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  • Universidade Federal de Sergipe

    Centro de Cincias Exatas e Tecnologia

    Ncleo de Engenharia Mecnica

    Adequao no Funcionamento de uma Usina de Beneficiamento de

    Gs Carbnico

    por

    EDUNOEL RAIMUNDO LEAL BELM FILHO

    Trabalho de Concluso de Curso

    So Cristvo SE

    Julho de 2011

  • i

    Universidade Federal de Sergipe

    Centro de Cincias Exatas e Tecnologia

    Ncleo de Engenharia Mecnica

    Adequao no Funcionamento de uma Usina de

    Beneficiamento de Gs Carbnico

    Trabalho de Concluso do Curso de

    Engenharia Mecnica, entregue como

    requisito parcial para obteno do

    grau de Engenheiro Mecnico.

    EDUNOEL RAIMUNDO LEAL BELM FILHO

    So Cristvo - SE

    Julho de 2011

  • ii

    ADEQUAO NO FUNCIONAMENTO DE UMA USINA DE

    GS CARBNICO

    EDUNOEL RAIMUNDO LEAL BELM FILHO

    Esse documento foi julgado adequado para a obteno do Ttulo de Engenheiro

    Mecnico e aprovado em sua forma final pelo colegiado do Curso de Engenharia

    Mecnica da Universidade Federal de Sergipe.

    ______________________________________

    Prof. Dr. Wilson Luciano de Souza Coordenador do Trabalho de Concluso de Curso

    Banca Examinadora:

    Nota

    ______________________________________

    Prof. Dr. Wilson Luciano de Souza Orientador

    ______________________________________

    Prof. Dr. Paulo Mrio Machado de Araujo

    ______________________________________

    Prof.Dr. Seyyed Said Dana

    Mdia Final:

  • iii

    Agradeo a Deus, meus pais,

    Diana Ribeiro e Edunoel Belm,

    meus irmos, Rayssa minha namorada,

    toda minha famlia e amigos

    pelo amor e carinho depositados a mim.

  • iv

    AGRADECIMENTOS

    Agradeo a Deus por ser refgio e refrigrio nos momentos de infortnio e de

    descrena. Obrigado Pai por me ensina a orar.

    Ao meu pai Edunoel e minha me Diana pela educao e carinho incondicionais

    prestados a mim em todos os momentos.

    Aos professores que no economizaram esforos para oferecer o seu melhor

    transferindo os seus conhecimentos e experincias profissionais. Em especial ao Professor,

    Wilson Luciano, pela dedicao e pacincia na orientao deste trabalho.

    A minha namorada Rayssa, por estar sempre ao meu lado e acreditar que o futuro ns

    reserva a felicidade plena.

    A todos os meus colegas de trabalho e amigos pela compreenso e apoio na realizao

    desse projeto.

  • v

    No deixo, todavia de experimentar uma extrema satisfao com o progresso que penso j

    haver feito na indagao da verdade e de conceber tais esperanas para o futuro que, se entre

    as ocupaes dos homens, puramente humanas, alguma existe solidamente boa e importante,

    ouo, crer que foi a que escolhi. (Decartes)

    http://www.pensador.info/autor/Fernando_Pessoa/

  • vi

    RESUMO

    Medies confirmaram que aps o aumento da capacidade produtiva da usina de gs

    carbnico de 1200 kg/h para 1500 kg/h os valores de umidade relativa do CO2 na entrada da

    unidade de purificao de uma usina de beneficiamento atingem o valor de 6,71%, onde o

    mesmo no pode exceder 5,85%, tal fato levou a elaborao de uma estratgia de anlise

    especfica nos trs equipamentos responsveis pela ineficincia no sistema de desidratao.

    Inicialmente foram realizados, nos dois trocadores de calor, calibrao nos instrumentos

    aferidores de temperatura e presso e testes de estanqueidade, assim como comparados os

    parmetros operacionais reais com os previamente estabelecidos pelo padro tcnico da usina.

    Anlises termodinmicas feitas nesses mesmos equipamentos encontraram valores

    satisfatrios para as eficincias exergticas de 52% para o resfriador e 81% para o

    desumidificador, o que evidencia problemas inerentes ao filtro secador. A alumina que

    preenche o filtro foi trocada por uma nova, porm a falta de especificao na umidade de

    sada do filtro persiste. Com auxlio dos representantes do fabricante do filtro, foi verificada a

    necessidade do aumento volumtrico da alumina, com isso conclui-se que mais vivel

    economicamente a compra de um par desses equipamentos de mesmo porte que o atual do que

    a substituio por um maior. A viabilidade econmica da soluo proposta foi embasada com

    anlise de retorno do capital.

    Palavras-chave: Usina de Gs Carbnico; Umidade e Anlise Termodinmica.

  • vii

    ABSTRACT

    The loss of carbon dioxide is a major source of loss related to the loss of raw materialin the

    unit of AmBev and Sergipe, seek a solution to overcome this problem is quite

    challenging and very relevant given the difficulties inherent in the process ofprocessing

    (purification) of carbon dioxide. The treatment plant CO was thereforechosen

    as design studies and analysis in this work of completing the course, whichhas as main

    objective to seek viable alternatives that can minimize these losses and thus reduce

    the costs of the company. However, it is important to mention that among the losses

    caused by inefficient plant's carbon dioxide, the significant presence of moisture in the gas

    after passing through the drying stage is the most striking itemcontrol. The dehydrated gas at

    the plant now has 6.71% moisture, an amountexceeding 5.85%, which is the most desirable to

    operate properly functioning. Afterthe thermodynamic analysis andanalysis of field operation

    has been concluded thatthe first two equipment responsible for the dehydration of

    the gas cooler and drier,with yields were as expected, 52% and 81% respectively, the

    last stage of drying,drier alumina, showed inefficiency in gas dehydration. It was found

    that this abnormality began to occur after an increase of the plant's production capacity of

    1200 kg / h to 1500 kg / h of carbon dioxide. The project proposes usingthermodynamic

    analysis increase in volumetric capacity of alumina in the filter drieras providential action in

    the readjustment of the plant. The verification of the feasibility of the project, analyzed

    by Payback, indicates a rapid return on investment required

    Keywords: Plant Carbon Dioxide, Moisture and Energy Study.

  • viii

    LISTA DE FIGURAS

    Figura 1 Estgios de compresso compressor alternativo......................................................11

    Figura 2 Sistema economizer integrado a usina de CO.......................................................16

    Figura 3 Diagrama de Exergia...............................................................................................21

    Figura 4 Fluxograma do sistema de desidratao e purificao da usina de CO................28

    Figura 5 Tubos do trocador de calor casco-tubo....................................................................29

    Figura 6 Filtros Secadores......................................................................................................32

    Figura 7 Grfico relativo a % de umidade x % em peso de gua adsorvida..........................35

    Figura 8 Beneficiamento de CO2 usina padro e usina com purificao..............................37

    Figura 9 Fluxo energtico do sistema de desidratao...........................................................39

    Figura 10 Eficincia pela 2 Lei da Termodinmica e o Grau de Perfeio Termodinmico40

    Figura 11 Irreversibilidade de cada trocador em relao a total do sistema de desidratao.40

  • ix

    LISTA DE TABELAS

    Tabela 1 Itens de controle necessrios para consumo do CO..............................................05

    Tabela 2 Parmetro de controle necessrios para consumo do CO.....................................06

    Tabela 3 Dados do resfriador.................................................................................................25

    Tabela 4 Dados do desumidificador.......................................................................................25

    Tabela 5 Parmetros termodinmicos da unidade de desidratao........................................39

    Tabela 6 Umidade em % X peso de gua adsorvida em %....................................................47

  • x

    LISTA DE SMBOLOS

    GPT Grau de Perfeio Termodinmico

    cv Calor especfico a volume constante, kJ/kg

    ex Exergia especfica, kJ/kg

    h Entalpia especfica, kJ/kg

    Taxa de gerao de irreversibilidade, kW

    Fluxo mssico, kg/s

    Taxa de transferncia de calor, kW

    T Temperatura, C

    Gerao de entropia, kW

    s Entropia especfica, kJ/kg.K

    Potncia, kW

    Eficincia pela Primeira Lei

    Eficincia pela Segunda Lei

  • xi

    SUMRIO

    1 INTRODUO ............................................................................................................... 01

    2 OBJETIVOS ................................................................................................................... 03

    2.1 Gerais............................................................................................................................. 03

    2.2 Especficos ..................................................................................................................... 03

    3 REVISO BIBLIOGRFICA ....................................................................................... 04

    3.1 Introduo ...................................................................................................................... 04

    3.2 Propriedades gerais do CO .......

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