

�� Fluxograma de Engenharia e DetalhamentoFluxograma de Engenharia e Detalhamento

�� OutrosOutros

Em diferentes momentos, nos deparamos com fluxogramas.

Na concepção de um projeto pode-se visualizar diferentes etapas do mesmo, antes do projeto ser executado

Existe vários tipos de fluxogramas e cada qual tem seu objetivo e finalidade e serve para diferentesetapas do processo. O Diagrama de Blocos é uma etapa preparatória para o Fluxograma de processo e posteriormente para os demais.

7



NORMAS TECNICAS/ SISTEMAS DE CONVENNORMAS TECNICAS/ SISTEMAS DE CONVENÇÇÕESÕES

NB-8 ABNT:dimensões do papel, desenho, legenda, dimensões e tipos de letras e algarismos, disposições do desenho.

Numeração dos desenhos : Prática de Organizações

Os desenhos de tubulação, assim como quaisquer outro desenhos de engenharia, devem obedecer as normas de desenho técnico, em particular a norma NB-8 da ABNT, que regula esse assunto aqui no Brasil, normalizando dimensões de papel, disposição do desenho e da legenda, tipos de dimensões e de letras etc. Os fluxogramas e as plantas costumam ser feitas de papel de tamanho A1 ou A0 (da norma NB-8): os isométricos em tamanho A3; os desenhos de detalhes e Folhas e Dados, em tamanho A4 ou A3.

Em cada projeto de ser adotado um critério de numeração dos desenhos dos fluxogramas que servirá para organizar o arquivamento, facilitar a consulta e estabelecer a interdependência entre cada desenho e os demais desenhos e documentos do processo.

A prática das organizações tem mostrado que um sistema satisfatório de numeração consiste em dar a cada desenho um número composto de cinco parcelas cujo significado está mostrado no exemplo. O número geral do projeto identifica o projeto como um todo e deve figurar em todos os documentos de que compõe o projeto, inclusive fluxogramas. A numeração das áreas é a identificação de cada área, de acordo com a subdivisão estabelecida.

As classes do desenho são estabelecidas de acordo com a natureza do desenho. Geralmente as organizações de projeto, tem uma visão sistemática de numeração de classes de desenhos, exemplo de classes distintas de desenhos: os desenhos de Tubulações, vasos, tanques, etc.

Algumas organizações de projeto incluem também no número do desenho, um número ou sigla indicativo do tamanho do papel, para facilitar o arquivamento.

Todos os desenhos(fluxogramas, antes de serem emitidos devem ser cuidadosamente verificados,

8




Norma para Identificação de Tubulações, Vasos, Equipamentos e Instrumentos

�Tubulações devem estar linha mostrando as conexões entre os equipamentos e sentido do fluxo.

�Identificação do diâmetro da tubulação, tipo de fluido e numeração da linha e classe do material (normas).

• Número da linha 4” V 453 ac•V =Vapor; O = óleo ; R = água de refrigeração; P = água potável

�Cor das linhas diferenciadas de acordo com a utilidade• Amarela – Gas GLP ou GN •Verde – Água•Preta contínua – Fluido de processo•Preta descontínua - Efluentes•Azul-ar comprimido

Em todos os projetos industriais é necessários adotar-se uma sistemática de identificação para todas as tubulações, vasos, equipamentos e instrumentos. Essa identificação que individualiza cada um desses elementos é necessária, não só para a execução dos desenhos e dos cálculos, na fase de projeto, como também e principalmente para facilitar a construção e a futura operação e manutenção.

As tubulações costumam ser designadas por uma identificação constituída por uma sigla composta, que geralmente contem as seguintes informações: Diâmetro Nominal do tubo, indicação convencional do tipo ou da classe de fluido (contido número de ordem da linha de indicação abreviada da indicação convencional do tipo ou da classe de fluido contido numero de ordem da linha de indicação abreviada da especificação de materiais. Por exemplo, a identificação completa de uma linha poderia ser 8”V 453 AC, que significaria:

8” –Diâmetro nominal do tubo.

V –Classe de fluido (vapor)

453 –Número de ordem de linha (dentro da cada área)

Ac –Sigla das especificações de materiais.

A numeração de tubulações dentro de uma mesma instalação costuma ser feita adotando-se séries numéricas diferentes para cada classe de fluidos e para cada área. Por exemplo, todas as tubulações de óleo são procedidas da letra O, as de água refrigerada a letra R, as de água potável letra P, as de vapor letra V etc... da mesma forma, todas as tubulações da área 1 (de qual quer classe de fluido) têm a numeração começando em 100, as de área 2 tem a numeração começando de 200 e assim por diante.

A escolha das siglas começando para indicar os fluidos circulantes dependera da pratica de cada projeto e da natureza da instalação. Muitos usuários e organizações que se dedicam a projetos de tubulação têm códigos de siglas para fluidos já estabelecidos e válidos para todos os projetos. Não há em geral vantagem em especificar individualmente cada fluido, principalmente quando se tratar de instalações em que a variedade de fluidos seja muito grande.

Quando uma tubulação muda de diâmetro, deve também mudar a identificação.

9




�Deve ser seguida uma ordem racional na disposição de vasos, equipamentos e tubulações

�É usual que o desenho seja dividido em três faixas horizontais

�Em cada folha devem figurar no máximo 10 a 15 equipamentos principais

�Todas as tubulações são representadas por linhas horizontais ou verticais, tubulações principais tem um tracejado mais forte que as secundárias ou auxiliares

�As linhas horizontais devem ser contínuas e as linha verticais interrompidas ao se cruzarem com as horizontais.

�As setas indicativas de fluxo são colocadas nas mudanças de direção.

�Quando envolve subdivisão do fluxograma em várias folhas uma mesma tubulação deve estar em na mesma posição relativa

10




�A identificação dos vasos e equipamentos costuma ser feita adotando-se para cada tipo uma série numérica diferente.

•BA = Balança; TQ = Tanques; SI=Silos; C = compressores; as torres de T, os Permutadores de calor = P.

�Geralmente adota-se também, para cada área, uma série numérica diferente

•Área 1. Bombas B-101, B-102, B-103 ou iguais para o mesmo serviço B-105 A, B-105B e B-105C; Permutadores P-101; P-102,..

�Identificação dos instrumentos e das válvulas de controle

•Siglas diferentes para cada tipo de instrumento e séries para cada área

•As siglas de instrumentos e das válvulas de controle são geralmente estabelecidas pelas normas do I.S.A

A escolha das siglas começando para indicar os fluidos circulantes dependerá da pratica de cada projeto e da natureza da instalação. Muitos usuários e organizações que se dedicam a projetos de tubulação têm códigos de siglas para fluidos já estabelecidos e válidos para todos os projetos. Não há em geral vantagem em especificar individualmente cada fluido, principalmente quando se tratar de instalações em que a variedade de fluidos seja muito grande.

Quando uma tubulação muda de diâmetro, deve também mudar a identificação.

A identificação dos vasos e equipamentos costuma ser feita adotando-se para cada tipo uma série numérica diferente procedida de uma ou duas letras indicativas. Por exemplo, todas as bombas serão procedidas da letra B, os compressores de C, as torres de T, os permutadores de calor de P, os tanques de TQ etc... Geralmente adota-se também, para cada área, uma série numérica diferente. Por exemplo, na área 1 as bombas serão: B-101, B-102, B-103 etc..., os permutadores serão P-101, P-102, P103 etc e assim por diante as demais áreas e classes de vasos e equipamentos. Quando se tem 2 ou mais equipamentos iguais entre si e executando o mesmo serviço, é usual dar-se a todos o mesmo número distinguindo-se um do outro pelo acréscimo de uma letra. Por exemplo,

B-105A, b-105B e B-105C seriam três bombas iguais e para o mesmo serviço. Esse caso é muito freqüente nos equipamento que trabalham em paralelo, ou quando uns são reservados dos outros.

A identificação dos instrumentos e das válvulas de controle é feita da mesma forma, adotando-se siglas diferentes para cada tipo de instrumentos ou válvula de controle, e series numéricas diferentes para cada área.as siglas de instrumentos e das válvulas de controle são geralmente estabelecidas pelas normas do I.S.A (Instrumentation Society of América). A tabela a seguir mostra as siglas convencionais dos tipos mais comuns de instrumentos e válvulas de controle:

11



FC (Flow controller) – Controlador de fluxo.FCV (Flow control Valve) – Válvula controlada de fluxo.FM (Flow meter) – Medidor de fluxo.FRC (Flow recordcontroller) – Controlador registrador de fluxo.FRCV (Flow recod control valve) – Válvula controlada registradora de fluxo.HCV (Hand control valve) – Válvulas de controle manual.LC (Level controller) – Controlador de nível.LCV (Level control Valve) – Válvula controladora de nível.LI (Level indicador) – indicador de nível

•Siglas convencionais dos tipos mais comuns de instrumentos - Norma ISA

TC (Temperature Controller) – Controlador de temperatura.TCV (Temperature controler valve) – Válvula controlada de temperatura.TI (Temperature indicator) – Indicador de temperatura (termômetro).TRC (Temperarure Record controller) – controlador registrador de temperatura.TRCV (Temperature Record controller) - Controlador registrador de temperatura.


12




�Fluxograma Tubulação e Instrumentação (P&ID) ou Engenharia

•Deve conter além dos detalhes do Fluxograma de Processo, todas as válvulas, Instrumentos, acessórios e malhas de controle.

•Válvulas de controle, bloqueio e regulagem, de acordo com as normas da ISA.

•Instrumentos de tomada de medida, como medidores de nível, temperatura, pressão, etc. de acordo com as normas da ISA.

•Malhas de controle, mostrando tomadas de medida, transdução de sinal e atuação em EF, de acordo com simbologia da ISA.

•Linhas de utilidades de acordo com a convenção(Ar de instrumentação, corrente elétrica, etc)

A elaboração de um fluxograma detalhado de instrumentação e controle também conhecido com Fluxograma de tubulação e Instrumentação, ou P&ID, contém o fluxograma detalhado mais as informações de I&C. No entanto, alguns projetistas consideram que o mesmo é intermediário ao Fluxograma de detalhamento, mecânico ou de Engenharia o qual contém informações além do P&ID

•Detalhamento

Corresponde a um dos desenhos básicos contendo um grau de detalhamento maior que o fluxograma de processo.

Deve conter além dos detalhes do PFD todas as válvulas, Instrumentos, acessórios e malhas de controle.

Identificação de todos os equipamentos, inclusive equipamentos simples e pequenos (filtros, separadores)

Todas as máquinas, com sua identificação e características básicas, procurando mostrar diferenças de elevação

Disposições adequadas de Lay-out, mostrando ordem racional na disposição dos vasos, tubulações, etc.

Todas as tubulações, de forma semelhante ao PFD

Todas as tubulações devem ser representadas por linhas horizontais ou verticais.

Linhas fortes – linhas principais

Linhas verticais são interrompidas quando cruzarem com as horizontais

Vasos, tanques, torres e demais equipamentos devem ser desenhados na parte central do papel

Bombas e compressores, na parte inferior

Todos os instrumentos, com identificação convencional (B, TC, CO, etc)

Válvulas de controle, bloqueio e regulagem, de acordo com as normas da ISA

Instrumentos de tomada de medida, como medidores de nível, temperatura, pressão, etc. de acordo

13



�Convenções de Fluxogramas: Simbologia Conforme Norma ABNT/ ISA (NBR-8190)

Para todos os tipos usuais de vasos, equipamentos, válvulas, instrumentos, etc existem convenções de desenhos que devem ser obedecidas, a figura a seguir mostra algumas delas. No desenho de todos os fluxogramas, tanto os de Engenharia ou detalhamento quanto os de processo, é usual que sejam observadas as seguintes normas de desenhos:

14




15




Comentar as características de cada válvula se for o caso

16




17



EXEMPLOS DE FLUXOGRAMAS : EXEMPLOS DE FLUXOGRAMAS : Fluxograma de Processo na forma de Diagrama de Blocos

ARMAZENAMENTO DEMATÉRIA PRIMA

PREPARO DAMATÉRIA PRIMA

REAÇÃOSEPARAÇÃO DO

PRODUTOPURIFICAÇÃO DO

PRODUTOARMAZENAMENTO DO

PRODUTOVENDAS/APLICAÇÃO

RECICLO DE MATERIALNÃO REAGIDO

Sub Produtos

Resíduos

Estágio 1 Estágio 2 Estágio 3 Estágio 4 Estágio 6Estágio 5

Quando da elaboração de um projeto de processo, a primeira etapa é a elaboração de um fluxograma na forma de diagrama de blocos. Estes fluxogramas são elaborados no início da concepção do projeto e auxiliam na visualização dos componentes que um processo químico deve ter. Um exemplo deste fluxograma pode ser visualizado a seguir, ilustrando um processo químico de forma genérica. No fluxograma de blocos é possível visualizar todas as etapas do processo, inclusive as operações comuns a vários tipos de outros processos.

Deve servir de suporte para uma prévia elaboração da descrição de processo, que nas etapas de elaboração dos fluxogramas de instrumentação e tubulação esta descrição toma uma forma mais detalhada e com base nos elementos presentes no mesmo. No fluxograma do processo, deve ser mostrado algumas etapas:

Armazenamento de Matéria Prima

A armazenagem requerida dependerá da natureza da matéria prima, do método de liberação da mesma, o que assegurará a colocação na forma contínua de suprimento

Ao menos que a MP seja suprida com produtos intermediários de outra planta, alguma provisão deverá ser feita para manter a MP dias , semanas, ou meses.

Preparo da Matéria Prima

Antes de iniciar o processo, deve-se proceder a um preparo e purificação dos materiais para ser alimentado ao estágio de reação. No caso da produção de uma substância por fermentação, dve-seesterilizar a M.P. para que m.os não interfiram na reação fornecendo produtos que não interessam, consumindo substrato para outra finalidade.

Reação

É a parte principal de um processo químico, no reator, os materiais são misturados sob condições que promovam a produção do produto desejado. Deve se verificar quais são as condições ótimas de reação para promover um bom rendimento, como, pH, Temperatura, O.D, tempo de residência,

18



EXEMPLOS DE FLUXOGRAMAS : EXEMPLOS DE FLUXOGRAMAS : Fluxograma de Processo ou Diagrama de Fluxo (PFD)

O fluxograma do processo, mostra os equipamentos(desenhos) principais de um processo, e serve de base para o balanço de massa e energia , pode conter dados do processo, como vazão, pressão, composição e temperatura da corrente. Quando da realização de balanços e cálculos das correntes do processo, o fluxograma pode ser representado em uma planilha eletrônica automática mostrando melhor os çálculos das composições. Acima pode-se ver uma Planta de Enriquecimento do Biogás, consiste basicamente na operação de absorção do gás sujo(gás produzido pela decomposição de dejetos, cuja composição produz além do metano, outros gases de baixo poder de combustão) em contracorrente com o solvente DE (Dietanolamina). No caso do projeto, a escolha do solvente se deu pela alta solubilidade do soluto, o CO2 (indesejado), facilitando a absorção do CO2 e enriquecimento do gás com metano (G2). Após o processo de absorção, o solvente contendo CO2 dissolvido é recuperado, mediante a utilização de um processo de Stripping, utilizando uma coluna de enriquecimento. Para melhor entendimento do processo, um fluxograma foi definido e estáapresentado na figura 1.

19



EXEMPLOS DE FLUXOGRAMASEXEMPLOS DE FLUXOGRAMAS :Fluxograma de Tubulação e Instrumentação (P&ID)

A Seguir pode-se observar o fluxograma de Tubulação e instrumentação

20




Na transparência pode-se observar com mais detalhes algumas identificações como medidores, malhas de controle, linhas, válvulas e um grau de detalhamento maior que não tem os fluxogramas de processo. Alguns autores preferem considerar o P&ID como um intermediário entre o de processo e o mecânico ou de detalhamento, uma vez que este contém informações só colocadas na fase de detalhamento.

Colocar outra transparência do Fluxograma de Engenharia

21




O fluxograma de instrumentação pode ser visto aplicado à coluna de destilação, os elementos que se visualizam na figura s!ao: AT= Analisador de composição com base na temperatura, sensores de temperatura, nível, pressão e vazão: TT, LT,PT, FT. Controladores LIC com base no nível medido, aqui representa-se uma malha de controle em que mede-se o nível para controlar a vazão ou a relação de fluxo. Fy significa modificação no sinal da vazão. Outras estratégias podem ser visualizadas como a saída do controlador de pressão serve como set-point para o controlador de fluxo do aquecimento do fundo da coluna, podendo-se observar uma estratégia de controle do tipo cascata.

22



�São desenhos contendo todas as tubulações de uma determinada área, representadas em projeção horizontal.

�As válvulas e acessórios são representados por convenções especiais

�Não são regidos por normas, podendo variar de uma fonte para a outra

OUTROS EXEMPLOS DE FLUXOGRAMASOUTROS EXEMPLOS DE FLUXOGRAMAS :Plantas de Tubulações

aula sobre fluxogramas

Documents