fundamentos de produção e distribuição de gás natural

Fundamentos de Produo e Distribuio de Gs NaturalInstrutor: Vicente [email protected]

RoteiroGs NaturalEscoamento CompressvelDimensionamento do SistemaInstrumentaoAutomao

GS NATURALHISTRIA, RESERVAS E MERCADO

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

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

HistriaBahia foi o primeiro produtorRLAM e plo de Camaari foram os primeiros consumidoresBacia de Campos atualmente o grande produtorBacia de Santos a grande promessa

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

ReservasDestaques no BrasilRio de JaneiroAmazonasSantosEsprito Santo

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?

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

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

ProduoProduo mdia no Brasil de aproximadamente 49MMm3/dia (2005)8MMm3/dia Re-injetados7MMm3/dia Queimados7MMm3/dia Consumidos pela PETROBRAS27MMm3/dia Comercializados

Produo - ExerccioPor que:Re-injetar?Queimar?Consumir pela PETROBRAS?

Evoluo da Produo Diria no Brasil

Evoluo da Produo no Brasil

Mercado de EnergiaBalano Energtico Nacional 20048,9% - Gs natural13,2% - Lenha e carvo13,5% - Cana de acar e derivados14,4% - Energia hidrulica39,1% - Petrleo

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

Demanda - ExerccioQuais as formas de utilizao do gs natural, e como se faz para disponibiliz-lo para o consumidor?

GS NATURALCADEIA PRODUTIVA E TERMELTRICAS

Fluxo do Gs Natural

Cadeia Produtiva do Gs NaturalExploraoProduoProcessamentoTransporteDistribuio

Cadeia Produtiva do Gs Natural

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

Termeltricas

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

Energia TermeltricaTermeltricas operadas a gs naturalTurbinas geram eletricidade: Ciclo BraytonCo-geraoGerao simultnea de energia eltrica e calor: Ciclo Rankine

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

Ciclo Brayton

Ciclo BraytonCiclo simplesEficincia de aproximadamente 38%Gases de exausto a aproximadamente 650oC

Turbina a GsCompressorGerador de gsCmara de combustoTurbina de potncia

Turbina a Gs

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

Ciclos Brayton e Rankine

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

Turbina a Vapor

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*

GS NATURALEXPLORAO, PRODUO E PROCESSAMENTO

ExploraoPesquisaTestes ssmicosExplotaoPerfurar poos

Explorao

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

Ssmica

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

Reservatrio de leo e Gs

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

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

Reservatrio de Gs Associado

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

Reservatrio de Gs No-Associado

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

ProduoGs produzidoProcessamentoComercializaoRe-injeoAumenta a presso do reservatrioGs-liftReduz o peso da coluna hidrosttica de produo

Produo e Processamento

ProcessamentoTratamento para comercializaoSeparao de partculas lquidas e slidas em vasos depuradoresguaHidrocarbonetosSalDessulfurizaoRetirada dos resduos de enxofre

Processamento

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

UPGNsFracionam o gs naturalRefrigerao ou turbo-expansoMetano e etano (gs residual)Propano e butano (GLP Gs Liquefeito de Petrleo)C5+ (gasolina natural)

GS NATURALTRANSPORTE E DISTRIBUIO

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

Transporte

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

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

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

Gasodutos

GASFOR e NORDESTO

TransporteTBG Transportadora Brasileira Gasoduto Brasil-BolviaBolviaMato Grosso do SulSo PauloParanSanta CatarinaRio Grande do Sul

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

Estaes de Compresso

Compressores

Estaes de Entrega

Estaes de Medio

Transporte e Distribuio

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

DistribuioDisponibiliza o gs natural ao consumidor dentro dos padres de qualidade estabelecidos contratualmenteConsumidoresResidenciaisAutomotivosComerciaisIndustriaisTermeltricas

DistribuioOdorizaoAsfixiaIncndioExplosoMercaptansCapilaridadeDutos subterrneos (presses inferiores a 35bar)Redes urbanas (presses inferiores a 8bar)

DistribuioCilindros de alta presso (at 220bar)GNV Gs Natural VeicularMotores do ciclo Otto (gasolina e lcool)

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

POTIGS

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

ESCOAMENTO COMPRESSVELMODELOS MATEMTICOS E EQUAO DE ESTADO

Modelos MatemticosEquao da continuidadeConservao da massaSegunda Lei de NewtonConservao do momentoPrimeira Lei da TermodinmicaConservao da energiaEquao de estado do fluido

Equao de EstadoModelo do gs idealPV = nRTVariveis de estadoP pressoV volumeT temperaturan = m/Mn nmero de molesm massaM peso molecularR Constante dos gases

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

ESCOAMENTO COMPRESSVELPRESSO

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

Presso

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

Medidas de Presso

Sensor Tipo Bourdon

Sensor Tipo Fole

Calibrao

PressostatoO pressostato uma chave eltrica acionada por pressoEnergiza ou desenergiza circuitos eltricos de acordo com a presso do processo e uma presso pr-ajustada

Pressostato

ESCOAMENTO COMPRESSVELTEMPERATURA

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

Temperatura

TemperaturaSensores mecnicosBimetalEnchimento termalSensores eltricosTermoparRTD Resistncia Detectora de Temperatura

BimetalDilatao diferente para metais diferentesTemperatura causa variaes diferentes no comprimento das barras do bimetal, que podem ser usadas para posicionar um ponteiro na escala

Bimetal

Enchimento TermalA temperatura medida atravs da variao da presso do fluido do enchimentoBulbo sensvelSensor de pressoTubo capilarFluido de enchimento

Enchimento Termal

TermoparMilitenso gerada pela diferena de temperatura entre metais cujas extremidades foram unidas

Termopar

RTDVariao da resistncia eltrica de materiais de acordo com a temperatura

ESCOAMENTO COMPRESSVELVAZO

Vazo de Gs NaturalVazo volumtricaVolume por unidade de tempoVazo mssicaMassa por unidade de tempo

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

Condies Base

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

Medio com Placa de Orifcio

Medio com Turbina

Medidor Magntico

Medidor por Deslocamento Positivo

Medidor Coriolis

Medidor Ultra-Snico

ESCOAMENTO COMPRESSVELPROPRIEDADES DO GS E MODELOS DE ESCOAMENTO

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

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

ContaminantesContaminantesH2S Gs sulfdrico: txico e causa corrosoCO2 Gs carbnico: causa corroso e reduo do PCSH2O gua: causa corroso e formao de hidratos

Regulamentao

Modelo do EscoamentoAuxilia o dimensionamento de um sistemaModelo simplificadoUm fornecedorUm consumidorDimetro do duto constanteModelo complexosDiversos fornecedores e consumidoresConsidera variao da densidade

Modelo Simplificado do Escoamento

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

Escoamento Bifsico

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

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?

DIMENSIONAMENTO DO SISTEMACARGAS E ANLISE TCNICO-ECONMICA

CargasDeterminam a espessura do duto e as ancoragensCargasOperacionaisAcidentaisAmbientaisDe construoForas, momentos, deslocamentos impostos e variaes de temperatura

Cargas OperacionaisPresso internaPresso externaTemperaturaPeso prprioCobertura do solo

Cargas AcidentaisQueda de objetosColisesOperao incorretaCorroso

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

Anlise Tcnico-Econmica

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

Anlise Tcnico-Econmica

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

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

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

DIMENSIONAMENTO DO SISTEMAPROJETOS E NORMAS

ProjetosProjeto conceitualDefine preliminarmente o empreendimento uma explanao sobre a alternativaDescreve superficialmente o empreendimento para incio do detalhamento no projeto bsicoMargem de erro de 50%

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

ProjetosProjeto bsicoEspecifica o desempenho esperadoAdota solues tcnicasEspecifica os materiais e equipamentosDescreve a soluo para detalhamento no projeto executivoMargem de erro de 15%

ProjetosProjeto executivoDetalhamento das obras e servios a serem realizados pela construo e montagemDeve atender normasMargem de erro de 10%

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

NormasTurbinas: API 617Medio: AGA 3 placa de orifcio e AGA 7 turbinaEltrica: NEMAVasos de presso: ASMETrocadores de Calor: TEMAInstrumentao: ISA

DIMENSIONAMENTO DO SISTEMACONSTRUO E COMPONENTES DE UM GASODUTO

ConstruoAbertura da pistaAbertura da valaCurvamento de tubosSoldagemJunta de campoAbaixamentoCoberturaTeste hidrostticoProteo de encostasCruzamentos e travessias

Construo

Componentes de um GasodutoDutosDevem atender faixa de vazo de projetoCompressoresAumentam a presso do gs, compensando as perdas de carga por atrito e consumo

Componentes de um GasodutoVlvulasBloqueioBloqueio automticoAlvio de pressoRetenoControle

Componentes de um GasodutoInstrumentao e automaoCLPSupervisrioInstrumentosPressoTemperaturaVazo

Vlvula de BloqueioPermite o isolamento de uma parte do sistemaGavetaEsferaBorboletaGlobo

Vlvula GavetaDisco ou porta deslizante movida na direo perpendicular vazo do fluido

Vlvula Gaveta

Vlvula EsferaObturador esfrico, que se posiciona dentro de uma gaiolaObturador esfrico com uma abertura

Vlvula Esfera

Vlvula BorboletaDisco que gira em torno de um eixo horizontal ou vertical, perpendicular direo da vazo

Vlvula Borboleta

Vlvula GloboCorpo esfrico, sede simples ou dupla, e obturador guiado pela haste ou pela gaiolaCaractersticaLiga-desligaLinearIgual percentagemAbertura rpida

Vlvula Globo

Vlvula de Bloqueio AutomticoDispositivo de proteoAtua rapidamenteElevao ou reduo excessiva nasPressesTemperaturasVazes

Vlvula de Bloqueio Automtico

Solenide

Vlvula de Alvio de PressoAtua quando um determinado nvel de presso alcanadoRetaguarda da vlvula de bloqueio automticoSet de atuao maior

Vlvula Reguladora de PressoMantm a presso controlada dentro de uma faixaAcionamentoDiretoPor piloto

Vlvula Reguladora por Temperatura

Vlvula Reguladora por Piloto

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

Vlvula de Reteno Tipo Portinhola

Vlvula de Reteno Tipo Levantamento

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

Vlvula de Controle

Vlvula de ControleControleAutomtico: sinal de controle gerado pelo controladorManual: sinal de controle gerado pelo operadorRemoto: operador no supervisrioLocal: operador no volante da vlvula

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

Vlvula de ControleSinal de controleEletrnicoPneumticoMaioria das malhas de controleSimplesConfivelEconmicoEficiente

Vlvula de Controle

Vlvula de Controle com Posicionador

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

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

Caracterstica da Vlvula

Caracterstica da VlvulaLinearVazo diretamente proporcional abertura da vlvulaGanho constante em todas as vazes

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

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

Vlvulas - ExerccioLocar vlvulas no sistema seguinteBloqueioBloqueio automticoAlvio de pressoReguladora de pressoControle

Vlvulas - Exerccio

INSTRUMENTAOTAGs E SIMBOLOGIA DE INSTRUMENTOS

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

Instrumento e Transmissor

Simbologia de InstrumentosViabilizar a comunicao do pessoal de manuteno, operao, projeto e processo

Simbologia de Instrumentos

Linhas de Instrumentos

Bales de Instrumentos

Linhas e Bales

TAGs - ExerccioO que significa e onde se utiliza?FI e FQIPIT e PDITTTFVHSLGZSL

Simbologia de Instrumentos ExerccioIdentificar a instrumentao nos fluxogramas seguintes.Propor a medio de mais variveis e relacionar os TAGs.

Simbologia de Instrumentos Exerccio (cont.)

INSTRUMENTAOSENSOR, TRANSMISSOR E INDICADOR

MedioDiretaVoltagemPeso sobre molaNecessita calibraoPor comparaoBalana de pratosBalano de nulos em galvanmetroNo necessita calibraoPor substituio

Sistema de MedioSensorDetecta a entradaCondicionador de sinalManipula e processa a sada do sensorApresentao do dadoQuantifica a varivel medida

Sistema de Medio de Vazo de Gs

SensorSensor converte a varivel fsica em outra utilizvelTransdutor converte a energia em uma forma diferenteCorrente para pneumtico (I/P)Pneumtico para corrente (P/I)

Sensor

Transdutor Piezo-Eltrico

TransmissorMontado no campoFaz o sinal chegar ao CLP e sala de controle

Transmissor

Sinais Padro de TransmissoPneumtico20 a 100 kPa3 a 15 psi0,2 a 1 kgf/cm2Eletrnico4 a 20 mA1 a 5 V

Transmissor Pneumtico

IndicadorApresenta o valor instantneo da varivel de processoPresso (PI)ManmetroTemperatura (TI)TermmetroNvel (LI ou LG)

Manmetro

Transmissor Indicador

CromatografiaO gs vendido pelo seu poder calorfico necessrio conhecer a composioAnlise de laboratrioCromatgrafo em linhaSada do cromatgrafo deve chegar ao computador de vazo

Cromatgrafo

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?

Sensor e Transmissor Exerccio (cont.)

INSTRUMENTAOMEDIO DE VAZO E RANGEABILIDADE

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

Computador de Vazo

Totalizador de Vazo

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

Rangeabilidade da MedioExemplo: preciso 3% com rangeabilidade 3:1Preciso igual ou menor a 3% de 33% a 100% da faixa de medio

Rangeabilidade da Medio

Medio de Vazo - ExerccioQual a rangeabilidade do medidor?

Vazo (m3/h)Incerteza (%)18,026,043,081,5150,7200,5300,4400,41000,42000,4

INSTRUMENTAOINTEGRIDADE E PROTEO CONTRA SLIDOS E LQUIDOS

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

IntegridadeInstrumentos no campo so afetados pelaLuz ultravioletaChuvaUmidadeOrvalhoPoeiraLquidos de processoVariaes de temperaturaInstrumentos devem ser testados e classificados segundo normas

Proteo contra Slidos e Lquidos

INSTRUMENTAOCLASSIFICAO DE REA, DE TEMPERATURA E ELTRICA

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

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

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

Zona e DivisoZona: Normas brasileira e europiaDiviso: Normas americanasDiviso 1 = Zonas 0 e 1Diviso 2 = Zona 2

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

Classificao de Temperatura

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

Classificao Eltrica

INSTRUMENTAOCONFIABILIDADE E FALHAS

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

ConfiabilidadeA confiabilidade pode ser quantificadaMTBFMTTRMTTF

MTBFMTBF: Mean Time Between FailsDeterminado por teste ou experinciaDesejvel que seja elevadoDepende deMaterialProjetoFabricaoUtilizaoManuteno

MTTRMTTR: Mean Time To RepairDeterminado pela experinciaDesejvel que seja reduzidoDepende deProjeto e fabricaoAcesso a peas de reposioTreinamento da equipe de manuteno

MTTFMTTF: Mean Time to the First FailAplicvel principalmente a instrumentos descartveisDesejvel que seja elevado

AUTOMAOCLP E SUPERVISRIO

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

Introduo

IntroduoAutomao de processos se justificaComplexidadeTamanho da plantaProdutividadeSeguranaProteo ao meio ambiente

CLPCLP: Controlador Lgico ProgramvelPrincipal equipamento utilizado na automaoMicroprocessadorMemriaProcessos em batelada ou contnuosSeqenciamentoIntertravamentoControle regulatrio

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

RedundnciaRedundncia deMdulos de entrada e sadaFonte de alimentaoMicroprocessadorMeios fsicos de comunicao

Redundncia

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

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

Supervisrio

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

Integrao de Sistemas

CLP - ExerccioPropor novos instrumentos e dimensionar um CLP para o processo seguinte.

CLP Exerccio (cont.)

AUTOMAOCONTROLE DE PROCESSOS E REDES DE CAMPO

Controle de ProcessosControle em malha abertaErros quando existem perturbaes de cargaControle em malha fechadaRealimentao negativa

Controle de ProcessosControladorPV: Varivel de processoSP: Referncia desejadaMV: Varivel manipulada (sada do controlador para o elemento final)

Controle de Processos

Redes de CampoComunicao digital de campoInstrumentos em redeHART: Highway Addressable Remote TransducerProfibusFieldBus Foundation

Redes de Campo

Redes IndustriaisEthernetRede no-determinstica, dependente da cargaEst se tornando padroBoa relao custo/benefcio

Rede Ethernet

AUTOMAOALARMES DE PROCESSO E INTERTRAVAMENTO

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

Alarmes de Processo

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

IntertravamentoSistema de intertravamentoEntradas e sadasEntradas: chaves liga-desliga, botoeirasSadas: motores, bobinas, lmpadas, buzinasDesempenham funo definidaSeqncia de eventosObjetivo: conjunto previsvel de operaes em situaes inseguras

Intertravamento

Intertravamento - ExerccioInstrumentar o sistema seguinte e definir os intertravamentos.

Intertravamento Exerccio (cont.)

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*

fundamentos de produção e distribuição de gás natural

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