capÍtulo 4 avaliaÇÃo econÔmica preliminar

CAPÍTULO 4CAPÍTULO 4

AVALIAÇÃO ECONÔMICA AVALIAÇÃO ECONÔMICA PRELIMINARPRELIMINAR

10 de julho de 2014

ENGENHARIA DE PROCESSOSAnálise, Simulação e Otimização de Processos Químicos

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

Determinando os valores ótimos das dimensões dos equipamentos e das vazões das correntes

(otimização paramétrica)(Capítulo 5)

Otimizar cada fluxograma

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 PEÇA-CHAVE NA ANÁLISE

MODELOECONÔMICO

AVALIAÇÃO

ECONÔMICA

4

ESTRATÉGIAS

DE CÁLCULO

3

INTRODUÇÃO À


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


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 Análise

Avaliação do desempenho econômico de um processo.

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

Um sistema pode exibir dois tipos de desempenhoReal

Previsto

Critério adotado nesta disciplina (Rudd & Watson: Strategy of Process Engineering)

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

Uma vez escolhidos processos mais promissores visando a uma possível implantação

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


4.1 Introdução

4.2.1 Estimativa de Custos 4.2.2 Estimativa de Investimento


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

. Inclui negociação com fabricantes 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,


4.1 Introdução

4.2 Estimativas Econômicas 4.2.2 Estimativa de Investimento


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.

09. PLANT DESIGN AND ECONOMICS FOR CHEMICAL ENGINEERS

Timmerhaus,K.D. e Peters,M.S. - McGraw-Hill, 1980 (3a. Ed.).

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:


4.1 Introdução

4.2 Estimativas Econômicas 4.2.1 Estimativa de Custos


4.2.2 Estimativa de Investimento

4.2.2 ESTIMATIVA DO INVESTIMENTO

Inside Battery Limits

Outside Battery Limits

matériaprima produto

ISBL: Equipamentos que participam diretamente do processamento

OSBL: Equipamentos e instalações periféricas

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

Itotal = 2,34 ISBL $

Igiro = 0,15 Itotal

Ipartida = 0,10 Ifixo

Ifixo = 1,81 ISBL

Iindireto = 0,25 Idireto

Idireto = 1,45 ISBL

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

Retornando...

Acrescentando...


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.


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.)


4.1 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

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 = 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

capÍtulo 4 avaliaÇÃo econÔmica preliminar

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