Revista Petro & Química edição n°348

Ano XXXV - nº 348 - 2013

Variáveis de processo Os avanços tecnológicos e os desafios para a medição em condições extremas

EM (t) = M M × c pM × DTM(t ) PRESSÃO dTtM ( ) UJR × AJR ×(TO (t) - TM (t)) = dt rM ×Vc M × pM

TEMPERATURA

q (1) = JR

EM (1) (t1 - t0)

VAZÃO

Nesta edição

Editorial

Quem não mede, não controla É muito provável que esse mantra, repetido no ambiente corporativo, tenha nascido no chão de fábrica. Nesse reduto não há contestações: o controle do processo só pode ser (bem) feito se (todas) as variáveis forem (bem) medidas. É um assunto que não admite benevolência – porque quanto mais flexibilização, ou exatidão, para se ater ao vocabulário internacional de metrologia, mais alguém sairá perdendo.

A principal reportagem desta Petro & Química toma como ponto de partida os aspectos que acompanham o tema “medição de variáveis”: normas e evolução tecnológica. Em primeiro Capa: arquivo Editora Valete lugar, as condições cada vez mais extremas vem quebrando paradigmas da instrumentação – com a adoção de tecnologias não intrusivas ou a construção de sensores com materiais mais nobres. Em paralelo, há um crescimento substancial no uso dos instrumentos inteligentes – que junto com os dados do processo levam ao sistema de controle informações sobre seu funcionamento. É uma forma de manter os índices de incerteza dentro dos padrões de calibração.

Para complementar esse assunto, uma série de artigos escritos por especialistas no tema traz análises das tecnologias e estudos de caso.

Há ainda o mais completo e isento noticiário do setor – com destaque para as expectativas das petroleiras e dos fornecedores com a definição de uma nova rodada de licitações de áreas para exploração de petróleo e gás, e do setor químico, para a aprovação das propostas apresentadas pelo Conselho de Competitividade da Indústria Química.

O editor Próxima Edição: Valete Editora Técn. Coml. Ltda. www.editoravalete.com.br DIRETOR RESPONSÁVEL Waldir Rodrigues Freire DIRETORIA editoravalete@editoravalete.com.br

Exploração e Produção de Petróleo / Brasil Offshore ASSINATURAS comercial@editoravalete.com.br DEPTO. COMERCIAL/ANÚNCIOS publicidade@editoravalete.com.br FINANCEIRO financeiro@editoravalete.com.br

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REDAÇÃO Teresinha Cehanavicius Freire - Diretora Flávio Bosco - Editor Adjunto redacao@editoravalete.com.br Filiada à

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ISSN: 0101-5397

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Sumário

Índice Matéria de capa – Medição de Variáveis na indústria de processo Ary Diesendruck

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Operação em condições extremas e capacidade para identificar problemas e gerar diagnósticos direciona desenvolvimentos tecnológicos de medidores 19 Portaria ANP/Inmetro abrirá espaço para novas tecnologias de medição de vazão 20 Fornecedores nacionalizam produção

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Petróleo & Gás

64 Regra de conteúdo local em revisão 65 Vale vende à Statoil participação em bloco no ES 65 Queiroz Galvão fará oferta de ações na bolsa de Nova York 65 Rolls-Royce fornecerá sistemas para Estaleiro Atlântico Sul 65 Aker Solutions fornecerá equipamentos para Estaleiro Jurong 65 Georadar recebe aporte de R$ 100 milhões de fundo 65 Empreendimentos da Petrobras impulsionarão APLs 65 Karoon Gas anuncia descoberta na Bacia de Santos 65 Refinaria Manguinhos entra com pedido de recuperação judicial 66 OGX declara comercialidade de terceiro bloco na Bacia do Parnaíba 66 Governador do RJ veta criação de nova taxa para setor de petróleo 66 Chemtech e Gas Energy firmam parceria 66 EagleBurgmann cresce mais de 30% em 2012 66 EPE admite necessidade de aumentar capacidade de geração

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66 Oil States fará nova fábrica no RJ 66 Parker coloca centro de serviços em operação 67 11ª Rodada: Nova chance para a Bacia do Tucano

Artigos 22 Estratégia e implantação de migração de SDCD 29 Uso de sensor virtual para controle de transiente de temperatura em reator de polimerização semi-batelada 37 Dimensionamento de poços termométricos na Braskem 40 Método analítico para determinar esforços máximos admissíveis em válvulas bi-partidas 45 Método para redução das perdas e sobras 50 Simulação do escoamento monofásico de fluidos viscosos em bombas centrífugas da indústria de petróleo 54 Transporte de óleo multifásico em tubulações onshore: influência do atrito e da perda de calor

Empresas & Negócios 10 Braskem investirá R$ 2,2 bilhões em 2013 10 Petrobras renova CRCC da Triple M 10 Vibropac incorpora linha de sopradores da Gardner Denver

Especial 12 Setor químico registra estagnação do consumo e déficit recorde

Excelência Sustentável 68 68 68 68 68 69 69 69 69 69 69 69

Labtox registra crescimento de 30% Oxiteno conquista prêmio pelo segundo ano Edital aprova 31 projetos para segunda etapa Braskem conquista Prêmio com o Plástico Verde Braskem e Cetrel inauguram Projeto Água Viva Projeto Aquapolo vence prêmio Prestadoras de serviços no Comperj assinam Compromisso Chevron e MPF acertam pagamento por vazamento CTGas-ER pesquisa tecnologia para monitorar termelétricas SKF instalará centro de inovação tecnológica no RJ Braskem e OGX vão integrar nova carteira da BM&FBovespa Reator da Man Diesel & Turbo produz Audi e-gasr

Seções 6 8 60 70

Agenda Jornal Notícias da Petrobras Produtos e Serviços

Agenda / Gente 21 e 22 AccelerateBrazil 2013 Rio de Janeiro Organização: Faircount tel.: +44 (0)20 7428 7000 / www.acceleratebrazil.com

2013 fevereiro 27 a 28 Emerging Shale Gas & Tight Oil Basins Buenos Aires / Argentina Organização: American Business Conferences tel.: +1 800 721 3915 / www.emerging-shale-basins-south-america.com

março 18 a 20 MCE Deepwater Development 2013 Haia / Holanda Organização: Quest Offshore tel.: +1 281.491.5900 / www.mcedd.com

19 a 21 FPSO Congress Brazil

11 a 14 Brasil Offshore Macaé / RJ Organização: Reed Exhibitions Alcântara Machado tel.: (11) 3060-4954 / www.brasiloffshore.com

15 a 19 World Petroleum Congress Moscou / Rússia Organização: WPC www.wpc21.com

18 a 21 Coteq – Conferência Sobre Tecnologia de

Rio de Janeiro Organização: WBR tel.: 11 3462 – 5670 / www.wbresearch.com/fpsobrazil

Equipamentos Porto de Galinhas / PE Organização: Abendi tel.: 11 5586 3161 / www.abendi.org.br/coteq/

19 a 21 IHS World Petrochemical Conference

25 a 28 4ª Feira de Manutenção e Equipamentos Industriais

Houston / EUA Organização: IHS tel.: +1 832-619-8599 / www.ihsglobalevents.com/WPC2013

Blumenau / SC Organização: Mega tel.: (47) 3027 1008 / www.feiramanutencao.com.br

abril

agosto

2 a 4 Petrotech

13 a 15 Navalshore

São Paulo Organização: Cipa / Fiera Milano tel.: (11) 5585-4355 / www.petrotech.com.br

Rio de Janeiro Organização: UBM tel.: 11 4689-1935 / www.ubmnavalshore.com.br

8 a 10 2° Congresso Brasileiro de CO2 na Indústria de

setembro

Petróleo, Gás e Biocombustíveis Rio de Janeiro Organização: IBP tel.: (21) 2112-9000 / www.ibp.org.br/cbco2

3 a 6 Offshore Europe Aberdeen, Escócia Organização: Reed Exhibitions tel.: 44 (0)20 8910 7797 / www.offshore-europe.co.uk

16 a 19 LNG17

24 a 26 Rio Pipeline

Houston / EUA Organização: CWC www.lng17.org

6

junho

Rio de Janeiro Organização: IBP tel.: (21) 2112-9000 / www.ibp.org.br

maio

outubro

6 a 9 Offshore Technology Conference Houston / EUA Organização: OTC http://otcnet.org/2013

1 a 3 Tubotech São Paulo Organização: Cipa tel.: 11 5585-4355 / www.tubotech.com.br

16 e 17 Congresso Rio Automação 2013 Rio de Janeiro Organização: IBP tel.: (21) 2112-9000 / www.ibp.org.br/rioautomacao

7 a 10 Argentina Oil & Gas Buenos Aires / Argentina Organização: IAPG tel.: 54 11 4322 5707 / www.aog.com.ar

20 a 24 Feiplastic – Feira Internacional do Plástico

29 a 31 OTC Brasil

São Paulo Organização: Reed Exhibitions Alcântara Machado tel.: (11) 3060-4954 / www.feiplastic.com.br

Rio de Janeiro Organização: IBP / OTC www.otcbrasil.org/2013

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Agenda / Gente 29 a 31 Febraman

Aníbal do Vale, presidente da Carbocloro, foi eleito vicepresidente do Conselho Mundial do Cloro - WCC, para o biênio 2012/2014. A presidência será ocupada por Tony Van Osselaer, chefe da Unidade Global de Plásticos da Bayer Alemanha.

O WCC, presente em 27 países, representa os interesses da indústria de cloro-álcalis em âmbito mundial.

São Paulo Organização: Cipa Fiera Milano tel.: (11) 5585-4355 / www.febraman.com.br

novembro 26 a 28 Brasil Onshore Natal / RN Organização: SPE Seção Brasil www.brasilonshore.com.br

cursos O Certified Reliability Professional - CRP Intensive,

programa de certificação internacional em Engenharia da Confiabilidade, que já certificou 85 profissionais no mundo e 60 no Brasil, será ampliado pela ReliaSoft, em 2013. As inscrições estão abertas para o treinamento intensivo que será realizado em julho. O programa é destinado para os profissionais que desejam se certificar em confiabilidade, porém não têm tempo para participar dos treinamentos regulares da ReliaSoft, ou desejam completar o programa de certificação mais rápido para obter ascensão profissional. Informações podem ser obtidas no site www. reliabilityprofessional.org

gente

Milton Costa Filho assumiu a secretaria executiva do Instituto Brasileiro de Petróleo, Gás e Biocombustíveis – cargo ocupado por Álvaro Teixeira nos ultimos 19 anos. Engenheiro Químico, Milton Costa Filho atuou na Petrobras por 36 anos em diversos cargos nas áreas de negócios internacionais, engenharia, comunicação e marketing. Também ocupou a presidência da Associação de Empresas de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis da América Latina e Caribe - Arpel e o cargo diretor executivo do 17º Congresso Mundial de Petróleo, realizado no Rio de Janeiro em 2002. Álvaro Teixeira continuará contribuindo com o IBP, na função de Consultor Senior.

Renata Baruzzi Lopes, gerente executiva da área Corporativa da Diretoria de Engenharia, Tecnologia e Materiais da Petrobras, ocupará a presidência do Centro de Excelência em EPC no biênio 2013 / 2014. Antonio Muller, ocupará a vice-presidencia da entidade.

Agência Petrobras

Nicia Mourão, gerente de Assuntos Regulatórios da Associação Brasileira da Indústria Química, ocupará uma cadeira no Conselho Consultivo Científico da Organização para Proibição de Armas Químicas – OPCW, organização intergovernamental localizada na Holanda, que promove e verifica a adesão dos países-membros à Convenção de Armas Químicas.

Jorge Soto, diretor de Desenvolvimento Sustentável da Braskem, irá liderar a nova diretoria do Comitê Brasileiro do Pacto Global - CBPG, durante o biênio 2013-2014. A diretoria é composta por representantes da Braskem, Petrobras, CPFL, Itaipu e Instituto Superior de Administração e Economia – ISAE-FGV. O CBPG é um grupo voluntário formado por 35 organizações membros da Rede Brasileira, cujo objetivo é promover a adoção dos Princípios do Pacto Global na gestão de negócios das empresas e organizações que operam no Brasil.

Paulo Poffo assumiu a Diretoria Comercial e Marketing da Leser, tradicional fabricante alemã de válvulas de segurança com subsidiária no Rio de Janeiro. Formado em administração de empresas pela Faculdades Integradas de Jacarepagua, e MBA em Marketing pela Fundação Getúlio Vargas, Poffo possui experiência em estruturação de equipes comerciais e a vivência em multinacionais alemãs, como Siemens e Festo. no 348

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Jornal

Indústria química

Máquinas e equipamentos

A demanda por produtos químicos de uso industrial, medida pelo consumo aparente, recuou 0,72% m 2012, após dois anos consecutivos com crescimentos (+13,2% em 2010 e +9,68% em 2011). Apesar disso, a produção e as vendas cresceram – 2,89% e 7,43% respectivamente – principalmente pela substituição das importações, cujo volume caiu 9,4% em 2012, e pela base fraca de comparação do ano anterior. Segundo relatório produzido pela Equipe de Economia da Abiquim, a utilização média das instalações ficou em 81% ao longo de 2012 – dois pontos acima da média do ano anterior.

Os fornecedores de máquinas e equipamentos acreditam em uma recuperação lenta, gradual e segura em 2013. A estimativa da Associação Brasileira da Indústria de Máquinas e Equipamentos é que o setor cresça de 5% a 7% neste ano – em 2012 os fabricantes viram o faturamento bruto recuar 3%, para R$ 80 bilhões, e a produção física cair 5,4%. O número só não foi pior porque a produção de equipamentos para o setores de infraestrutura e indústria de base cresceram 22,4% e as encomendas para petróleo e energia renovável foram 3,9% maiores.

O crescimento de 2,9% no consumo aparente em 2012 evidencia que o mercado brasileiro é ainda muito atendido por importados. O déficit da balança comercial do setor fechou o ano em US$ 16,82 bilhões – o valor é 5,9% menor em relação ao registrado em 2011 por conta do aumento de 11,2% nas exportações, que atingiram US$ 13,23 bilhões em 2012. “As exportações melhoraram porque o câmbio mudou e os clientes internacionais aumentaram o ritmo de encomendas”, avalia o presidente da Abimaq, Luiz Aubert Neto.

Volumes de produção e vendas crescem em 2012

Plásticos

Setor registra alta de 8,5% no consumo de transformados O consumo aparente de transformados plásticos chegou a R$ 59 bilhões em 2012, representando um crescimento de 8,5% em relação ao ano anterior.

Segundo dados da Associação Brasileira da Indústria Plástica, a produção nacional, que representa 85% do total, fechou o ano com queda de 0,43%.

A balança comercial acumula um déficit de US$ 2,25 bilhões – as exportações tiveram redução de 11%, caindo para R$ 1,3 bilhão. As importações cresceram 6%, totalizando US$ 3,6 bilhões.

Fornecimentos para infraestrutura e energia amenizam queda na produção

Insumos

Governo promete redução no preço do gás Definida a redução no custo da energia elétrica, o governo agora está disposto a reduzir os preços do gás natural. O ministro do Desenvolvimento, Indústria e Comércio Exterior, Fernando Pimentel, disse que os passos nessa direção já estão sendo planejados.

Cloro e soda

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Aumento no consumo puxa produção

Atmosferas explosivas

A produção de cloro cresceu 1,8% em 2012, subindo para 1,2 milhão de toneladas. As vendas totais apresentaram expansão de 3,6%. A produção de soda cáustica obteve crescimento de 1,6%, para 1,3 milhão de toneladas. As vendas do produto no mercado interno ficaram 3,7% superiores em comparação a 2011 e as importações da soda diminuíram 4,1%, segundo dados da Associação Brasileira da Indústria de Álcalis, Cloro e Derivados - Abiclor.

O IECEx - Sistema da IEC para a certificação de serviços, competências pessoais e equipamentos Ex, certificou a primeira edificação pressurizada para instalação em áreas classificadas contendo atmosferas explosivas de gases inflamáveis. A certificação foi emitida pelo Organismo de Certificação ITS, do Reino Unido, para módulos metálicos pré-montados fabricados pelo Specialist Services Group, dos Emirados Árabes Unidos, que foram instalados em uma área industrial de Dubai.

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ITS certifica skids pressurizados

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Empresas & Negócios

Braskem investirá R$ 2,2 bilhões em 2013

Beg Figueiredo / Braskem

A Braskem irá retomar o patamar de investimentos de 2011.

A empresa planeja desembolsar R$ 2,2 bilhões, um volume 31% maior do que os R$ 1,7 bi investidos no ano passado – há Operário trabalha em manutenção no pólo dois anos, quando con-de Camaçari: Braskem planeja nova parada solidou a aquisição dano último trimestre Quattor e das fábricas de polipropileno nos EUA, os investimentos somaram R$ 2,08 bilhões. A diferença é que desta vez a maior parcela não será destinada a projetos de expansão da capacidade no Brasil.

60% do investimento previsto para este ano será alocado em manutenção e reposição de equipamentos das 29 unidades industriais espalhadas pelo país. “Pouco mais de R$ 300 milhões serão gastos com a parada programada em nossa central de matérias primas na Bahia, que deve acontecer no último trimestre.

O restante está disperso em uma quantidade grande de pequenos itens”, explica o presidente da empresa, Carlos Fadigas.

Os projetos de aumento de capacidade somarão R$ 709 milhões – apenas para o projeto Etileno XXI, no México, a Braskem destinará R$ 536 milhões. O restante será dividido entre os estudos de engenharia do Comperj – que este ano entra na fase FEL 3 – e as adaptações na infraestrutura para fornecimento de propeno para a planta de ácido acrílico da Basf, em Camaçari.

O projeto Etileno XXI, com capacidade para produzir 1 milhão de toneladas anuais de polietileno, está orçado em R$ 3,2 bilhões e deve estar operacional em 2015 – no final do ano passado, a Braskem elevou sua participação para 75% do projeto comprando 10% da sócia Idesa. No caso do Comperj, a Braskem ainda discute com a Petrobras a quantidade e o preço da matérias-primas que serão disponibilizadas.

Em 2012 a Braskem ampliou as vendas de poliolefinas no mercado interno e a taxa de ocupação de suas plantas – com isso, a receita líquida saltou 9%, para R$ 35,5 bilhões.

Mas a desvalorização cambial afetou o resultado financeiro, e a empresa fechou o segundo ano consecutivo no prejuízo – este ano em R$ 738 milhões.

Para reforçar o caixa, a Braskem poderá se desfazer de outros ativos não estratégicos – no final do ano passado a empresa vendeu para a Odebrecht Ambiental sua fatia na Cetrel e na Unidade de Tratamento de Água no Polo de Camaçari, por R$ 652 milhões, e 1.500 vagões que transportavam produtos nos EUA, para investidores americanos, por US$ 83 milhões.

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Petrobras renova CRCC da Triple M

A Petrobras renovou, em fevereiro, o Cadastro de Fornecedores de Materiais e Serviços – CRCC da Triple M, fornecedora de válvulas, tubos e conexões. Com a obtenção do certificado, a empresa está habilitada a fornecer válvulas gaveta, globo e retenção, de até 48 polegadas, e esfera, de até 60 polegadas, em aço carbono, inox ou liga. O certificado também engloba as válvulas borboleta com sede resiliente, da marca Mark Valve, com fabricação nacional.

Acordo com PCC traz vantagens logísticas para BTM A BTM firmou acordo comercial para fazer parte do grupo Precision Castparts Corporation - PCC – um dos maiores fornecedores mundiais de tubos extrudados em ligas exóticas e seus fittings.

A BTM é subsidiária do International Piping & Procurement Group - IPPG – do qual também faz parte a brasileira Triple M. A empresa fabrica conexões e acessórios de açocarbono de alto rendimento com solda de topo de liga metálica para as indústrias de energia e petroquímica, com unidades nos EUA e China. Com o acordo, a BTM terá acesso a uma cadeia de abastecimento internacional que proporcionará mais agilidade no atendimento. Além disso, o conjunto de máquinas e equipamentos do PCC Energy Group é capaz de produzir peças, tubulações e conexões em uma ampla variedade de materiais e tamanhos.

Vibropac incorpora linha de sopradores da Gardner Denver

A Vibropac passa a representar comercialmente e oferecer assistência técnica aos compressores industriais e sopradores da Gardner Denver, com exclusividade, para todo o território nacional.

A Gardner Denver, fundada em 1859, possui 40 unidades de produção espalhadas ao redor do mundo. A linha de “blowers” da Gardner Denver é diversificada e abrange diferentes tamanhos e modelos, cada um com desempenho e tecnologia específica para atender determinado tipo de aplicação. “Temos procurado alternativas que levem a empresa a buscar novos segmentos de mercado e concentramos nossos esforços em buscar produtos que possam atender às demandas crescentes no setor de saneamento básico e indústrias em geral, motivo pelo qual trouxemos, não apenas este produto este ano, como também incorporamos em nossa linha as bombas de fusos e multifásicas da Leistritz e toda uma linha de pré-tratamento de efluentes”, explica o diretor Comercial da Vibropac, Carlos Dompieri.

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Ary Diesendruck

Especial

Unidade da Oxiteno em Camaçari: setor cresceu acima da média mundial nos últimos 20 anos, mas vê consumo aparente estagnar em 2012

A urgência do regime especial

Apesar do crescimento no faturamento, setor químico registra estagnação do consumo aparente e déficit comercial recorde A desoneração de tributos tem sido um dos principais instrumentos de adotados pelo governo para impedir a estagnação da economia brasileira. A estratégia até que vem dando resultados pontuais, particularmente na ponta do consumo.

Mas seus efeitos não têm alcançado a produção industrial.

Levantamento da Associação Brasileira da Indústria Química aponta que o consumo aparente de produtos químicos de uso industrial se manteve estagnado entre 2011 e 2012.

Uma avaliação superficial nos números apresentados pelo coordenador da Comissão de Economia da Abiquim, Marcos de Marchi, durante o Encontro Anual da Indústria Química incita a comemoração: em 2012 o setor faturou R$ 293 bilhões – 12,4% a mais do que no ano anterior. A variação cambial ajudou as empresas instaladas no país ganharem mercado – o percentual de insumos importados recuou de 33% para 30% do consumo.

Observando com mais atenção, a estagnação indica que a demanda na ponta da cadeia continua atendida por produtos importados. Em dólares, o resultado (US$ 153 bilhões) representa um recuo de 2,7% em relação a 2011. A importação de produtos químicos superou as exportações em US$ 28 bilhões, um crescimento de 12,8% e novo déficit recorde na balança comercial.

Há três anos a participação do setor no PIB está estacionada em 2,6%. “Já há alguns anos estamos ocupando 80% da

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capacidade instalada. Poderíamos operar a 90% ou 95%. Mas apesar de ter uma balança comercial negativa, não operamos nessa ocupação, muito provavelmente por falta de competitividade da nossa indústria”, ressalta o executivo.

Uma prova de que o cenário ainda não é atrativo o suficiente está no investimento previsto pelos fabricantes de produtos químicos de uso industrial: US$ 22 bilhões para os próximos cinco anos – é metade do que o Pacto Nacional da Indústria Química calcula como necessário apenas para eliminar o déficit comercial até 2020.

A expectativa do setor é ver aprovado este ano o Regime Especial da Indústria Química - Reiq. Do conjunto de propostas apresentadas pelo Conselho de Competitividade da Indústria Química ao Comitê Gestor do Plano Brasil Maior fazem parte a desoneração de matérias-primas e de investimentos, redução nos preços da energia elétrica e do gás natural utilizaAs exportações recuaram para US$ 15,1 bilhões, enquanto as importações subiram para US$ 43,1 bilhões – o que representa 19% do que o país importa e 6% do que exporta.

Os números da Abiquim mostram uma realidade ainda mais embaraçosa: o país tem exportado produtos de menor valor agregado, a uma média de US$ 1050 por tonelada, ao passo que as importações têm sido compostas por produtos de maior valor – a US$ 2500 por tonelada.

Especial

do como matéria-prima, melhorias na infraestrutura e incentivo à inovação. “A rapidez na adoção das propostas apresentadas pelo Conselho de Competitividade será essencial para garantir a retomada dos investimentos”, destacou o presidente do Conselho Diretor da Abiquim, Henri Slezynger.

“A indústria química mundial cresceu 7% ao ano desde 1990. Nesse período o Brasil cresceu a uma taxa mais elevada: 8% ao ano. Mas a China, que em 1990 era do tamanho do Brasil, fez uma lição de casa muito bem feita em relação à química e tem hoje o primeiro posto, com faturamento de US$ 1,2 trilhão, tendo crescido nesse período a 18% ao ano”, observa Marcos de Marchi.

Concorrência global Para piorar o cenário, o Brasil poderia até mesmo perder a posição de liderança na produção petroquímica na América Latina caso Argentina e México trilhem o mesmo caminho dos EUA – segundo país no ranking da indústria química mundial. Dinamizados pelo advento do shale gas, que derrubou as cotações do gás natural para US$ 2,50 a US$ 3 por milhão de BTU, os EUA contabilizam 20 novos projetos petroquímicos, com a adição de 11 milhões de toneladas de

eteno até 2016 – quase três vezes a capacidade hoje instalada no Brasil, onde o gás custa US$ 12 por milhão de BTU. Slezynger apresentou um estudo da Agência Internacional de Energia, que mostra a China como maior detentor de reservas de shale gas, com 1275 trilhões de pés cúbicos, seguido por EUA, com 862 trilhões de pés cúbicos, Argentina (774 trilhões) e México (681 trilhões) – o Brasil, que só teve mapeadas as reservas da Bacia do Paraná, aparece no levantamento em nona posição, com 226 trilhões de pés cúbicos. “As concessões para a exploração de gás, que têm um tempo limitado, provavelmente não estimulam a procura e o desenvolvimento dessas reservas, considerando que, além de desenvolvê-las, seria necessário também a instalação de gasodutos para transportá-las”.

Sem uma política para aproveitamento do gás natural como matéria-prima, o Brasil acaba gastando cerca de US$ 2,7 bilhões com a importação de metanol e fertilizantes – derivados do gás. É desse tipo de competitividade que a indústria química está falando.

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CSVI aposta no Conteúdo Local O conteúdo nacional representa uma oportunidade para a ampliação e o domínio de novas tecnologias e o fortalecimento do parque industrial nacional

A Câmara Setorial de Válvulas Industriais (CSVI) da Associação Brasileira da Indústria de Máquinas e Equipamentos (Abimaq), aposta na política de conteúdo nacional, conhecido também como conteúdo local para alavancar as oportunidades de negócios para o setor no segmento de Petróleo e Gás em 2013.

O objetivo desta política do governo federal é ampliar a participação da indústria no fornecimento de bens e serviços, em bases competitivas e sustentáveis, a fim de traduzir os investimentos do setor em geração de emprego e renda para o país.

A Abimaq desempenha um importante papel de incentivo ao investimento no Brasil, demonstrando a governantes a noção concreta das necessidades do país.

A política de conteúdo nacional é amplamente apoiada pela indústria brasileira, pois representa uma oportunidade para a ampliação e o domínio de novas tecnologias e o fortalecimento do parque industrial nacional, além de desenvolvimento de novas empresas e a geração de empregos.

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Matéria de Capa

Sob controle

Desenvolvimento tecnológico dos medidores aponta para operação em condições extremas e instrumentos capazes de identificar problemas e gerar diagnósticos Flavio Bosco

O

ácido fluorídrico que circula pela Unidade de Gasolina de Aviação da Refinaria Presidente Bernardes – RPBC exigiu a instalação de um medidor de vazão que não precisasse ter contato direto com o fluído.

Numa situação complexa como essa, um instrumento convencional precisaria ser substituído pelo menos três vezes por ano. O projeto abriu espaço para um medidor ultrassônico. A operação em condições cada vez mais extremas, com altas pressões e altas temperaturas, vem quebrando paradigmas da instrumentação.

O avanço das tecnologias não intrusivas é apenas parte dessa evolução. Um movimento semelhante ocorre com a adoção de materiais mais nobres – sensores fabricados em ligas especiais, antes restritos à aplicações muito específicas, já aparecem com mais frequência nos pedidos.

A relevância da tecnologia ultrassônica supera não apenas onde as condições de pressão e temperatura são extre-

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mas ou os fluidos são críticos. Por não possuir elementos móveis, exige menos manutenção e menor consumo de energia para bombeamento do fluido, em comparação com outras tecnologias para medição de vazão. “Mais do que trabalhar com condições adversas, a vantagem do medidor ultrassônico está na capacidade de diagnóstico desses instrumentos”, destaca o diretor de Negócios Flow da Emerson Process Management, Mauricio Negrão.

Um estudo da IMS Research publicado no ano passado aponta que a demanda por medidores ultrassônicos utilizados na transferência de custódia – que envolve o transporte de uma substância física de um operador a outro – crescerá em ritmo mais rápido do que qualquer outro tipo de medidor de vazão. Nesse mercado – estimado pela consultoria em US$ 500 milhões no mundo inteiro – os medidores por pressão diferencial ainda representam a maior parcela dos instrumentos instalados, mas as tecnologias alternativas

Matéria de Capa

Medidores instalados na fábrica da Akzo: instrumentos transmitem, sem fio, dados do processo e informações sobre seu funcionamento

avançaram, como os medidores mássicos tipo coriolis, movidos por aprovações de organismos de normatização, ao mesmo tempo em que fornecedores investem em melhorias nas técnicas já estabelecidas – como os medidores tipo turbina, que passaram a ser fabricados com rolamentos mais resistentes para aumentar sua vida útil.

A tecnologia ultrassônica, em que um feixe de onda acústica é emitido através da tubulação e seu intervalo de leitura é diretamente relacionado à velocidade do escoamento, se mostra atraente para medir vários fluidos. Medidores eletromagnéticos, que medem a vazão através da tensão criada pelo escoamento do fluido através de um campo eletromagnético, têm elevado índice de incerteza, baixo custo e facilidade de integração aos sistemas de controle, mas funcionam adequadamente apenas com fluidos condutivos – como água. “Os medidores de vazão do tipo ultrassônico tem aumentado sua fatia, dadas as vantagens de baixa perda

de carga, ausência de peças móveis e funcionamento totalmente eletrônico, o que lhes dá uma vantagem na robustez e estabilidade em longo prazo”, avalia o consultor sênior da Petrobras, José Pinheiro (veja entrevista na página 21).

As condições extremas de operação também apontam para a medição de nível sem contato – com vantagem para os medidores ultrassônicos ou tipo radar, baseado na emissão e reflexão de micro-ondas. “Você tem que conhecer o instrumento muito bem – não só as vantagens, mas também as limitações. Antes mesmo de o cliente dizer que quer um instrumento, é necessário fazer um pré-detalhamento para saber se a tecnologia pode ser usada para aquela determinada condição”, explica o engenheiro de instrumentação sênior da Chemtech, Hamilton Maranhão.

A Chemtech foi responsável pelo projeto de detalhamento das unidades de destilação atmosférica, coqueamento retardado, geração de hidrogênio e de hidrotratamento de diesel e nafta da Rnest, do Terminal de Regaseificação de GNL em estudo na Bahia e dos módulos dos FPSOs replicantes. Em cada um desses projetos, quase todas as tecnologias tiveram espaço.

Pequenas alterações no processo poderiam não apenas inviabilizar a adoção de uma tecnologia em particular, mas também refletir na estratégia de aquisição, calibração e manutenção dos instrumentos. Uma condição extrema pode afetar a medição de outras variáveis, exigindo análises mais criteriosas – projetos envolvendo linhas de alta vazão de gás natural, com escoamento em alta velocidade, obrigaram os engenheiros da Chemtech a realizar análises de resistência mecânica dos poços termométricos. “Não são apenas pressão e temperatura que representam limitações a uma determinada tecnologia, por isso devemos sempre avaliar criteriosamente todas as condições de processo e de fornecimento para garantir ao nosso cliente que ele vai ter uma solução de medição e não mais um problema para resolver”, explica Maranhão.

Para as plataformas que serão instaladas no pré-sal da Bacia de Santos, a tecnologia dependerá do ponto de medição – a medição de vazão é um sub-sistema à parte, no escopo da Altus, responsável pela automação e controle dos sistemas de produção, detecção de fogo e shutdown das plataformas. Já o sistema de medição de transferência de custódia está a cargo da Ecovix, responsável pelo casco das plataformas, mas será integrado à estação de medição fornecida pela Altus. O projeto básico foi definido pela Petrobras, o Feed pela Doris e o detalhamento a cargo dos fabricantes dos módulos, com verificação da Altus. Segundo o diretor Operacional da empresa, Fabio Gustavo Eidelwein, a maior produtividade nos poços do pré-sal não influenciou a seleção das tecnologias de medição de vazão. “Algumas condições do pré-sal exigem a aplicação de outras tecnologias para o FPSO, como necessidade de detectores de CO2, remoção e injeção de CO2 das linhas de gás, por exemplo”.

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Inteligência embarcada Medir uma simples variável e reportá-la ao sistema de controle está longe de ser uma operação simples – mas em condições extremas torna-se ainda mais complexa. Só a especificação da tecnologia mais adequada às características do processo já dá uma bela equação para qualquer projetista.

Tome como exemplo a variável vazão, convencionalmente definida como a quantidade, em massa ou volume, de um fluido que passa por uma determinada sessão em um determinado espaço de tempo: um equívoco na medição das condições de referência – pressão e temperatura para o caso de vazão volumétrica – altera significativamente o resultado da medição. Em uma tubulação, com o fluido gasoso comprimido a 20 bar e 40ºC, um volume de 10 litros/h se transforma em 100 litros/hora quando retorna para uma pressão mais baixa. Agora some a isso as questões relacionadas a calibração e metrologia, que variam ao sabor da tecnologia.

O grau de incerteza depende das características construtivas de cada equipamento – e também da combinação com o tipo de fluido. Aprimorar esses índices de exatidão, no entanto, representaria um custo que pode não ser justificado pelos benefícios que ele trará. Poucos laboratórios no mundo têm capacidade para verificar a calibração de medidores - com índices menores do que 0,5%.

A linha de desenvolvimento agora segue a tendência dos instrumentos inteligentes: ao mesmo tempo que informam dados do processo são capazes de identificar problemas e gerar uma série de informações sobre seu funcionamento e desgaste, e manter os índices de incerteza dentro dos padrões de calibração.

A simplicidade de tecnologias como a placa de orifício é o principal argumento para justificar seu amplo uso – principalmente na medição de vazão de gás, por conta de limitações de espaço e dificuldade de acesso aos equipamentos.

Mas é justamente essa simplicidade que impõe limites aos instrumentos.

Os instrumentos inteligentes são capazes de identificar, além dos dados do processo, informações sobre seu funcionamento e desgaste, indicar necessidades de intervenção e transmiti-las para os sistemas de controle – via redes digitais ou até mesmo sem fio.

De acordo com estudo elaborado pela consultoria Arc Advisory, a ênfase no gerenciamento dos ativos e a tecnologia de comunicação digital também abriu uma avenida para a adoção dos transmissores de temperatura inteligentes. A demanda por transmissores de pressão inteligentes continuará maior do que a busca por instrumentos convencionais – nesse caso, além dos benefícios do autodiagnostico e da comunicação digital, há o apelo dos sistemas instrumentados de segurança.

As tendências têm como pano de fundo a competitividade para o usuário final – como no caso da transmissão de dados aos sistemas de controle, que viram os custos com cabeamento cair com o advento dos protocolos digitais e 18

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zerar com o desenvolvimento da transmissão sem fio.

Outra vantagem nessa história é a redução de custos com a manutenção – o auto-diagnóstico permite que o técnico vá a campo somente para resolver, e não para tentar descobrir qual é o problema. “Em termos de manutenção, você não perde mais tempo trocando equipamento sem necessidade”, observa o gerente de produtos da Siemens, Fabio Specian.

Na lista de recomendações de especialistas, o clássico critério do custo / benefício aparece sempre em primeiro lugar. A sofisticação e a exatidão dos instrumentos incide diretamente no seu preço. “As tecnologias estão bem avançadas, mas muitas vezes queimamos um produto ou tecnologia por não saber analisar exatamente a aplicação”, ressalta o engenheiro de projetos de instrumentação da Braskem para as plantas na região Nordeste, Erik Garcia.

Um bom exemplo são os medidores Altosonic V-12, da Krohne, já instalados pela Cegás – distribuidora de gás do Ceará: além dos cinco canais de medição por ultrassom, o equipamento dispõe de um par de canais, em “V”, para atingir a parte inferior da tubulação. Isso permite monitorar a deposição de materiais ou corrosão, que interfere diretamente na vazão – e na medição. “O medidor Altosonic 5, para líquidos, permite ver o perfil de fluxo pela tela do computador”, acrescenta Ricardo Fuchs, diretor Industrial da Conaut – parceira brasileira da Krohne.

Em parceria com a Shell e o NMI – instituto de metrologia holandês – a Krohne está instalando um laboratório para calibração dentro de uma estação da petroleira, em Rotterdam – o EuroLoop funcionará com linhas de by-pass, utilizando o óleo e gás em condições de operação. Hoje os instrumentos precisam ser enviados para calibração em um laboratório localizado na França.

A Endress+Hauser, que trouxe os medidores de vazão coriolis em 4-20mA Hart, expandiu sua linha Promass 200 para Profibus PA – o próprio loop de uma rede Profibus pode alimentar o medidor. O Promass 200 mede simultaneamente vazão mássica, vazão volumétrica, densidade e temperatura.

Os instrumentos wireless ainda estão confinados ao monitoramento de nível, pressão e temperatura – embora sua maior vantagem seja levar a medição a pontos onde a instalação de fios não é viável. Novas características – como o tempo de atualização, redundância de gateway e a quantidade de equipamentos disponíveis – tem aberto espaço para sua adoção também em medições mais rápidas de vazão e pressão. A Emerson lançará este ano transmissores de pressão para aplicações mais simples e transmissor de nível de onda-guiada nativo em wireless.

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Nova edição da Portaria ANP/Inmetro abre espaço para tecnologias A Agência Nacional do Petróleo e o Inmetro tentarão, pela terceira vez, publicar a nova edição da Portaria Conjunta 001/2000 – que regulamenta a medição do volume de petróleo e gás extraído, para medição fiscal. A partir dela, as operadoras sujeitas à norma terão liberdade para adotar tecnologias alternativas – a edição atual, publicada no ano 2000, determina a utilização de medidores ultrassônicos, de deslocamento positivo e turbina para medir a vazão de óleo e de placa de orifício, ultrassom e turbinas para o gás. A tecnologia a ser utilizada necessitará apenas de aprovação do Inmetro.

O regulamento também trará um maior controle metrológico por parte do Inmetro – será exigido, por exemplo, que calibrações e ensaios dos instrumentos sejam realizados em laboratórios acreditados da Rede Brasileira de Calibração.

A Portaria é um marco na história da medição de vazão. Foi a partir dela que um regulamento técnico de medição, com força de Lei, padronizou as estações que medem a quantidade de petróleo ou gás extraída do subsolo.

Agora, com o aprimoramento tecnológico, todos os agentes reconhecem a necessidade de adequar o regulamento. Na realidade, sua revisão vem sendo gestada há cinco anos. As companhias operadoras e os fornecedores de equipamentos pleiteavam a adoção de tecnologias já previstas pelo American Petroleum Institute - API e uma frequência menos breve para os prazos de calibração dos medidores. Após a primeira consulta pública, realizada em 2008, a ANP e o Inmetro decidiram escrever uma nova minuta, já reconhecendo parte das demandas apresentadas por operadoras e fornecedores. A meta era publicar a nova versão em 2010.

Segundo a ANP, questões administrativas precisaram ser esclarecidas pelas duas autarquias envolvidas no processo.

“A demora foi ocasionada pelo grande número de sugestões enviadas pelos agentes regulados e partes interessadas na revisão da regulamentação, que demandou um trabalho de análise e reuniões com as partes interessadas, tanto pelo Inmetro quanto pela ANP”, esclarece o chefe da Divisão de Articulação e Regulamentação Técnica Metrológica do Inmetro, Marcelo Castilho.

Algumas alterações são mais simples – caso da apresentação da matriz de responsabilidades, que define as atribuições da ANP e do Inmetro. Haverá um aumento dos requisitos procedimentais, através de adoção de normas de gestão ISO 10012. Outras modificam pontos fundamentais

da Portaria. Nessa categoria estão enquadradas a criação de procedimento para solicitar extensão de prazo de calibração e realização de teste de poços e a liberdade de escolha dos medidores e computadores de vazão, desde que os modelos tenham aprovação do Inmetro.

Segundo Castilho, mesmo que não haja restrição, dependendo do uso do resultado da medição realizada – medições fiscais, de apropriação ou operacional, por exemplo – o emprego de alguma tecnologia pode ser inviável por conta dos erros de medição apresentados, ou mesmo por falta de regulamentação metrológica específica.

Diariamente os dados de produção – e de configuração – deverão ser enviados à ANP, diretamente dos computadores de vazão. A Agência investiu em sistemas de aquisição dos dados de produção – e continua aperfeiçoando estes sistemas para receber as informações.

A periodicidade das calibrações foi determinada pela ANP e dependerá da tecnologia adotada. No caso das verificações, a periodicidade varia conforme o instrumento regulamentado pelo Inmetro – a maior parte dos casos varia de um a dois anos.

Na prática, as operadoras têm um motivo para optar por tecnologias mais sofisticadas – que, ao incorporar informações sobre seu funcionamento, conseguem manter os índices de exatidão dentro dos padrões de calibração. Até então, aquela equação custo / benefício indicava uma tecO Inmetro está preparando um regulamento técnico RTM para medidores multifásicos – previsto para ser publicado em abril deste ano. Essa técnica de medir a vazão de óleo, gás e água que escoam simultaneamente pelos dutos é uma das fronteiras tecnológicas atualmente estudadas por pesquisadores, fornecedores e petroleiras.

Esse tipo de instrumento combina um medidor de vazão venturi ou de deslocamento positivo com uma fonte radioativa para medir a densidade do fluido – e algoritmos que calculam a porcentagem de óleo, gás e água. De forma experimental, o medidor multifásico já é utilizado pela Petrobras para medir a vazão dos gases e líquidos que saem dos poços antes mesmo de passarem pelos vasos separadores.

Uma das vantagens desse tipo de medidor é a eliminação de separador de testes embarcados nas plataformas, onde o mais importante é espaço.

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Matéria de Capa nologia mais simples. Intervalos de calibração muito curtos, somados a escassez de provadores, sempre inibiram a adoção dessas tecnologias – basta imaginar a complicada operação logística para retirar um medidor ultrassônico de 20 polegadas instalado em uma plataforma para enviá-lo a um laboratório a cada dois meses.

“Nossa expectativa é que a ANP consiga entender que algumas tecnologias não demandam períodos de calibração tão curtos como hoje está sendo exigido. Temos acompanhado casos em que, periodicamente, retiramos medidores

ultrassônicos que estão em operação, para fazer as verificações da incerteza, e em cinco anos, não percebemos nenhuma alteração que justificasse enviar esses medidores para serem calibrados”, conta o diretor da Emerson, Mauricio Negrão.

A partir da publicação da portaria as operadoras terão o prazo, estipulado pela ANP, para adequação dos sistemas de medição e projetos já aprovados. Para atender as exigências relacionadas aos laboratórios acreditados, os agentes regulados terão um prazo de 24 meses.

Fornecedores nacionalizam produção Nas últimas três décadas, a Wika criou um mercado cativo no segmento de instrumentação para medição de pressão e temperatura. Desde novembro, a empresa passou a fabricar no país também medidores de nível magnéticos.

Agora prepara ampliar o portfólio com chaves de nível e transmissores.

Este ano a Endress+Hauser passa a produzir no Brasil instrumentos para medição de nível, pressão e vazão. A Emerson está ampliando a produção de medidores de pressão e temperatura e o laboratório de vazão instalado em sua unidade brasileira.

Movidos por um misto de otimismo com o mercado local e política de conteúdo local, os fabricantes de instrumentação passaram a investir para produzir no Brasil boa parte dos medidores que hoje são importados. “A Endress+Hauser vem crescendo, em média, 20% ao ano nos últimos dez anos. Já não dava mais para trazer tudo isso lá de fora”, argumenta o gerente de produtos de vazão, André Nadais.

De acordo com levantamento da Organização Nacional da Indústria do Petróleo - Onip, o mercado nacional comporta a produção de medidores de vazão magnéticos, ultrassônicos e de deslocamento positivo, computadores de vazão, chaves de nível por micro-ondas e magnético e pressostatos. A produção nacional ainda está limitada a sensores de temperatura e componentes mecânicos para medição de nível e vazão – via de regra, instrumentos com tecnologia embarcada ainda são importados. Há também escassez de laboratórios equipados com condições similares às de operação para calibrar esses instrumentos.

“Um motor para que tudo isso aconteça é a exigência de conteúdo local, que influencia as vendas de todo mundo, mas também o crescimento que estava previsto no Brasil, que fez todo mundo prestar um pouco mais de atenção em nós”, avalia o gerente de vendas externas e marketing da Wika, Paulo Bachir.

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Rita Bragatto

Fábrica de transmissores de pressão da Emerson, em Sorocaba: investimento para ampliar produção local A partir deste ano, a Onip irá verificar a evolução dos projetos mapeados durante os workshops Platec – plataforma tecnológica desenvolvida pela entidade para dotar as empresas brasileiras de capacidade técnica para nacionalizar a produção de equipamentos que hoje precisam ser importados. A lista, feita a partir de pesquisa com operadoras e fornecedores, inclui itens como medidores de vazão magnéticos e ultrassônicos, computadores de vazão e chaves de nível.

Durante os workshops, fornecedores e compradores avaliaram a viabilidade da produção local, considerando a capacitação técnica, escala de mercado, logística e tributação. “Já temos os critérios para acompanhar os projetos e iremos nos reunir com o grupo de fornecedores para avaliar aqueles que andaram por si só e para traçar um plano de ação para aqueles projetos que vão precisar do acompanhamento de perto”, conta o superintendente da Onip, Luis Mendonça.

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Nome José Alberto Pinheiro Cargo Consultor sênior na Petrobras

Análise

“É possível agregar o conteúdo local por meio de adequações às necessidades dos clientes” Os instrumentos e sensores importados ainda respondem pela maior fatia da demanda local por sistemas de medição.

Mas essa limitada produção nacional é, ao mesmo tempo, um incentivo à novos investimentos no Brasil e uma ameaça para os fabricantes nacionais. Via de regra, as tecnologias de sensores são desenvolvidas e fabricadas por grupos globais, que os vendem para os grandes fornecedores de instrumentos e sistemas. Há também uma tendência de terceirizar a fabricação de instrumentos nos países localizados no continente asiático. “No Brasil há casos isolados de fabricação de instrumentos de nível, pressão, temperatura e vazão cuja sobrevivência pode ser ameaçada no médio prazo. Mesmo com as exigências de conteúdo local nos grandes projetos de empresas estatais e multinacionais, os níveis são atingidos por meio de itens dentro de ‘sistemas’, como engenharia, montagem, materiais como cabos, tubos e estruturas metálicas, e não “instrumentos”, ressalta o consultor sênior da Petrobras, José Alberto Pinheiro.

Engenheiro elétrico pós graduado em medição de vazão pelo Imperial College, de Londres, Pinheiro é instrutor de cursos na área de medição de vazão do Instituto Brasileiro do Petróleo e da Sociedade Internacional de Automação – ISA. Na sua opinião, o mercado nacional oferece

espaço para desenvolvimentos – apesar da demanda inconstante e da concorrência global.

Os fornecedores têm o que o usuário precisa?

Sim. Há empresas locais com bom nível de vendas e assistência técnica, embora neste último quesito haja espaço para melhorias pontuais.

Há espaço para novos desenvolvimentos tecnológicos?

Na área de sensores, sem dúvida há espaço, mas depende exclusivamente de investimentos em universidades e centros de pesquisas e desenvolvimento de fabricantes locais, que, de modo geral sofrem com a falta de uma demanda mais constante em nível nacional e com a grande concorrência dos fabricantes internacionais que já possuem um mercado cativo e garantido. Temos o caso do desenvolvimento muito interessante na PUC-Rio de um sensor de pressão baseado em fibras óticas para uso em poços de petróleo.

No mercado nacional, em geral, há farto espaço para o desenvolvimento de sistemas de medição, pois é possível agregar o conteúdo local, entre outros aspectos, por meio de adequações às necessidades dos clientes, além do atendimento às demandas técnicas e legais.

Em medição de vazão, a grande

barreira tecnológica que todos estão estudando e aplicando é a medição multifásica, ou seja, a técnica de medir fluidos que escoam em dutos com diferentes fases simultaneamente – gás e líquido juntos – que se configura como uma grande quebra de paradigma. Além disso, há a incorporação de rotinas de diagnóstico on-line dos medidores de vazão que podem ajudar na confiabilidade e na determinação dos intervalos de calibração menos frequentes. Essa também é uma barreira a ser vencida na questão de metrologia: como incorporar os recursos de diagnóstico como ferramenta para reduzir rotinas e custos de calibração periódica.

Outra área muito desafiadora é a calibração in loco de medidores de gás de grandes vazões, pois não há a disponibilidade de recursos como provadores, como na área de líquidos, obrigando os usuários a enviar os medidores para calibração em laboratórios no exterior.

Como a operação em áreas de pressões e temperaturas extremas afeta os equipamentos?

Sem dúvida os equipamentos que operam em condições extremas carecem de recursos técnicos de fabricação e manutenção, dependendo totalmente dos fabricantes sediados no exterior.

Na área de medição, por exemplo, as calibrações em território nacional ficam comprometidas pelo fato dos laboratórios nacionais não disporem daquelas condições similares às de operação.

Além disto, mesmo em nível internacional, muitas vezes não é possível encontrar tais condições extremas.

Qual tecnologia é mais adequada para a medição nessas condições extremas?

Na área de pressão está havendo muita pesquisa em duas áreas: sensores para pressões extremas, como as que serão enfrentadas no pré-sal e nos materiais dos invólucros, por causa dos desafios de corrosão, também recorrentes naquele cenário.

Sem dúvida o desenvolvimento de novos materiais será um grande desafio nessa área. no 348

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Artigo Técnico

Estratégia e implantação de migração de SDCD Mike Vernak Rockwell Automation Resumo Muitas plantas de processo têm em operação atualmente um sistema digital de controle distribuído (SDCD) ultrapassado. À medida que o SDCD atinge o final de sua vida útil, é necessária uma atualização para um novo sistema de automação.

Quando a decisão for tomada, deve ser definida uma estratégia de atualização.

Na maioria dos casos, é necessário fazer a atualização com o mínimo de tempo de parada e de risco possível, e esses requisitos pesam bastante na determinação da estratégia de atualização.

Há quatro decisões estratégicas importantes que devem ser tomadas antes da atualização ocorrer.

Primeiro, é preciso decidir se o novo sistema de automação apenas replicará a operação do SDCD existente ou se aprimorará o sistema existente em termos de capacidade de produção, qualidade e outros fatores. Uma mera replicação tem menor custo inicial, porém usualmente é muito mais cara ao longo de todo o ciclo de vida do novo sistema de automação, pois muitos dos benefícios de um sistema de automação moderno são perdidos.

Segundo, é necessário determinar se a atualização será vertical ou horizontal. Em uma atualização vertical, uma área de processo específica é atualizada por vez. Em uma atualização horizontal, todas as unidades de processo similares são atualizadas simultaneamente, em geral, em múltiplas áreas de processo. Por exemplo: se uma planta tiver 20 caldeiras, todas seriam atualizadas de uma vez em uma atualização horizontal, e não apenas a(s) caldeira(s) da unidade de processo vertical.

Terceiro, deve ser definido se a atualização será feita pela substituição de todos os componentes do sistema de automação simultaneamente ou em uma abordagem escalonada. Em uma abordagem escalonada, os componentes de operação (OWS) são substituídos em primeiro lugar, em seguida os controladores e, finalmente, as E/S. A substituição do sistema de automação em etapas levará mais tempo, porém requererá menos tempo de parada e implicará em menos riscos.

A quarta e última decisão estratégica que deve ser tomada 22

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é fazer a troca a quente ou a frio (com os sistemas operando ou parados). Em uma troca a quente, o SDCD antigo e o novo sistema de automação operam simultaneamente, com uma malha de controle sendo migrada por vez do antigo SDCD para o novo sistema no nível das E/S. Com uma troca a frio, o SDCD antigo é substituído pelo novo sistema de automação, reiniciando todo o processo de uma só vez.

A opção pela troca a quente é mais cara em termos do custo da atualização, porém apresenta um custo geral inferior na maioria dos casos em que o custo do tempo de parada é levado em conta. O risco também é menor com a troca a quente, pois apenas uma malha é convertida por vez, ficando o SDCD antigo ainda disponível no caso de alguma dificuldade não prevista com o novo sistema de automação.

Este artigo técnico analisará as estratégias para migrar um SDCD existente para um novo sistema de automação e mostrará como implementar as estratégias selecionadas, maximizando o tempo em operação e minimizando os custos e os riscos. O gerenciamento do projeto também será abordado, pois é essencial para assegurar que os cronogramas do projeto sejam cumpridos para minimizar o tempo de parada e para controlar os custos – tudo isso com níveis de risco aceitáveis.

Melhoria vence replicação Um SDCD existente pode simplesmente ser replicado pelo novo sistema de automação ou pode ser melhorado. A replicação é mais barata inicialmente, porém normalmente terá o custo do ciclo de vida bem mais elevado, pois as melhorias operacionais serão mínimas. Replicar é simplesmente substituir o hardware de automação existente por novos componentes, mantendo todas as funcionalidades idênticas o máximo possível. As novas telas de operação simplesmente copiam as antigas, sem nenhuma tentativa para melhorar a interação com o operador. Qualquer problema relacionado com a operação existente, como ajustes de processo imprecisos, tratamento de alarmes e identificação e resolução de problemas, continuará a existir.

Em muitos casos, a intenção é simplesmente importar as telas de operação antigas para os novos componentes usando algum tipo de software de tradução. Problemas surgem

Artigo Técnico porque esse tipo de software de tradução, em geral, não está disponível e, mesmo se estivesse, ainda seria necessário um trabalho considerável para corrigir os bugs que inevitavelmente surgem durante a tradução.

De forma similar, a replicação tenta usar a mesma configuração para o controlador, simplesmente importando a lógica para o hardware do novo controlador. Novamente, uma quantidade substancial de trabalho é necessária, em geral, para traduzir a lógica antiga para o novo sistema. Qualquer problema existente na configuração do controlador, como uma lógica mal organizada e não compreensível, será mantido para os novos controladores. Alguma melhoria normalmente ocorre, pois os novos controladores, em geral, têm algoritmos mais avançados para o controle de malha.

As E/S também são substituídas uma a uma, sem atualização para E/S distribuídas via redes digitais. Mudanças são feitas apenas nas E/S para resolver questões de compatibilidade entre elas e os dispositivos de campo.

O principal benefício da replicação é que os componentes do novo sistema de automação serão suportados pelo fornecedor durante décadas, e isso é especialmente importante quando o SDCD está atingindo o final de sua vida útil, que é o caso, em geral, em uma atualização.

Em contraste absoluto com a replicação, a melhoria requer mais investimentos, porém proporciona um retorno superior em praticamente todos os casos. No caso de melhoria, cada área de atualização é examinada estrate-

gicamente e os investimentos são feitos onde o retorno é maior. A tabela 1 apresenta alguns dos benefícios da melhoria comparados com a replicação e esses benefícios são explicados em detalhes.

Tabela 1: Razões para utilizar melhoria em vez de replicação Retorno de Investimento (ROI) superior Mais fácil de manter o software e a lógica Controle de processo mais fino Melhor qualidade Menos perda de material e retrabalho Melhores telas de interface para o operador Melhor tratamento de alarmes Identificação mais rápida das causas primárias dos alarmes Resolução mais rápida de problemas Maior capacidade de produção

Por exemplo, novas telas operação podem ser configuradas para corrigir problemas existentes, como tratamento de alarmes deficiente ou reconhecimento lento da causa raiz dos problemas. Corrigir esses problemas pode, em geral, reduzir o tempo de processo parado, melhorar a segurança e reduzir os riscos. A configuração da tela de operação será realizada com a última versão de software do fornecedor, facilitando a manutenção e o suporte contínuo.

A nova lógica do controlador pode ser escrita para automatizar operações manuais existentes e melhorar o controle do processo. Esses tipos de mudanças resultarão, em geral, em melhor qualidade, menos perda e maior capacidade de

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Artigo Técnico produção. A lógica do novo controlador pode ser desenvolvida usando técnicas atuais, como a norma S88 de controle de processo de bateladas, propiciando uma lógica muito mais fácil de entender e suportar.

Um retorno de investimento (ROI) substancial pode ser obtido, em geral, fazendo atualização para E/S distribuídas e inteligentes, e para redes digitais de alta velocidade, especialmente porque as redes de E/S digitais modernas acomodam tanto E/S inteligentes como instrumentos de campo inteligentes.

Na maioria dos casos, a melhoria será uma estratégia superior quando comparada a uma simples replicação, pois o ROI será rápido e uma melhor operação e benefícios consequentes serão contínuos. Além dos benefícios facilmente quantificáveis – como melhor qualidade, maior capacidade de produção e maior disponibilidade do processo – as plantas também podem esperar menos incidentes de segurança e podem melhorar significativamente a conformidade regulatória.

Diagrama 1

Um sistema de automação moderno proporciona uma integração coesa entre os diversos controladores e sistemas de computação, permitindo o monitoramento integrado e o controle de toda a planta.

Vertical x Horizontal A maioria das plantas de processo tem diversos subsistemas similares que operam em uma ou mais áreas do processo.

Por exemplo, uma planta poderia ter dez caldeiras, cada uma fornecendo vapor de processo para uma área do processo.

Em uma atualização horizontal, o sistema de automação de cada caldeira seria substituído de forma sequencial em um único período. Em uma atualização vertical, o sistema de automação da caldeira seria substituído em conjunto com a atualização do sistema de automação de sua unidade de processo.

As decisões entre atualização horizontal x vertical são, em geral, motivadas por configurações específicas do processo da planta. Por exemplo, duas caldeiras poderiam fornecer vapor a cinco áreas de processo cada uma, necessitando de uma abordagem de atualização horizontal.

Em outro caso, cada área de processo poderia ter seu próprio sistema de automação, significado que o sistema de auto24

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mação da caldeira poderia ser atualizado em conjunto com o sistema de automação de sua unidade de processo associada, de forma vertical.

Ainda em outro caso, um sistema de automação poderia controlar a planta toda, tornando a decisão vertical x horizontal puramente estratégica, pois qualquer opção poderia ser viável.

Tanto a atualização vertical como a horizontal podem ser executadas com uma abordagem em etapas, minimizando o tempo de parada e os riscos, quando gerenciadas corretamente.

Abordagem em etapas minimiza riscos Um método de migração é substituir o SDCD inteiro de uma vez, incluindo as estações de operação, os controladores e as E/S. Este método é simples de executar e, em geral, resulta em custos de compra e instalação menores, porém o tempo de parada do processo pode ser excessivo, ocorrendo em um único período contínuo.

Dividir o tempo de parada total necessário em vários períodos costuma ser vantajoso, e isso pode ser feito com uma estratégia de migração em três etapas. Essa estratégia também distribui os custos da migração em um período mais longo e minimiza os riscos.

Com uma migração em três etapas, a maioria dos componentes obsoletos – em geral as estações de operação – é convertida primeiro, exigindo pouco ou nenhum tempo de parada. Na segunda etapa, os controladores são substituídos.

Isto exigirá, normalmente, algum tempo de parada, mas esse tempo pode ser mínimo, utilizando os métodos que serão explicados mais à frente. Na terceira e última etapa, as E/S são substituídas.

Na etapa inicial, as estações de operação antigas são substituídas por componentes – baseados em PCs. Assim que as novas estações forem configuradas, elas podem ser testadas usando um software que simula a conexão a um sistema de automação real. Há diversas formas de realizar essa simulação, com benefícios e custos crescentes de acordo com o grau de precisão da simulação. Em diversos casos, o software de simulação pode ser instalado na mesma estação de operação, minimizando os custos e a área de instalação necessária.

Assim que as estações estiverem configuradas e o software de simulação estiver ativo, elas podem ser instaladas na sala de controle da planta de processo. Visualizar essas telas de operação simuladas próximas às existentes é um método de risco e custo baixos para treinar os operadores da planta com as novas telas. Assim que os operadores estiverem familiarizados com as novas telas, o software de simulação pode ser desinstalado e as estações de operação podem ser conectadas aos controladores existentes. Isso pode exigir algum tempo de parada e também pode exigir alguma configuração para integrar as novas estações com os controladores existentes.

Na segunda etapa, os controladores legados são substituídos por controladores modernos de maior velocidade, com mais memória e tecnologias de otimização de processo,

Artigo Técnico como controle multivariável, controle baseado em modelo e outras metodologias de controle de processo avançado (APC). Em função do tipo do SDCD antigo e de outros fatores, a configuração dos novos controladores pode ser feita a partir do zero ou importada do SDCD existente. Se for importada, a lógica pode ser convertida automaticamente usando utilitários de engenharia de conversão, assumindo que tais utilitários estejam disponíveis para o SDCD antigo e para o novo sistema de automação. Mesmo com os melhores utilitários de conversão, alguma revisão manual será necessária. Se não houver utilitário de conversão, a conversão manual é uma opção, e isto é feito melhor, em geral, por uma empresa que conheça o SDCD antigo e o novo sistema de automação. Assim que a lógica dos controladores do novo sistema de automação for gerada, os novos controladores e o software podem ser operados e testados em um ambiente simulado, para minimizar problemas quando entrarem em operação nos processos reais da planta. Como as novas estações de operação já estarão implementadas, o software de operação pode instalado, em geral, na mesma estação do software de simulação, adicionando à validade da simulação.

Tecnologias como scanners de E/S também podem ser empregadas nessa etapa para simular conexões entre os controladores e as E/S. Scanners modernos de E/S também podem ser empregados em um projeto para copiar ou capturar a dinâmica das E/S existentes em tempo real. Uma vez capturados, esses dados podem ser utilizados para fazer a depuração da lógica dos novos controladores, reduzindo bastante os riscos. Assim como ocorre com as estações de operação, os benefícios e os custos aumentam com o grau de precisão da simulação. Porém, a simulação do controlador é muito mais crítica, pois erros na lógica do controlador podem provocar uma parada no processo e é muito mais difícil alterar a lógica do controlador on line, comparado às telas das estações de operação. Por essas razões, é uma boa ideia investir o máximo possível na simulação do controlador, pois isso ajudará muito a assegurar uma troca sem problemas do SDCD antigo para o novo sistema de automação. Assim que os controladores estiverem configurados e testados via simulação, eles devem ser instalados e conectados às estações de operação e às E/S. A conexão às estações é bem direta, pois os dois conjuntos de componentes normalmente são do mesmo fornecedor ou de fornecedores que seguem normas de protocolo de comunicações abertas, como EtherNet/IP. Entretanto, as conexões dos novos controladores às E/S existentes podem ser mais problemáticas, pois é improvável que as E/S existentes suportem protocolos de comunicação moderna. Felizmente, muitos fornecedores de automação têm scanners de E/S ou outros componentes de interface que possibilitam a comunicação entre os controladores do modelo atual e os sistemas de E/S mais antigos, minimizando os esforços de engenharia e o tempo de parada necessário.

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Artigo Técnico Assim que as novas estações de operação e os novos controladores estiverem instalados, a etapa final em uma estratégia de migração de três etapas – a substituição das E/S – poderá ser feita. Neste caso, a simulação do software não é necessária, porém a simulação do hardware, normalmente é. A simulação do hardware das E/S consiste em conectar novos módulos de E/S nos sensores, atuadores e instrumentos de campo dos mesmos modelos que os encontrados na planta existente. Esta simulação costuma ser realizada em uma área de teste onde seja viável encenar e interconectar todos os componentes necessários.

Para entradas e saídas discretas, essas simulações são bem simples e pode não ser preciso realizá-las. Para entradas e saídas analógicas, essas simulações podem ser mais complexas, especialmente quando uma saída de um instrumento está conectada à entrada de um sistema de automação via uma malha de 4 a 20 mA. Se for utilizado um barramento digital para conectar instrumentos inteligentes a um controlador, o teste se torna ainda mais importante.

Uma vez concluído o teste do hardware, as novas E/S podem ser instaladas e conectadas. Assim como ocorre com as conexões da estação/controlador, a conexão entre as novas E/S e os controladores é bem direta, pois os dois conjuntos de componentes serão normalmente fornecidos pelo mesmo fabricante ou por fabricantes que adotam um padrão de comunicações aberta, como EtherNet/IP. As conexões entre os pontos de E/S e os sensores, atuadores e instrumentos existentes em campo são mais complexas, porém muitos fornecedores de automação têm soluções de fiação que minimizam o tempo de parada ao substituir e conectar E/S. Tanto na abordagem “tudo de uma vez” como em etapas, uma troca a quente de uma malha de controle por vez pode ser mais vantajosa para minimizar o tempo de parada e os riscos.

Troca a quente reduz tempo de parada Com uma troca a quente, todo o SDCD antigo (ou parte dele) e o novo sistema de automação operam simultaneamente, sendo migrada uma malha de controle por vez do SDCD antigo para o novo sistema de automação.

Se for selecionada uma abordagem escalonada, a troca a quente ocorre no nível das E/S, pois a IHM e os controladores já foram substituídos. Os sistemas de E/S antigas e novas estão instalados e operando simultaneamente, sendo as antigas E/S substituídas pelas novas E/S à medida que cada malha é colocada em operação.

Se uma abordagem escalonada não foi selecionada, então a IHM, os controladores e as E/S antigas e novas são mantidas e operam simultaneamente. À medida que as novas malhas são colocadas em operação, a E/S associada é transferida para o novo controlador. A estação de operação e os controladores antigos são aposentados à medida que as E/S associadas a eles são convertidas, até que todo o sistema de automação 26

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seja substituído.

Com uma troca a frio, o SDCD antigo é substituído por completo pelo novo sistema de automação, com todo o processo partindo de uma só vez. Não há operação simultânea do SDCD antigo com o novo sistema de automação.

Conforme detalhado na tabela 2, a troca a quente apresenta vantagens sobre a troca a frio, porém também apresenta algumas desvantagens. As principais vantagens são menor tempo de parada e riscos reduzidos. Como o SDCD antigo fica operando enquanto o novo sistema de automação está transferindo uma malha de controle por vez, somente uma malha fica desativada por vez. Na maioria das plantas, isso pode ser gerenciado com pouco tempo de parada ou mesmo sem parada.

Tabela 2: Troca a quente x troca a frio Benefícios Menos tempo de parada Riscos reduzidos Mais fácil de diagnosticar potenciais problemas Mais fácil de implementar o treinamento no site do novo sistema de automação Desvantagens Mais caro Ocupa mais espaço Requer operação simultânea dos sistemas de automação antigo e novo Leva mais tempo

O risco é muito baixo, pois o controle de cada malha pode ser transferido de volta ao SDCD antigo em caso de um problema no controle da malha com o novo sistema de automação. O diagnóstico de problemas é muito simples, pois qualquer problema estará isolado em uma malha. Concluindo, o treinamento no site ocorre naturalmente à medida que cada malha nova é colocada em operação e é testada, tudo em um ritmo administrável.

Embora uma troca a quente tenha vantagens atraentes, também existem desvantagens. Uma troca a quente é mais cara, pois parte ou todo o SDCD antigo e o novo sistema de automação devem estar implementados e operando simultaneamente. É necessário mais espaço na sala de controle, aumentando a complexidade da gestão do projeto.

Concluindo, o tempo total para fazer a troca será, em geral, bem maior.

Resumindo, a maioria das plantas escolhe uma troca a quente, a menos que existam circunstâncias especiais que permitam a parada completa da planta durante um longo período. Essas circunstâncias podem incluir uma reforma ou substituição completa de um equipamento importante do processo, uma redução substancial antecipada na demanda da produção da planta devido a fatores sazonais ou outros fatores ou mudanças importantes necessárias nos processos da planta para atender regulamentações.

Não importa qual seja a estratégia selecionada para a mi-

Artigo Técnico gração, a gestão do projeto será um fator-chave para determinar uma implantação bem sucedida.

Gerenciamento de projeto para o sucesso Gerenciamento de projeto é uma arte e, ao mesmo tempo, uma disciplina bem respeitada, com sua própria organização profissional e programas de certificação. Dependendo do tamanho e do escopo do projeto de atualização, seu gerenciamento exigirá uma equipe que irá variar de tamanho ao longo do projeto.

Uma pessoa deve ser designada como Gerente de Projeto, que terá a responsabilidade final no processo de tomada de decisão. O Gerente de Projeto deve ter autoridade para tomar decisões instantaneamente, balanceando os custos, cronograma e riscos. Em um projeto de grande porte, haverá centenas dessas decisões e, consultar a diretoria ou um comitê em cada uma delas simplesmente aumentará em muito o tempo e o custo correspondente.

Na maioria dos casos, o Gerente de Projeto tem autoridade para tomar decisões pontuais até um determinado nível de valor, sendo que as decisões acima desse nível requerem aprovação superior ou de consenso entre toda a equipe de projeto. Para máxima eficácia, o nível monetário deve ser expresso sempre em termos percentuais.

Por exemplo, um projeto de atualização da ordem de U$1 milhão poderia incluir autorização para o Gerente de Projeto tomar decisões até o valor de U$20.000, ou 2%.

Como o Gerente de Projeto é responsável pelo custo total e pelo cronograma do projeto, ele está, em geral, melhor fundamentado para tomar essas decisões e deve ser experiente o suficiente para saber qual nível de consulta com a equipe de projeto é ideal em cada caso.

Ele dependerá da equipe de gerenciamento do projeto para administrar tarefas, como o cronograma do projeto, o acompanhamento contínuo dos custos e o monitoramento do percentual de conclusão de cada tarefa – que pode ser bem difícil em projetos de atualização, especialmente em tarefas relacionadas a software.

Se uma tarefa consistir da instalação de uma nova estação na sala de controle, a porcentagem

de conclusão pode ser confirmada normalmente por uma inspeção visual. Se consistir no desenvolvimento de milhares de linhas de lógica para um novo controlador, outros métodos de avaliação deverão ser utilizados. Ao monitorar a conclusão de tarefas relacionadas a software, simplesmente não há nenhum substituto para a experiência, idealmente em desenvolvimento de software similar. Se o Gerente de Projeto não tiver esse tipo de experiência, ele deve designar uma pessoa para atuar na equipe de projeto como líder técnico para monitorar o desenvolvimento do software. Em função do tamanho e do escopo do projeto, o Gerente de Projeto pode precisar de líderes técnicos em outras áreas também, sendo que esses líderes técnicos são agregados ao projeto, em geral, em regime de tempo parcial.

Como ocorre com muitas disciplinas complexas, a experiência é a melhor professora para um Gerente de Projeto. Se

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Artigo Técnico uma planta administra projetos internamente de forma rotineira, então, a experiência necessária para o gerenciamento do projeto já pode estar na empresa. Alternativamente, muitas plantas contam com o pessoal corporativo que passa de planta em planta dentro de uma organização para gerenciar grandes projetos de investimento de capital. Se for viável, a formação de uma equipe de projeto composta de recursos internos pode ser a melhor solução, pois estará bem familiarizada com as operações e com o pessoal da planta.

Entretanto, para muitas plantas e organizações, simplesmente não há funcionários e experiência suficientes na empresa para gerenciar internamente grandes projetos de investimento de capital, especialmente para tarefas especializadas realizadas com pouca frequência, como a atualização de um SDCD. Esta é a razão pela qual muitas plantas recorrem a empresas prestadoras de serviços para gerenciar atualizações.

Se esta opção for a selecionada, a planta deve designar uma pessoa para ser o principal elemento de contato com o Gerente de Projeto da prestadora de serviço. Esta pessoa, denominada, em geral, de Gerente de Projeto interno, deve trabalhar muito próxima ao Gerente de Projeto da prestadora de serviço para assegurar a conclusão bem sucedida do projeto.

Ao selecionar uma prestadora de serviços, o principal critério deve ser a experiência com o tipo desejado de atualização em termos de estratégia, processos de planta e com o hardware e software do novo sistema de automação. Idealmente, a prestadora de serviço já deverá ter executado satisfatoriamente diversas atualizações similares, e o pessoal da planta deverá ter a oportunidade de conversar com clientes antigos dessa prestadora para verificar se há alguma reclamação quanto aos seus serviços.

Conclusão Quatro decisões estratégicas devem ser tomadas antes da atualização. A primeira, se o novo sistema de automação apenas replicará a operação do SDCD existente ou a melhorará.

A segunda, se o upgrade será vertical ou horizontal e, a terceira, se será feita a substituição de todos os componentes do sistema simultaneamente ou em uma abordagem em etapas.

Por fim, deve ser considerada a troca a quente ou a frio.

A primeira, replicação x melhoria, pode ser tomada separadamente das demais. Entretanto, as outras três, em geral, interagem e, portanto, devem ser tomadas em conjunto. Por exemplo, podem haver situações em que toda a planta ficará parada durante um período prolongado. Nesses casos raros, uma troca a frio de todo o sistema de automação em uma abordagem horizontal é a opção selecionada, em geral. Mais comumente, toda a planta ou parte dela precisa ser mantida em operação, levando a uma decisão estratégica interrelacionada. Por exemplo, uma estratégia de atualização vertical pode ser selecionada quando uma área de processo de uma planta for atualizada por vez, levando diretamente às decisões de abordagem escalonada (em etapas) e ao método para 28

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realizar a troca.

Se uma abordagem escalonada for selecionada, cada área poderá ser atualizada por meio de uma troca a quente ou a frio. Por exemplo, pode ser decidido fazer a atualização das estações de operação a quente, porém os controladores e as E/S a frio.

Em casos em que o tempo de parada e os riscos devem ser minimizados, normalmente se seleciona a troca a quente com uma abordagem escalonada para a substituição da estação de operação, do controlador e das E/S. Essa estratégia é relativamente cara em termos do custo da atualização, porém os custos como um todo costumam ser inferiores, pois o tempo de parada do processo é mantido em um nível mínimo. Para a maioria das plantas, o custo associado a qualquer período significativo de parada do processo reduzirá o montante economizado ao utilizar uma estratégia de atualização mais barata.

Esta estratégia também leva mais tempo no total, porém há um tempo mínimo de parada ou nenhum tempo durante todo o período de atualização. Isto ocorre em contraste a uma estratégia como troca a frio do sistema completo de automação, que deve minimizar o tempo de atualização, porém que exigirá parada do processo durante todo o período de atualização.

Quaisquer que sejam a estratégias de atualização selecionadas, o gerenciamento correto é fator decisivo, pois uma boa equipe de gestão de projeto pode implementar o plano selecionado dentro do cronograma e orçamento, com níveis de risco aceitáveis. Em muitos casos, uma empresa prestadora de serviços é mais adequada para fornecer os serviços de gerenciamento de projeto de uma atualização.

Plantas com sistema SDCD antigo exigirão uma atualização para um sistema de automação moderno em algum momento. Selecionar as estratégias corretas de atualização e a equipe correta de gerenciamento de projeto são fatores críticos para o sucesso da atualização. Se um prestadora de serviço terceirizada for selecionada, ela pode ajudar na gestão do projeto e no desenvolvimento das estratégias de atualização.

Referências 1. Justification for Migration: How to calculate financial justification for migration from an existing distributed control system to a new automation system; Mike Vernak, Rockwell Automation; 2. Best Practices in Control System Migration; Dan Hebert, PE, Senior Technical Editor; http://www.controlglobal. com/articles/2007/006.html 3. The Great Migration: Before Deciding, Always Look for Risk Versus Return; John Bryant, Arkema and Mike Vernak, Rockwell Automation; 4. Upgrading Your DCS: Why You May Need to Do It Sooner Than You Think; Chad Harper, Maverick Technologies; 5. Control System Migration: Reduce Costs and Risk by Following These Control System Migration Best Practices; Nigel James, Mangan Inc.

Artigo Técnico

Uso de sensor virtual para controle de transiente de temperatura em reator de polimerização semi-batelada Wagner Milan Departamento de Produção da Basf S/A Tintas e Vernizes Leo Kunigk Centro Universitário do IMT, Coordenadoria de Pósgraduação

Claudio Garcia Departamento de Engenharia de Telecomunicações e Controle da Escola Politécnica da USP Newton Libanio Ferreira Centro Universitário da FEI

Resumo Este trabalho visa o levantamento de modelo matemático do processo de produção de resinas acrílicas, utilizando-se reatores semi-batelada com serpentina meia-cana. O modelo obtido foi validado a partir de dados experimentais coletados durante as etapas do processo de produção e foi implementado em um sistema digital de controle para execução em tempo real, para operar como se fosse um sensor virtual. Os objetivos principais do projeto foram minimizar o choque térmico na serpentina e reduzir o desperdício de energia, predizendo o comportamento do set-point do controlador de temperatura do fluido de aquecimento nas transições da temperatura no meio reacional. Adicionalmente, o modelo proposto permite um controle mais seguro do processo, visto que a reação em questão é extremamente exotérmica.

1. Introdução Um novo conceito de instrumento, associado a sistemas digitais microprocessados, capaz de manipular computacionalmente as informações medidas e transmiti-la aos controladores dos sistemas industriais vem ganhando força nos últimos anos. Esses instrumentos são chamados de Instrumentos Inteligentes (Berni, 2004). De acordo com Brignell (1996), “instrumentos inteligentes são aqueles que modificam seu comportamento interno para aperfeiçoar sua habilidade para coletar dados do mundo físico e os comunicar de uma maneira correspondente ao sistema que os recebe”.

Mais recentemente surgiu uma nova família de sensores inteligentes, denominada de Soft-Sensors (Sensores Virtuais),

Sergio Mauro da Silva Neiro, Fran Sergio Lobato, Cristia o Garcia Queiroz e Rubens Gedraite Universidade Federal de Uberlândia

que possibilitam a medição de variáveis que não poderiam ser medidas por sensores tradicionais, e mesmo que os sensores tradicionais pudessem medi-las, o fariam de maneira limitada.

O sensor virtual pode ser considerado como o resultado da intersecção da tecnologia de Sensores Inteligentes e das técnicas de Modelagem e Identificação de Sistemas. Essa associação entre sensor e modelo é a ideia fundamental do soft-sensor. Pode-se desmembrá-lo em duas partes distintas, a saber: o subconjunto do sensor, que mede o valor de variáveis relacionadas com a variável desejada e o subconjunto do modelo empregado, geralmente implementado em software, capaz de fornecer, por meio de simulação, o valor da variável desejada.

Existem problemas no mundo real para os quais a inferência de variáveis, detecção e classificação de falhas, previsão de desempenho, aproximação de funções não lineares e identificação de padrões são requeridos. Nestes tipos de problemas, as soluções tornam-se caras e complexas, se modelos tradicionais são os únicos descrevendo o comportamento do sistema. Isto ocorre devido a vários fatores: tipicamente há grande quantidade de informações envolvidas no problema; as limitações de um modelo determinístico em generalizar, ou seja, tirar conclusões gerais dos dados apresentados; a sensibilidade dos modelos empíricos convencionais aos sinais de perturbação ou às novas condições do processo, a complexidade do modelo descrito ou simplesmente pela inexistência do modelo.

Uma das características de muitos processos industriais é a complexa inter-relação entre suas variáveis, o que tem no 348

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Artigo Técnico levado ao desenvolvimento de técnicas que permitam a estimação de algumas delas, através de informações adquiridas por meio de outras, que são medidas.

Apesar de medidas on-line serem bastante desejadas, existem barreiras para a viabilidade de medições on line das variáveis do processo, incluindo a inexistência de medidores apropriados e/ou o alto custo desses medidores. Isto, com frequência, conduz ao monitoramento destas variáveis importantes do processo através do uso de análises off-line em laboratório, que significam perda de informações, demora na obtenção dos resultados e normalmente requerem aumento do esforço humano, resultando no desvio do processo das condições de operação desejada, produzindo uma variabilidade insatisfatória e uma redução no rendimento (Lotufo; Garcia, 2008).

Estes efeitos adversos podem não serem superados de maneira aceitável pelo uso dos algoritmos existentes de controle avançado. Esforços a fim de se superar ou diminuir este problema têm incluído o desenvolvimento de estimadores inferenciais ou sensores virtuais. Há muitas variáveis medidas on-line e que são amostradas de forma relativamente rápida.

Estas variáveis estão indiretamente relacionadas às variáveis difíceis de se medir.

Há duas metodologias usuais que podem ser adotadas na construção de um modelo inferencial. Primeiro, a chamada bottom up, na qual uma proposição teórica pode ser formulada, que é geralmente a abordagem preferida para tarefas de modelagem em engenharia (Aguirre, 2007 e Garcia, 2011).

Contudo, ela requer um entendimento das propriedades físicas e químicas básicas do processo. Na indústria química, por exemplo, um entendimento incompleto do processo frequentemente inviabiliza esta abordagem. Uma alternativa comum é abordar o problema segundo a metodologia top down e gerar um modelo de entrada-saída do processo através dos dados coletados da planta, também conhecido como identificação (modelagem) caixa-preta ou caixa-cinza (EsmailyRadvar, 2001).

O sensor virtual pode ser dividido, como mencionado anteriormente, em duas partes principais, uma composta pelos sensores propriamente ditos e outra composta pelo modelo.

Cada uma dessas partes pode ser projetada de maneira independente e depois integradas entre si. De forma geral, são usados sensores disponíveis comercialmente e o objetivo final está concentrado no modelo implementado em software.

São muitos os métodos usados para estimar variáveis através de outras variáveis medidas. De acordo com Ljung (1999) e também Ohshima & Tanigaki (2000), esses métodos podem ser classificados e divididos em três grandes grupos: • Modelos Fenomenológicos – obtidos através de uma abordagem analítica, são os chamados modelos mecanicistas, derivados dos princípios básicos ou fundamentais; • Modelos Empíricos - provenientes de dados obtidos em laboratório; • Modelos Caixa-Preta - obtidos de dados operacionais 30

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através da aplicação de algoritmos como redes neurais, lógica fuzzy e/ou métodos estatísticos.

Pode-se afirmar, também, que o desenvolvimento de modelos matemáticos de sistemas reais é um tema importante e podem ser usados para simulações, análises do comportamento de sistemas, melhor entendimento dos mecanismos (básicos) fundamentais do sistema, projeto de novos processos ou projeto de controladores.

Tradicionalmente, a modelagem é vista como uma conjunção de um completo conhecimento da natureza e do comportamento do sistema, e de um tratamento matemático apropriado, que conduz a um modelo utilizável. Esta abordagem é comumente denominada modelagem caixa branca (whitebox) e também conhecida como modelagem pela física ou natureza do processo (Aguirre, 2007).

Contudo, na prática, um bom entendimento dos fundamentos físicos do problema à mão demonstra ser um severo fator limitante, principalmente quando são considerados sistemas complexos e de conhecimento insuficiente. Dificuldades encontradas em modelagem convencional do tipo caixa-branca podem surgir, por exemplo, da pobre compreensão dos fenômenos básicos (fundamentais), valores incorretos de vários parâmetros do processo ou da complexidade do modelo resultante. Um completo entendimento dos mecanismos básicos (fundamentais) é praticamente impossível para a maioria dos sistemas reais.

Este trabalho aborda o desenvolvimento e a validação de modelo matemático a ser usado no controle da temperatura do reator químico do tipo semi-batelada, utilizado para a produção de resinas acrílicas, para o qual o set-point de operação não é fixo ao longo do ciclo de produção. Este equipamento tem o seu ciclo de operação iniciado à temperatura ambiente, sendo esta elevada gradualmente até atingir a temperatura de reação, na qual permanece por período de tempo pré-estabelecido e, na sequência, ocorre o resfriamento até temperaturas próximas à ambiente.

Estratégias distintas de controle são definidas para cada etapa do processo, a saber: aumento gradual da temperatura de aquecimento, controle da temperatura da reação e redução gradual da temperatura de resfriamento. No entanto, a transição entre uma etapa e outra causa oscilações na temperatura, prejudicando a qualidade do produto e a vida útil do reator.

Além disso, há a questão de eventuais riscos à segurança do processo.

O modelo permite predizer a temperatura do reator na etapa de aquecimento inicial do sistema, funcionando como um sensor virtual da temperatura da massa reacional, a partir do valor da temperatura da camisa de aquecimento. Este modelo é essencial no controle da temperatura do reator, evitando que o valor estabelecido como set-point seja ultrapassado. Essa aplicação contribui para diminuir as variações bruscas de temperatura na etapa de aquecimento do reator, que causam sérios danos às serpentinas de troca térmica do equipamento.

Artigo Técnico Com o emprego de um melhor controle de temperatura também se obtém uma menor variação no peso molecular da resina, melhorando a qualidade do produto. Convém salientar que o controle de temperatura é fundamental para diminuir a possibilidade de ocorrência de reação descontrolada, dada a característica do processo de poder apresentar reação exotérmica violenta.

2. Descrição do reator de batelada A configuração do reator é apresentada na figura 1. O reator opera com aproximadamente um terço de seu volume preenchido. É importante ressaltar que o reator possui três segmentos independentes de jaqueta meia-cana, utilizados de acordo com o volume de matéria prima contido em seu interior. Os três segmentos são acionados atuando-se nas válvulas on-off, que permitem estabelecer a circulação de fluido térmico (VDI GESELLSCHAFT, 2006).

O aquecimento e o resfriamento do reator são feitos, respectivamente, através da circulação de fluido térmico quente (300°C) ou frio (30°C) na serpentina do mesmo. O controle da temperatura do reator é feito ajustando-se a vazão de fluido térmico.

2.2. Estratégias de controle da temperatura A figura 3 apresenta uma representação esquemática do circuito de aquecimento e resfriamento do reator de polimerização considerado neste trabalho. Este circuito é composto basicamente por válvulas de controle de óleo frio e quente, válvula de três vias de retorno de óleo frio e/ou quente, bomba centrífuga e serpentina. As válvulas possuem posição de falha definida, visando a segurança do processo. Estas válvulas têm sua posição alterada para estado seguro no caso de pane no processo, que implique em perda de sinal de controle.

Figura 1 – Configuração do reator de batelada

2.1. Operação do reator para produção de resina acrílica O processo típico de produção de resina acrílica consiste em carregar previamente o reator com solvente orgânico, aquecer até a temperatura de reação, aproximadamente 150°C e então iniciar a transferência simultânea de monômero e iniciador com vazão controlada. Normalmente, alguns minutos após iniciada a transferência, tem início a reação exotérmica. O fluxograma simplificado da figura 2 ilustra este processo, o qual é chamado de “dual feeding” porque monômero e iniciador ficam em tanques separados e são transferidos simultaneamente ao reator com vazão controlada. Existe outra forma de se trabalhar, na qual o monômero e os iniciadores são misturados em um mesmo tanque e depois transferidos ao reator, também com vazão controlada.

Figura 3 – Fluxograma simplificado do circuito de aquecimento e resfriamento

O processo tem quatro malhas de controle (vazão de monômero, vazão de iniciador, temperatura da massa no reator e temperatura do fluido térmico). As malhas de vazão de monômero e iniciador são independentes e não foram abordadas neste trabalho. Já as duas últimas são acopladas (estratégia de controle em cascata) e são o foco deste estudo.

São três as estratégias de controle de temperatura atualmente empregadas, a saber: (i)- estratégia delta, (ii)- estratégia neutra e (iii)- estratégia de controle pela massa.

A estratégia delta é utilizada para as etapas do processo que correspondem às rampas de aquecimento e de resfriamento.

Consiste basicamente em estipular uma diferença constante de temperatura entre a massa reacional e o fluido térmico, a qual é mantida constante durante esta parte do processo.

A estratégia neutra é utilizada para a transição entre a estratégia delta e o controle pela massa ou vice-versa. Ela tem como objetivo único estabilizar o sistema, interrompendo as entradas de fluido frio e quente e manter o fluido térmico em recirculação no circuito fechado formado pela serpentina e pela bomba.

A estratégia de controle pela massa é utilizada na fase de reação, na qual o set-point do controlador de temperatura da massa é constante. Nesta estratégia, os controladores de

Figura 2 – Fluxograma simplificado do processo no 348

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Artigo Técnico temperatura do fluido térmico e da massa são acoplados em cascata.

A figura 4 apresenta o comportamento temporal típico das temperaturas consideradas no sistema em questão.

e o reator; TO ( t ) = temperatura média do óleo; TM(t) = temperatura da massa reacional e Vo = volume do óleo na serpentina de aquecimento.

O calor recebido pela massa reacional no interior do reator foi modelado com base na equação (2), que é o balanço global de energia aplicado ao meio reacional propriamente dito.

dTM (t ) U JR ⋅ AJR ⋅ (TO ( t ) − TM ( t )) = dt ρ M ⋅VM ⋅ c pM

(2)

onde ρ M = massa específica da massa reacional; VM = volume da massa reacional e c pM = calor específico médio da massa reacional.

3.1. Simulador da etapa de aquecimento do reator de batelada Figura 4 – Comportamento temporal das temperaturas do sistema estudado

Pode-se perceber que as temperaturas apresentam significativa oscilação durante a transição da etapa inicial de aquecimento para a etapa de reação, na qual existe grande probabilidade de ocorrer o fenômeno de trinca no material de construção da jaqueta de aquecimento.

3. Modelo matemático do reator de batelada Neste trabalho optou-se por desenvolver um modelo matemático a parâmetros concentrados, dada a sua simplicidade, facilidade de implementação prática em sistemas digitais de controle tipicamente utilizados na indústria química e representação adequada do comportamento temporal da variável de processo de interesse. O modelo matemático foi desenvolvido com base nas equações de balanço de energia aplicadas aos volumes de controle definidos pela serpentina de aquecimento e pelo volume útil do reator propriamente dito, dado que a etapa de processo estudada foi a etapa inicial de aquecimento, durante a qual a massa do sistema permanece praticamente constante. Foi considerado que o volume de controle definido pela serpentina de aquecimento seja adiabático e que todo o calor do sistema de aquecimento seja transferido para o meio reacional.

O balanço global de energia aplicado ao volume de controle definido para a jaqueta de aquecimento pode ser escrito como apresentado na equação (1).

ρ o ⋅ Fo ⋅ c po ⋅ ⎡⎣Te,o (t ) − Ts,o (t )⎤⎦ − U JR ⋅ AJR ⋅ (TO ( t ) − TM ( t )) ρ o ⋅Vo ⋅ c po

(1)

na qual Ts,o(t)= temperatura de saída do óleo; ρ o = densidade média do óleo; Fo= vazão volumétrica do óleo; c po = calor específico médio do óleo; Te,o(t)= temperatura de entrada do óleo; UJR = coeficiente global de troca térmica entre a jaqueta e o reator; AJR= área de troca térmica entre a jaqueta 32

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no 348

Para gerar o simulador, o modelo matemático apresentado na Seção 3 foi implementado no ambiente Simulink® do Matlab®. Para poder operar o simulador, foram necessários além dos modelos matemáticos, os valores de seus parâmetros, o valor das variáveis de entrada ao longo do tempo e as condições iniciais. Os parâmetros utilizados no modelo empregado pelo simulador são fornecidos na Tabela 1.

Tabela 1- Parâmetros utilizados no simulador em estudo.

Parâmetro Símbolo Valor Massa reacional Calor específico médio da massa reacional Coeficiente global de transporte de calor entre a jaqueta e o reator Densidade média do óleo térmico Volume do óleo térmico na camisa Calor específico médio do óleo térmico Vazão volumétrica do óleo térmico

MM

1950 1033

Unidade Engenharia Kg J/kg.K

1134,2

J/s.K

930

kg/m3

0,1622

m3

1982,5

J/kg.K

0,021

m3/s

c pM U JR ⋅ AJR ρo

Vo

c po

Fo

A determinação do valor do coeficiente global de troca térmica U JR ⋅ AJR foi feita com base em abordagem experimental, que consistiu em aplicar equações de balanço de energia para o lado da jaqueta meia-cana, considerando as premissas apresentadas por Dhotre, Murthy e Subramanian (2006). De acordo estes autores, foram assumidas as seguintes hipóteses simplificadoras: (i)- sistema adiabático; (ii)- acúmulo de energia nas paredes do reator desprezíveis; (iii)- temperatura

Artigo Técnico homogênea e uniforme da massa reacional e (iv)- jaqueta meia-cana completamente preenchida.

A determinação do valor de U JR ⋅ AJR foi feita experimentalmente, visando-se obter um valor mais confiável para esta propriedade, haja visto o fato da mesma ser fortemente dependente da temperatura de operação do reator estudado.

Para isto, foi necessário conhecer previamente a massa reacional no interior do reator (MM) e o calor específico da massa reacional dentro do reator (cpM) (Subramanian; Mjalli, 2008).

A massa reacional de 1950 kg, alimentada ao reator, foi medida pela integração do sinal de vazão mássica proveniente de medidor Coriolis instalado no sistema. Complementarmente, as seguintes variáveis de processo foram medidas ao longo dos experimentos: (i)- temperatura de entrada do fluido térmico (TEO); (ii)- temperatura de saída do fluido térmico. (TSO) e (iii)-Temperatura da massa dentro do reator (TM). Os respectivos valores foram registrados pelo sistema digital de controle existente na unidade industrial estudada – com frequência de amostragem de 30 segundos.

A duração dos experimentos foi de aproximadamente 90 minutos. Antes do efetivo início do experimento, as temperaturas da massa reacional e do fluido térmico foram equalizadas. A seguir, foram geradas mudanças bruscas em degrau na temperatura de entrada de fluido térmico (TEO), por meio do aumento brusco do respectivo valor com amplitudes iguais a 10ºC, 20ºC, 40ºC e 60ºC. A temperatura de entrada do óleo foi mantida constante e igual ao valor final da transição durante o experimento.

A equação (3) permite calcular a quantidade de calor absorvida pela massa reacional em cada instante da etapa de aquecimento. Nesta equação, EM (t ) representa a quantidade de calor absorvida pela massa reacional, expressa em Joules.

EM (t ) = M M ⋅ c pM ⋅ ΔTM ( t )

(3)

Ao longo do período de tempo de cada experimento, foram definidos intervalos compreendidos de I0 até In. Para cada um destes intervalos foi calculada a variação de temperatura da massa reacional. Aplicando-se a Equação (3), calculou-se

a energia absorvida pela massa reacional para cada intervalo considerado.

Na tabela 2 são apresentadas as variáveis consideradas no cálculo da propriedade de transporte de calor. Nesta tabela, tem-se que: EM(1), EM(2) até EM(n) representam a quantidade de energia absorvida pela massa reacional nos intervalos I1 a In. Os termos (T1-T0). (T2-T1) até (Tn-Tn-1) correspondem às variações de temperatura da massa reacional nos intervalos I1 a In. Os termos (t1-t0), (t2-t1) até (tn - tn-1), correspondem às variações de tempo nos intervalos I1 a In. Deve ser ressaltado o fato de que não foi calculada a energia posta em jogo no instante inicial t = 0.

O critério utilizado para a definição dos intervalos I0 a In foi a variação da temperatura da massa reacional. Quando a temperatura da massa reacional sofre um incremento de 0,5°C, um novo intervalo de tempo é criado e um novo cálculo é efetuado, de acordo com os critérios estabelecidos na tabela 2.

A partir do valor da quantidade de energia posta em jogo, foi feito o cálculo do valor do calor transportado por unidade de tempo, por meio da equação (4). A partir deste valor e com base na equação (5), foi feito o cálculo do valor do coeficiente global de transporte de calor para cada intervalo de tempo considerado (Chopey, 2006).

(4)

E (1) qJR ( 1 ) = M ( t1 − t0 ) qJR ( 1 ) = U JR .AJR .( T O − TM )

(5)

Para o cálculo do valor do coeficiente global de transporte de calor (UJR,AJR) é necessário conhecer o valor da diferença de temperatura entre o fluido térmico e a massa reacional para os diversos intervalos de temperaturas utilizados nos experimentos, calculando a diferença média da temperatura entre o fluido térmico e a massa reacional para os diversos intervalos considerados.

Tabela 2 – Método para cálculo da energia absorvida pela massa reacional durante os experimentos.

Intervalos

I1

I2

EM (1) = M M ⋅ c pM ⋅ (T1 − T0 )

EM (2 ) = M M ⋅ c pM ⋅ (T2 − T1 )

T0

( T1 − T0 )

( T2 − T1 )

0

t1-t0

t2-t1

I0

Energia N/C Absorvida (J)

ΔTM ( t )

... ...

...

In

EM (n ) = M M ⋅ c pM ⋅ (Tn − Tn-1 )

( Tn − Tn-1 )

(°C) tempo (seg)

...

tn-tn-1

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Artigo Técnico O modelo matemático desenvolvido foi implementado no ambiente Simulink do Matlab, como mostrado no diagrama de simulação (Garcia, 2005) apresentado na figura 5. Este modelo foi validado off-line usando os dados de processo da unidade industrial estudada.

Figura 5 - Diagrama de simulação da etapa de aquecimento do reator estudado

O modelo matemático desenvolvido é executado de acordo com o exposto na sequência: a. O sistema digital de controle distribuído (SDCD) recebe as informações correspondentes às temperaturas medidas da camisa e da massa reacional no instante presente t; b. Na própria receita configurada na base de dados do SDCD, é feita a verificação da seguinte condição: 0 ,5°C ≤ ( T O − TM )Medidas . Caso a condição seja verdadeira, calcula o item (c). Caso seja falsa, permanece executando a verificação; c. É calculado o valor do coeficiente global de troca térmica U JR ⋅ AJR ; d. Com base nos valores anteriormente obtidos, o modelo calcula Ts,oEstimada no instante seguinte (t+1); e. Com base no valor calculado no item (d) e de maneira análoga, o modelo calcula TMEstimada no instante seguinte (t+1); f. Na sequência, o modelo avalia a quantidade de calor disponível na camisa do reator de polimerização usando a equação (6); g. De maneira análoga, o modelo avalia a quantidade de calor requerida pela massa reacional contida no reator de polimerização, usando a equação (7); h. Por fim, o modelo matemático proposto neste trabalho verifica se a quantidade de calor disponível no item (f) é igual à requerida no item (g). Caso a condição seja verdadeira, o SDCD gera um sinal discreto que interrompe o aquecimento, fechando as válvulas de controle responsáveis pela manipulação das vazões de óleo térmico quente e de óleo térmico frio.

QJ ( t + 1 ) = ρ o ⋅ Vo ⋅ c po ⋅ ⎡⎣Ts,o (t+1) − TSPmassa ⎤⎦ QM ( t+1 ) = M M ⋅ C pM ⋅ [TSPmassa − TM ( t+1 )]

34

Petro & Química

no 348

4. Resultados e discussões A figura 6 apresenta o comportamento temporal das temperaturas real e simulada da massa do meio reacional, para a condição de operação tipicamente empregada na unidade de processo estudada. Nesta condição não foi considerada a influência do emprego do modelo matemático desenvolvido sobre o comportamento da dinâmica do processo.

A elevação da temperatura é feita gradualmente, considerando-se uma diferença aproximadamente constante entre a temperatura do óleo térmico e a temperatura do meio reacional de 60°C. Quando a massa no reator chega próxima ao set point (diferença de aproximadamente 5°C), a diferença de temperatura é reduzida para 40°C, visando minimizar o efeito da ultrapassagem da temperatura do meio reacional em relação ao set point, quando no início da etapa de polimerização.

Pode-se verificar pelo gráfico apresentado na figura 6, que tanto o óleo térmico como a massa reacional apresentam instabilidade próximo ao ponto de controle.

O sistema de alimentação de óleo térmico que inicialmente estava aquecendo o reator de polimerização, através da introdução de óleo térmico a 300°C passando então a operar com a temperatura de 30°C.

Figura 6 - Comportamento temporal das temperaturas sem o emprego do modelo matemático

A figura 7 apresenta o comportamento temporal das temperaturas real e simulada da massa do meio reacional, para a condição de operação da unidade de processo estudada, considerando a influência do emprego do modelo matemático desenvolvido sobre o comportamento da dinâmica do processo.

(6)

(7) Figura 7 - Comportamento temporal das temperaturas com o emprego do modelo

Artigo Técnico O controle baseado no modelo matemático desenvolvido neste trabalho muda significativamente o comportamento da estratégia de aquecimento da massa, como pode ser visto na figura 7 (Bouchenchir et al., 2001). O modelo estabelece um gradiente de aumento de temperatura de fluido térmico até que este atinja uma temperatura final, também calculada pelo mesmo (Lotufo; Garcia, 2008).

O resultado apresentado na figura 7 foi simulado no ambiente computacional Simulink do Matlab. O modelo foi posteriormente implantado na base de dados do sistema digital de controle distribuído existente na unidade de processo.

A equação do modelo que foi configurada na base de dados do sistema digital de controle distribuído, para execução em tempo real, é utilizada em conjunto com a estratégia de controle baseada em realimentação anteriormente citada. Os parâmetros de sintonia dos controladores por realimentação atualmente empregados não sofreram nenhuma alteração. A figura 8 ilustra a estratégia de controle considerada.

A modulação das válvulas de controle de fluido térmico frio e quente é feita em split range. Esta estratégia de controle é um arranjo que utiliza no mínimo dois elementos finais de controle diferentes comandados simultaneamente pelo mesmo sinal do controlador.

O controlador de temperatura do fluido térmico TIC1 comanda a modulação das válvulas de fluido térmico quente e frio. A forma de operação de ambas as válvulas (fluido frio e fluido quente) é mostrada no gráfico da figura 9.

Outra técnica aplicada a este processo é o acoplamento do

controlador de temperatura da massa ao controlador de temperatura do fluido térmico. Este acoplamento de controladores recebe a denominação de estratégia de controle em cascata. O controle em cascata é implementado quando a malha de controle simples já não responde satisfatoriamente, principalmente em processos que apresentem elevada inércia térmica e estão submetidos a perturbações contínuas na variável manipulada.

No controle em cascata tipicamente encontram-se duas variáveis de processo, dois controladores e um elemento final de controle. Na figura 8, é apresentada a malha de controle principal (TIC2) em cascata com a malha de controle secundária (TIC1), regulando a temperatura de entrada do fluido de aquecimento/resfriamento.

Figura 8 - Arranjo de controle por realimentação utilizado

no 348

Petro & Química

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percentual de abertura da válvula

Artigo Técnico

100%

50%

Válvula do fluído frio

Válvula do fluído quente

0% 0%

50%

100% saída do controlador de fluído térmico

Figura 10 - Abertura e fechamento das válvulas em split range

Foi calculado o consumo médio de energia em 7 lotes produzidos com o processo sem aplicação do modelo e comparado com consumo médio de energia de três lotes produzidos após aplicação do modelo. O processo com modelo teve consumo médio de 1,5 (kWh/ºC). Já no processo sem modelo o consumo médio foi de (1,9 kWh/ºC), ou seja, a aplicação do modelo resultou em 23% de economia de energia. Extrapolando-se a econômica específica para a quantidade de lotes produzidos mensalmente neste reator, a economia mensal foi calculada em 3000 kWh. A base de cálculo que retrata a economia de energia está detalhada na tabela 3.

Tabela 3 - Cálculo comparativo de consumo de energia na fase de aquecimento Usa Modelo tempo Tinicial da Tfinal da Massa Lote 2 5 10 11 12 13 19 1 3 4 5

Não Não Não Não Não Não Não Sim Sim Sim Sim

(seg) 4568 4028 4100 3700 3765 3425 3820 2559 3900 3582 3400

massa (°C) 30,4 36 33 37 35 45,3 39 62,3 69,83 58,23 32,2

massa (°C) 150,4 147,5 147,9 149,5 147,9 148,1 148,2 139 144,3 147,1 146,9

5. Conclusões Com base nos resultados obtidos, pode-se afirmar que o modelo matemático desenvolvido permite representar adequadamente o comportamento temporal da temperatura do reator durante a etapa de aquecimento.

O modelo foi desenvolvido a parâmetros concentrados, visando a facilidade de migração do mesmo para operar em tempo real, de maneira a permitir a previsão da temperatura de maneira rápida e precisa.

Adicionalmente, o modelo matemático contribuiu para minimizar a alimentação de óleo térmico frio no circuito de troca térmica, o que evita a fratura de serpentina, que era um problema operacional que implicava em necessidade de manuteção constante e elevado custo de manutenção, além de perda de produção.

Outro aspecto positivo observado como resultado do emprego do modelo foi a economia de energia na fase de aquecimento da massa reacional até atingir o valor de referência de temperatura de polimerização. A economia é consequência da utilização da energia acumulada no circuito de recirculação e da eliminação da oscilação na fase de transição, antes do início da reação exotérmica.

Referências bibliográficas ACKLEY, E. J. Film coefficients of heat transfer for agitated process vessels, Chem. Eng., Vol.22, p.133–140, 1960.

AGUIRRE, L. A. Introdução à identificação de sistemas: técnicas lineares

36

Petro & Química

no 348

(ton) 120 111,5 114,9 112,5 112,9 102,8 109,2 76,7 74,47 88,87 114,7

ET (J) 9,63E+08 7,65 E+08 8,07 E+08 7,20 E+08 6,90 E+08 6,32 E+08 7,96 E+08 4,03E+08 4,19E+08 4,66E+08 5,63E+08

EE (J/°C) 8,02E+06 6,86E+06 7,02E+06 6,40E+06 6,11E+06 6,15E+06 7,29E+06 5,25E+06 5,63E+06 5,24E+06 4,90E+06

EE (kWh/°C) 2,23 1,91 1,95 1,78 1,70 1,71 2,02 1,46 1,56 1,46 1,36

e não-lineares aplicadas a sistemas reais. 3.ed., Belo Horizonte, MG, Editora UFMG, 2007.

BERNI, C. C. Implementação em hardware/firmware de um sensor virtual utilizando algoritmo de identificação nebulosa. 179p. Dissertação (Mestrado) – Escola Politécnica, Universidade de São Paulo. São Paulo, 2004.

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Artigo Técnico

Dimensionamento de poços termométricos na Braskem

Tomé Yoshida Fernandes, Erick Jomil Bahia Garcia, André Luiz Chagas Vieira Braskem

1. Resumo

4. Critérios de cálculo

A seleção de um poço termométrico deve possibilitar o posicionamento do sensor em um ponto ideal para a medição de temperatura, no entanto também deve atender os critérios de resistência mecânica. Para haver um equilíbrio entre estes dois aspectos, houve uma dificuldade em determinar as dimensões de poços termométricos no padrão normativo de engenhara da Braskem.

Trabalhando nas variáveis existentes e nos critérios definidos pela norma ASME PTC 19.3 TW-2010, foi desenvolvido um procedimento prático para o dimensionamento de poços termométricos.

A ASME PTC 19.3 TW é composta de quatro critérios de cálculo mecânico. Entre os tipos de conexões de poços termométricos, são considerados neste trabalho os tipos roscado e flangeado. Desta maneira, foram realizados os cálculos dos quatro critérios para cada tipo de conexão de poço termométrico.

4.1. Limite de frequência Este critério se deve à existência do vórtice de Von Karman, que são turbulências alternadas formadas num fluido ao passar em torno de um objeto.

2. Introdução Poços termométricos são basicamente proteções para sensores de temperatura. Seu projeto segundo a norma ASME PTC 19.3 TW-2010, no entanto, exige extensos cálculos e diversas variáveis. Estes equipamentos são acoplados em tubulações e vasos de pressão de diversos tipos de indústrias, como químicas, petroquímicas, energia e petróleo. Seu correto dimensionamento, portanto, é vital para garantir tanto o controle quanto a segurança do processo.

3. A ASME PTC 19.3 TW-2010 Há alternativas para o dimensionamento de poços termométricos como, por exemplo, o método de elementos finitos, porém a mais utilizada é a aplicação da norma ASME PTC 19.3 TW-2010, a qual objetiva estabelecer um padrão construtivo para o uso confiável de poços termométricos cônicos, retos ou escalonados através da avaliação das forças causadas por pressão externa e a combinação de forças estáticas e dinâmicas resultadas do choque com o fluido de processo.

A ASME - American Society of Mechanical Engineers é uma organização sem fins lucrativos que elabora normas e regulamentos técnicos, além de promover a colaboração e compartilhamento de conhecimento na engenharia. A série de normas PTC - Performance Test Codes - foram criadas para a aplicação em tipos específicos de equipamentos, sendo algumas delas voltadas à instrumentação.

A norma em questão, a ASME PTC 19.3 TW, foi atualizada em 2010 após um período de 36 anos. Esta atualização incluiu critérios mais rigorosos que envolvem dezenas de equações e variáveis tanto construtivas do equipamento quanto relativas ao processo em que é submetido.

Figura 1 – Vórtice de Von Karman

Estes vórtices provocam uma frequência de excitação no objeto que é contornado, que neste caso é o poço termométrico.

Quando esta frequência se iguala à frequência natural do objeto, é provocada uma ressonância.

O gráfico 1 representa as duas faixas de ressonância existentes em um poço termométrico, uma longitudinal e outra transversal, em função da velocidade do fluido de processo.

Ressonância longitudinal

Ressonância transversal

Amplitude da Vibração

I

II

Velocidade

Gráfico 1 – Faixas de Ressonância no 348

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Artigo Técnico A primeira faixa de ressonância era ignorada na versão anterior da norma, e isto teve resultados desastrosos. Em 1995 a usina nuclear de Monju, no Japão, sofreu um acidente de vazamento de sódio devido à ruptura de um poço termométrico, o qual esteve sujeito à frequência de ressonância. O reator voltou à operação 14 anos depois.

A faixa de velocidade do fluido de processo considerada neste trabalho se situa na faixa I do gráfico 1. A faixa II, embora permitida pela norma, não é considerada, pois existe uma série de restrições impostas. Desta maneira, a frequência de vórtice deve ser menor que .

Nos cálculos de fatores de correção contidos neste critério foram fixados os diâmetros da base e da ponta do poço termométrico com as menores dimensões disponibilizadas pelos fornecedores, por conservadorismo. O material do poço termométrico adotado é o aço inoxidável A-479-TP-316, que é comumente adotado.

Como é calculado em função do comprimento do poço L, e em função da velocidade do fluido V, resultamos os cálculos deste critério em quatro equações com L em função de V, respectivas às quatro densidades de fluido determinadas: • Vapor e gases de baixa densidade ( • Líquidos de baixa densidade ( • Água ( • Líquidos de alta densidade ( )

pressão hidrostática e de arrasto não oscilatório. Arrasto é a força que faz resistência ao movimento de um objeto sólido através de um objeto.

Através do critério de Von Misses, é determinado um equacionamento para que as tensões exercidas sejam menores que o limite de tensão admissível do material.

Desta maneira é possível equacionar a pressão do fluido em função da velocidade do fluido e do comprimento do poço termométrico. Fixando-se o valor de pressão com o valor resultado do critério de limite de compressão, é possível obter novamente as curvas em um gráfico L x V que pode ou não interseccionar as curvas obtidas no critério de limite de frequência. Irão prevalecer desta forma, os valores mais baixos de velocidade para cada comprimento de poço. É possível ver no gráfico 3 que as curvas são corrigidas apenas nas extremidades do lado esquerdo para os fluidos água e líquido de alta densidade.

Velocidade (m/s)

80,00

70,00

60,00

50,00

40,00

30,00

Desta maneira, é possível obter as curvas em um gráfico L x V: Velocidade (m/s)

20,00

80,00

10,00

70,00

0,00 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

12

13

Gráfico 3 – Resultado do Critério de Tensões Estáticas

50,00

4.3. Tensões dinâmicas

40,00

30,00

20,00

10,00

0,00 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

Comprimento L (Pol)

Gráfico 2 – Resultado do Critério de Limite de Frequência

4.1. Limite de compressão Este critério é determinado pela resistência das paredes do poço à compressão exercida pelo fluido. A pressão hidrostática do fluido causa uma tensão na superfície do poço, podendo provocar sua ruptura em valores acima do admissível.

São, portanto, calculadas as máximas pressões admissíveis para a parte cilíndrica e para o topo do poço termométrico, prevalecendo assim o menor destes valores.

4.2. Tensões estáticas

Petro & Química

Este critério leva em consideração a resistência à fadiga suportada pelo poço termométrico devido à oscilação que o fluido exerce, tanto na direção longitudinal do fluido quanto na transversal. A amplitude do pico de oscilação da tensão de flexão não deve exceder o limite de resistência à fadiga.

Velocidade (m/s)

80,00

70,00

60,00

50,00

40,00

30,00

20,00

10,00

0,00 0

Neste critério é considerada a tensão máxima na superfície externa do poço provocada pelas cargas combinadas de 38

11

Comprimento L (Pol)

60,00

no 348

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

Comprimento L (Pol)

Gráfico 4 – Resultado do Critério de Tensões Dinâmicas

Artigo Técnico Através dos equacionamentos obtemos novas curvas no gráfico L x V, de maneira que as curvas de líquidos (baixa densidade, água e alta densidade) resultaram em valores de velocidade menores que as curvas anteriores:

5. Análise das Variáveis e Resultados

co que determina o limite de velocidade do fluido em função do comprimento do poço termométrico. O critério restante determina um valor limite de pressão hidrostática exercida pelo fluido. Estes resultados podem ser representados pelas figuras 2 e 3 para os poços termométricos roscados e flangeados, respectivamente.

As variáveis envolvidas nos cálculos dos quatro critérios apresentados podem ser divididas em três categorias: características do material do poço, características construtivas do poço e características do processo, sendo algumas delas fixadas conforme a tabela 1.

Características do Material do Poço

Características Construtivas do Poço

Características do Processo

Módulo de Elasticidade

Comprimento

Velocidade

Tensão admissível

Diâmetro da base

Viscosidade

Limite de resistência à fadiga

Diâmetro da ponta

Densidade

Densidade

Diâmetro do furo

Temperatura

Espessura da ponta

Pressão

Poços Flangeados

Velocidade (m/s)

30,00

25,00

Vapor ou Gás de baixa densidade Líquido de Baixa Densidade Água Líquido de Alta Densidade

20,00

15,00

10,00

5,00

Tipo de conexão 0,00 0

Valores conservadores fixados

Valores fixados no Variáveis padrão normativo da empresa ou de acordo com a disponibilidade dos fornecedores Tabela 1 – Variáveis existentes nos cálculos da ASME PTC 19.3 TW-2010

Poços Roscados Velocidade (m/s)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Comprimento L (Pol)

Pmax=13,75Mpa

Figura 3 – Resultados para Poços Flangeados

Podemos observar na tabela 2 a condição ideal para a funcionalidade do equipamento, ou seja, para a medição de temperatura, em contraste com a condição ideal para a resistência mecânica do equipamento.

Ideal para a medição de temperatura

Ideal para resistência mecânica

Centro da tubulação

Curto

Espessura

Fino

Espesso

Velocidade do Fluido

Veloz

Lento

Comprimento

80,00

70,00

Tabela 2 – Condições Ideais para Medição x Ideais para Resistência Mecânica

Vapor ou Gás de baixa densidade Líquido de Baixa Densidade Água Líquido de Alta Densidade

60,00

50,00

Finalmente, a seleção de poços pode ser feita de maneira que a extremidade do poço termométrico se posicione mais próxima possível do centro da tubulação e respeitando os limites de pressão do fluido e comprimento do poço conforme as figuras 2 e 3. Este simples procedimento em conformidade com a ASME PTC 19.3 TW-2010 pôde ser complementado ao padrão normativo de instrumentação da Braskem.

40,00

30,00

20,00

10,00

0,00 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

Comprimento L (Pol)

Pmax=12Mpa

Figura 2 – Resultados para Poços Roscados

Desta maneira, dos quatro critérios estabelecidos pela ASME PTC 19.3 TW-2010, três convergiram para um gráfi-

6. Referências Bibliográficas GARCIA, ERICK JOMIL BAHIA; Padrão Normativo de Engenharia da Braskem PN-0502-00062 - Critérios para Projetos de Instrumentação, 2011; ASME PTC 19.3 TW-2010 - Thermowells Performance Test Codes.

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Artigo Técnico

Método analítico para determinar esforços máximos admissíveis em válvulas bi-partidas

Ivo Andrei O. L. Lima Msc. Eng. Mecânica, Especialista da Braskem

Resumo As normas e padrões específicos para fabricação e dimensionamento de válvulas não estabelecem critérios similares às normas e padrões para bombas e compressores quanto às cargas admissíveis em suas extremidades; com isto, os esforços devido à tubulação nestes componentes são, na maioria das situações, limitados pelas tensões atuantes nos tubos e conexões adjacentes. Quando se trata de válvulas manuais de corpo inteiriço, este critério tem-se demonstrado pelos anos de aplicação, em uma adequada forma de avaliação. Porém, no caso de válvulas de controle e em especial de corpo bipartido, há ocorrência de problemas de travamento do sistema de acionamento e até ruptura das sedes. O critério com base em tensões aplicado a tubos e conexões não é, portanto, suficiente para garantir a continuidade operacional destas válvulas sem risco de falha. Este trabalho propõe um novo método analítico e abrangente baseado em pressão equivalente para estabelecer limites admissíveis para os esforços oriundos da tubulação conectada à válvula bi-partida. O método proposto considera todas as forças e os momentos atuantes, além dos parâmetros fundamentais (pressão, temperatura, material e diâmetro) envolvidos, permitindo que nas fases iniciais do projeto, o desenvolvimento do arranjo da tubulação seja feito com segurança e com melhor equilíbrio entre os custos de instalação e o de engenharia, antes mesmo da definição do fornecedor da válvula.

1. Introdução É consenso entre os engenheiros de tubulação que as cargas admissíveis estabelecidas para equipamentos rotativos pelo API e pelo NEMA são extremamente conservadoras.

Peng e Medellin [4] citam em seu trabalho que valores mais realísticos deveriam ser estabelecidos para um melhor equilíbrio entre o custo do equipamento e o custo de engenharia e dos materiais das tubulações. Como a resistência da conexão do equipamento é uma variável não manipulável pelos engenheiros de tubulação e os valores estabelecidos em norma são extremamente baixos, é raro o engenheiro de tubulação definir o arranjo sem a necessidade de liras (loops), juntas de expansão, restrições ou suportes especiais para adequar os 40

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no 348

esforços aos limites estabelecidos em norma.

Peng e Medellin [4] propuseram em seu artigo um novo método para determinar esforços admissíveis para cargas de tubulação em bocais de equipamentos rotativos. O artigo revisitou desde o primeiro método estabelecido por Rosshein e Markl [5] até os atuais métodos definidos pelo API para bombas e pelo NEMA para turbinas e compressores. Com base nestes métodos, Peng e Medellin estabeleceram um método intermediário entre o método de Rosshein e Markl [5] e os métodos conservadores do API e do NEMA, principalmente este último. O método de Rosshein and Makl foi mais tarde avaliado por Wolosewick [6] que demonstrou que o método possuía cargas admissíveis excessivas.

Apesar das válvulas não serem equivalentes a equipamentos rotativos com relação à possibilidade de falha devido a desalinhamentos e deformações, não devem ser tratadas como simples componentes estáticos, assim como os tubos e as conexões. As normas e padrões para fabricação, inspeção e testes de válvulas utilizam como único critério para resistência mecânica e estanqueidade, os valores máximos de pressão interna. Delega-se à engenharia de flexibilidade a avaliação e o controle dos outros esforços, como peso da tubulação e forças e momentos devido à dilatação térmica. A questão é que as válvulas são tratadas como componentes rígidos e robustos nos modelos de análise de flexibilidade, estando sempre teoricamente adequados aos esforços externos, caso os tubos e acessórios conectados às mesmas também o estejam. Esta premissa tem-se demonstrado bastante consistente quando se trata de válvulas de corpo inteiriço em que seu módulo de resistência é sempre superior ao tubo conectado. Porém, quando é dada esta mesma tratativa para válvulas com o corpo com mais de uma partição, como as válvulas esferas bi-partidas, começam aparecer problemas na operação das mesmas.

As normas e padrões construtivos deste tipo de válvula não estabelecem todos os detalhes, e em especial, a junção aparafusada das partições que varia de modelo para modelo e de fabricante para fabricante. É sem dúvida uma junção menos rígida que o corpo inteiriço e que precisa de um tratamento diferenciado pelos engenheiros de flexibilidade.

Este trabalho tem por objetivo estabelecer um método ana-

Artigo Técnico lítico para limitar os esforços nas extremidades de válvulas com partição no corpo, nos mesmos moldes que ocorre com os equipamentos rotativos. Para tanto foi desenvolvido um método de pressão equivalente que foi comparado ao método de Peng e Medellin [4] para equipamentos rotativos e ao método do ASME III divisão I -NB-3568 [7] para esforços externos em conexões flangeadas.

2. Caso típico da falha A figura 1 apresenta o modelo computacional de uma instalação real que nas fases de projeto tanto o arranjo quanto a suportação da estação de controle não indicavam problemas, pois as tensões e as deformações se encontravam dentro dos limites admissíveis do código ASME B31. Observa-se que as válvulas foram modeladas seguindo o modelo encontrado nos programas comerciais de análise de flexibilidade, ou seja, como um elemento inteiriço. Contudo, ambas as válvulas “travaram” durante uma manobra de partida da unidade, os atuadores não conseguiram rotacionar as esferas, não bloqueando a passagem de gás e impedindo a operação. As válvulas foram então levadas para a bancada de inspeção e teste. Em bancada não apresentaram travamento, sendo acionadas sem qualquer dificuldade, o que aponta fortemente para esforços externos provocado pela tubulação que poderia estar deformando o conjunto corpo-eixo do sistema de atuação, levando ao seu travamento. Esta conclusão tem como base as observações em bancada e o resultado da própria análise de flexibilidade quanto aos deslocamentos no modelo. Observou-se que a maior dificuldade para acionamento ocorria na válvula mais ao norte (VC-01), que pode ser explicado pela maior deslocamento lateral apresentado no modelo, como mostra a linha vermelha na figura 1. Pelo fato desta primeira válvula estar mais distante da ancoragem da estação, ficou sujeita a um deslocamento maior e, portanto a um maior desalinhamento carcaça-eixo do atuador. Outro ponto que reforça a causa raiz da falha é: válvulas iguais a estas estavam instaladas em estações próximas pertencentes ao mesmo sistema, com condições de pressão iguais, porém com arranjo de instalação diferente e temperaturas de trabalho menores, não apresentaram o problema que as válvulas objeto deste estudo apresentaram.

3.Metódos análiticos 3.1 Método da pressão equivalente (peq) 3.1 a) Conceito básico O conceito básico deste método, proposto por este trabalho, é “transformar” as forças e momentos externos resultantes em valor de pressão interna equivalente, de modo a comparar a soma destas pressões equivalentes (Peq) mais a pressão de projeto (Pd) com a pressão máxima admissível da classe de pressão na temperatura de projeto (Ph). Se o total da soma das pressões equivalentes (Peq) mais a pressão de projeto (Pd) for menor do que a pressão máxima admissível da classe de pressão na temperatura de projeto (Ph), significa que a válvula estará submetida a um nível de tensões e deformações dentro dos limites recomendados pelas normas ASME B16.5, ASME B16.34 e ASME B16.47 e ao mesmo tempo se estabelece limites para as forças e os momentos em suas extremidades.

3.1 b) Conversão das forças e momentos em pressão equivalente (Peq) Para considerar as forças (Fx, Fy e Fz) e os momentos (Mx, My e Mz) atuantes nas extremidades da válvula nas três direções serão adotadas as seguintes premissas e considerações: (a) A seção de resistência sob análise dos esforços nas extremidades da válvula é uma seção circular de raio interno (ri), raio externo (re) e raio médio (rm) equivalente a: (1) Neste critério, não estão sendo verificados os esforços no anel e no cubo do flange da extremidade da válvula que devem seguir as dimensões mínimas da norma ASME B16.5 ou ASME B16.47 ou equivalente, e que portanto estão sendo considerados como tendo resistência adequada. A seção em análise é a junção cubo-corpo da válvula conforme detalhado na figura 2 abaixo.

Figura 2 – seção em análise na junção cubo-corpo Figura 1 – Modelo da análise de flexibilidade da estação de controle

Após substituição das válvulas por um modelo mais robusto com uma ligação mais rígida na junção bi-partida, a estação de controle voltou a operar normalmente.

A seção em análise deve ter uma espessura mínima conforme definido pelo padrão para corpo de válvula do ASME B16.34 “Valves – flanged, threaded and welding end”. (b) As tensões normais (σne) e cisalhantes (τe), devido as forças e momentos externos; no 348

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Artigo Técnico são determinadas pelas seguintes expressões:

(2)

(3) Onde Mxy é o momento fletor resultante da soma dos momentos fletores nas direções x e y, e o Fxy é a força resultante da soma das forças nas direções x e y no plano da seção, . (c) As forças e os momentos devido às cargas externas geram tensões na direção longitudinal. Portanto, para “transformar” a tensão principal devido à carga externa em pressão equivalente (Peq) deve-se igualar com a expressão da tensão longitudinal devido à pressão. Considerando apenas as cargas externas, a tensão principal pode ser determinada pela seguinte expressão:

A pressão de projeto Pd deve ser menor ou igual a Ph que é a pressão máxima admissível da classe de pressão do flange.

Com isto, se Pd = Ph significa que as forças e os momentos externos somente podem produzir uma “pressão equivalente” com o valor de no máximo Ph. Esta expressão tem seu critério de falha baseado em tensões próximas a tensão de escoamento, porém a falha pode ocorrer em níveis de tensão bem abaixo da tensão de escoamento, pois as deformações mesmo que na zona elástica, podem provocar desalinhamentos e folgas suficientes para acarretar em “travamento” ou “vazamento” do sistema de bloqueio e vedação das válvulas bi-partidas. Por isto, deve-se estabelecer um fator de segurança que limite estas deformações e que seja proporcional ao diâmetro da tubulação para tornar proporcional ao nível dos esforços atuantes. Para manter uma variação suave, a tensão admissível será inversamente proporcional à raiz quadrada do diâmetro nominal da tubulação conectada a extremidade.

Com isto chegamos à expressão final do critério: (10)

(4) (c.1) Considerando a expressão (4) com apenas os momentos atuantes e igualando com a tensão longitudinal devido a pressão, temos:

(5) Após rearranjo da igualdade e renomeando p em Peq temse a expressão para a pressão equivalente devido aos momentos externos atuantes,

(6) Onde (c.2) Considerando agora apenas as forças atuantes e seguindo o mesmo procedimento, obtêm-se a expressão para a pressão equivalente devido às forças externas atuantes, Peq(F):

(7)

Onde D é o diâmetro nominal em polegadas da tubulação conectada. Este critério deve ser aplicado em cada uma das extremidades da válvula.

3.2 Demais métodos de referência 3.2 a) Peng e Medellin Neste método, os esforços nos bocais do equipamento rotativo são avaliados individualmente e de forma combinada, ou seja, os esforços resultantes em cada bocal são somados com relação a um ponto ancorado de referência da carcaça para permitir sua combinação. Para este trabalho, estaremos considerando cada extremidade da válvula como se fosse um bocal e o ponto de fixação do eixo com o obturador como sendo o ponto fixo de referência.

a.1) Avaliação individual em cada extremidade (bocal): 2

M + 4DF = K (11) D M – Momento resultante (in-lb ou kN-m) D – Diâmetro externo do tubo (in ou m) F – Força resultante (lb ou kN) K – Constante igual a 253 kN/m ou 1440 lb/in (definido para um material com tensão admissível de 18 ksi)

a.2) Avaliação combinada das extremidades: Onde Fxyz = . (d) Como as forças externas geram tensões longitudinais, deve-se somá-las à tensão longitudinal devido à pressão e comparar com a tensão admissível, baseada no critério de falha de Tresca, que pode ser colocada em função da pressão: (8) Rearranjando define-se a seguinte a expressão: (9) 42

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no 348

Mc + 4 Dc Fc = K Dc2 (12) Mc – Momento combinado resultante (in-lb ou kN-m) Dc – Diâmetro equivalente, .... (in ou m) Fc – Força combinada resultante (lb ou kN) K – Constante igual a 253 kN/m ou 1440 lb/in (definido para um material com tensão admissível de 18 ksi) Peng e Medellin [4] estabeleceram um método intermediário para equipamentos rotativos (bombas e compressores) entre o método de Rosshein e Markl [5] e os métodos con-

Artigo Técnico servadores do API e do NEMA. Na figura 3 tem-se uma demonstração gráfica da diferença entre os esforços admissíveis estabelecidos por Peng e Medellin [4], o API e o NEMA e Rosshein e Markl.

avaliação dos esforços,(1)encontram-se os seguintes resultados nos gráficos 1-1 e 1-2 :

Figura 3 – Força resultante admissível em um único bocal Fonte: Figura 3 do artigo de Peng e Mendellin [4]

3.2 b) ASME III divisão I - NB-3568 Este método determina uma pressão equivalente para limitar os momentos fletores atuantes nas extremidades de conexões flangeadas através da seguinte equação: (19) Onde , G é o diâmetro médio da junta de vedação do flange e 16/π é um fator empírico. Esta pressão equivalente (Pev) é adicionada a pressão de projeto (Pd) para ser comparada a pressão admissível (Ph) da classe de pressão do flange, ou pode ser expresso da seguinte forma: P − P ≥ P (20) h

d

ev

Não há tratativa para as forças de tração e compressão.

4.Comparação de resultados entre os métodos Para permitir a comparação entre os métodos apresentados e obter a validação do método da pressão equivalente com relação a uma situação de instalação real, foram utilizados os esforços (forças e momentos) atuantes nas extremidades das válvulas VC01 e VC-02 extraídos do modelo computacional.

A tabela 1 apresenta as forças e momentos retirados do programa de análise de flexibilidade:

Tabela 1 - Forças e Momentos nas válvulas VC-01 e VC-02

Utilizando os três métodos analíticos como métodos de

Observa-se que todos os métodos indicaram falha para as válvulas VC-01 e VC-02, ficando em acordo com a situação operacional ocorrida na instalação. Apesar dos três métodos indicarem acertadamente a ocorrência, existe divergências e discrepâncias que devem ser apontadas: 1. Há uma maior diferença entre o esforço atuante e o admissível no método de Peng e Medellin quando comparado aos demais, o que pode representar um extremo conservadorismo nos limites admissíveis, porém se justificaria por ser um critério aplicado a equipamentos rotativos, que em tese são mais “sensíveis” aos esforços externos do que as válvulas; 2. O método do ASME III, apesar de não incluir em seu método as forças e o momento torsor, apresentou como esforço equivalente atuante, valores bem mais elevados, o que pode representar um extremo conservadorismo do fator empírico 16/π. Além disto, não cita nada sobre o caso da pressão de projeto (Pd) ser igual à pressão admissível da classe de pressão na temperatura de projeto (Ph), o que não permitiria nenhum esforço adicional externo à válvula, já que o limite admissível é obtido pela diferença entre Ph e Pd; 3. O método da pressão equivalente apresentou uma tensão admissível pelo menos quatro vezes maior que o critério de Peng e Medellin [4] e ainda assim correspondeu com a falha ocorrida na prática, o que demonstra um maior equilíbrio entre o limite admissível e os esforços atuantes, pois considera todas as forças e momentos. Além disto, permite estabelecer um limite admissível mesmo para o caso em que Pd é igual a Ph.

(1) Para o método de Peng e Medellin também foram obtidos os resultados na avaliação combinada que também indicou falha. Porém, não foram apresentados nos gráficos por não serem aplicáveis aos demais métodos. no 348

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Artigo Técnico Para analisar em maiores detalhes as divergências e discrepâncias entre os três métodos, foram aplicados combinações de diâmetro e classe de pressão para determinar curvas de limites admissíveis. No gráfico 2, foram plotados os limites admissíveis de cada método em função do diâmetro nominal ( de 2 in até 20 in) da tubulação e da classe de pressão (150#, 300# e 600#) da válvula, mantendo a mesma temperatura e considerando uma pressão de projeto 50% da pressão admissível da classe de pressão para permitir a aplicação do método do ASME III. Com este gráfico observam-se os seguintes pontos: 4. O método de Peng e Medellin [4] apresenta uma única curva de limite admissível para todas as classes de pressão, o que não é muito adequado, já que a pressão eleva-se com o aumento da classe podendo ocasionar em sub ou superdimensionamento; 5. O método do ASME III apresenta três curvas com valores constantes para qualquer diâmetro nominal da tubulação.

O que também não é muito adequado já que os esforços e as tensões devido à pressão variam tanto proporcionalmente com o diâmetro quanto com a classe de pressão; 6. O método da pressão equivalente apresenta curvas que variam em função do diâmetro e da classe de pressão, utilizando o conceito de que à medida que o diâmetro da tubulação aumenta, a tensão atuante em função da pressão torna-se mais significativa, permitindo assim pouca liberdade para permitir esforços externos excessivos.

Gráfico 2 – Limites admissíveis em função do DN e da Classe de pressão à 38oC

No gráfico 3 foram plotados os limites admissíveis de cada método em função da temperatura (de 38 oC até 300 o C) nas classes de pressão (150#, 300# e 600#) da válvula, mantendo o mesmo diâmetro e considerando que a pressão de projeto é 20% da pressão admissível da classe de pressão. Com este gráfico observam-se os seguintes pontos: 1. O método de Peng e Medellin [4] apresenta o mesmo valor de limite admissível mesmo com o aumento da temperatura, o que não é adequado já que a tensão admissível do material diminui com o aumento da temperatura; 2. Os métodos da pressão equivalente e do ASME III variam em função da temperatura, seguindo a proporcionalidade da resistência do material em função da temperatura, porém, observa-se que à pressão de projeto, no exemplo, ser apenas 20% do valor da classe de pressão, o que demonstra que o método da pressão equivalente apresenta maior coerência com os limites da classe de pressão e possibilidade de considerar os esforços externos mais do que o método do ASME III.

5. Conclusões As análises baseadas apenas nas tensões aplicadas nos tubos e conexões não são suficientes para garantir a continuidade operacional das válvulas bi-partidas sem risco de falha.

O método da pressão equivalente, proposto por este estudo, estabelece limites para os esforços oriundos da tubulação conectada à válvula bi-partida de forma abrangente e analítica, considerando todas as forças e os momentos, e sendo proporcional aos parâmetros fundamentais (pressão, temperatura, material e diâmetro) permitindo que nas fases iniciais do projeto, o desenvolvimento do arranjo da tubulação seja feito com segurança e com melhor equilíbrio entre os custos de instalação e de engenharia, antes mesmo da definição do fornecedor da válvula.

Referências

Gráfico 3 – Limites admissíveis em função da Temperatura e da Classe de pressão (DN 10”)

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[1] ASME B16.5 “Pipe Flanges and Flanged Fittings – NPS ½ through 24”, ed.2003.

[2] ASME B16.34 “Valves – flanged, threaded and welding end”, ed.1998.

[3] ASME B16.43 “Pipe Flanges and Flanged Fittings – NPS 26 through 60”, ed. 2002.

[4] L.C. Peng e A. O. Medellin, “Rethinking the allowable pipe load on rotating equipment nozzles”, The M. W. Kellog Company.

[5] Rosshein, D. B. e Markl, A.R.C, “The significance of, and suggested limits for, the stress en pipe lines due to the combined effects of pressure and expansion”, Trans ASME, July, 1940, PP. 443-454.

[6] Wolosewick, F. E., “Equipment stress imposed by piping”, Petroleum Refiner, August, 1950.

[7] Helguero, Victor M., “Piping Stress handbook”, ed. 2, 1985.

Artigo Técnico

Método para redução das perdas e sobras

Intervenção no medidor de vazão tipo turbina: estudo de caso na Petrobras César Augusto Santos; Luiz Henrique Linhares Guimarães Graduando em Engenharia Elétrica UniBH

Euzébio D. Souza Especialista em Segurança do trabalho, FEAMIG, 1996 Professor do Centro Universitário de Belo Horizonte UniBH

Resumo Observadas as operações de movimentação de granéis líquidos nas vendas dos produtos combustíveis da Petrobras para as companhias compradoras, tem-se a necessidade de se obter um controle mais apurado do processo para que as partes não sejam oneradas devido às chamadas perdas e sobras. Portanto propõe-se neste trabalho a abordagem da implementação de novas tecnologias para devido avanços tecnológicos de equipamentos e dispositivo eletro-eletrônicos aplicados a este fim. Podem-se também observar novas possibilidades de tecnologias, no sentido de aprimorar tecnologias anteriores. O medidor de vazão tipo turbina, tal qual foi proposto à aplicação das melhorias, possui hoje uma tecnologia consagrada nas diversas aplicações para medição de vazão para líquidos e gases, principalmente onde são requeridos: precisão, confiabilidade e robustez, como também a melhor relação custo-benefício. No entanto a criticidade do sistema exige mais, por envolver grande volume de produtos durante as transferências. O novo método proposto neste trabalho aplicável na utilização de medidores de vazão tipo turbina, medição fiscal utilizada nos negócios da Petrobras implica empenho dos técnicos de campo e engenheiros designados para este trabalho de estudo, desenvolvimento e testes. Almeja-se com esta alternativa minimizar os erros aleatórios e sistemáticos.

1. Introdução As movimentações de venda dos produtos da Petrobras para as companhias compradoras passam por uma série de exigências para que as partes não sejam oneradas e por isso a fiscalização frequente conta com relatórios periódicos de perdas e sobras – diferença entre a quantidade de produto enviado e a quantidade de produto recebido nas transferências em diferentes modalidades de venda, em um mesmo ponto de fornecimento - observados os saldos existentes, emitidos a partir de dados comparativos de diferentes meios e pontos de coleta.

Arlete Vieira da Silva Mestre em Geografia e Análise Ambiental, IGC/UFMG, 2002 Professora do Centro Universitário de Belo Horizonte UniBH

Os estudos deste trabalho são caracterizados pelo seu projeto, desenvolvimento e implantação na Refinaria Gabriel Passos (Regap), mais especificamente no setor de elétrica e instrumentação – EI. O medidor de vazão tipo turbina possui hoje uma tecnologia consagrada nas diversas aplicações para medição de vazão para líquidos e gases, principalmente onde são requeridos: precisão, confiabilidade e robustez, como também a melhor relação custo-benefício.

O objetivo geral deste trabalho consistiu em demonstrar um novo método aplicado na redução das perdas ou sobras constatadas nas operações de movimentação de granéis líquidos. Perdas estas oriundas da utilização de medidores de vazão tipo turbina na medição fiscal dos negócios da Petrobras em face aos limites de aceitação nos contextos nacionais e internacionais.

O trabalho também pretendeu demonstrar como esta alternativa pode minimizar os erros aleatórios e sistemáticos.

Além de propor medidas para reduzir os efeitos das rotações de sentido reverso das turbinas de medição e os consequentes erros de contabilização do computador de vazão de líquidos e gases, assim como, assegurar um nível elevado de exatidão e confiabilidade para evitar possíveis prejuízos ocasionados por medições indevidas durante o processo de transferência de combustíveis para as empresas clientes da Petrobras.

Conforme ressalta SERFATY (1996), a medição da vazão é essencial a todas as fases da manipulação dos fluidos, incluindo a produção, o processamento, a distribuição dos produtos e das utilidades, estando associada com o balanço do processo e diretamente ligada aos aspectos de compra e venda dos produtos.

2.Desenvolvimento De acordo com o INCONTROL (2009), o medidor de vazão tipo turbina é um instrumento de medição de vazão volumétrico, composto por um rotor contendo um sistema de no 348

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Artigo Técnico palhetas em ângulo, fixas, suspenso livremente sobre um eixo horizontal (Fig.1) posicionado no sentido do fluxo do fluido, o qual incide diretamente sobre as palhetas do rotor.

Figura 1- Vista Interna Lateral da Turbina Fonte: RIBEIRO, 2003, p. 236.

A área da passagem do fluido é fixa, a velocidade rotacional da turbina é proporcional à velocidade do fluido que passa através do transdutor e, portanto, representa o volume deste fluido (RIBEIRO, 2003, p. 231).

Baseado no exposto ressalta-se que como as palhetas do rotor são feitas de material magnético, à medida que cada uma delas passa próxima ao sensor interrompe-se o campo magnético, gerando um pulso.

INCONTROL (2009) afirma que cada pulso representa um volume discreto do fluido. A frequência ou a repetição dos pulsos representa o valor de vazão instantânea e a totalização dos pulsos acumulados representa o volume total medido, onde os pulsos elétricos são gerados pelas palhetas do rotor no pick-up (magnética ou sensor tipo rádio frequência) instalado no corpo do medidor sem contato com o fluido.

RIBEIRO (2003) destaca que o sensor da velocidade angular da turbina com onda portadora ou do tipo RF não usa imã e por isso não há o problema da força de arraste magnético sobre o rotor. A bobina faz parte de um circuito oscilador e a passagem de uma pá do rotor pelo campo de rádio frequência altera a impedância, modulando a amplitude do sinal do oscilador, usando para isto um circuito amplificador para detectar esta variação da amplitude e fornecer um sinal de saída de pulsos com uma frequência proporcional à velocidade de rotação da turbina.

O mesmo autor ressalta que a vantagem do detector de RF é a possibilidade de medir vazões muito pequenas, aumentando a rangeabilidade da turbina. As desvantagens são a limitação da máxima temperatura de operação e a necessidade de usar o pré-amplificador de sinal.

Os pick-ups das turbinas de medição na Regap (Refinaria Gabriel Passos) são do tipo RF (rádio frequência), possuem uma bobina ativa que trabalha em conjunto com um circuito condicionador montado próximo ao pick-up. O princípio de funcionamento é baseado na modulação de uma frequência alta pelo corte dado pelas pás do rotor do medidor. O circuito condicionador para o pick-up RF da turbina utilizado na pesquisa é o circuito modelo TRF, que também é alimentado com uma tensão de 24 VCC, porém a saída padrão é 5Vpp para uma carga de 10 kΩ.

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A sensitividade da turbina utilizada na REGAP é o seu fator K, que representa o elo entre os pulsos de saída da turbina (ciclos por segundo) e a vazão (volume por unidade de tempo). Como consequência, o fator K é expresso em ciclos por m3. Frequentemente se usa o K médio, que é a sensitividade medida em toda a faixa de interesse do usuário. A média é obtida tomando-se os fatores Kmax e Kmin.

Para os trabalhos práticos utilizou-se um medidor com um fator K = 6.000 P/m3 (seis mil pulsos por metro cúbico). E para uma vazão de teste de 15 m3//h obteve-se um valor de 90.000 P/h (noventa mil pulsos por hora).

No desenvolvimento da pesquisa e baseado na Portaria Inmetro/Dimel n.º 350/2009 e com a divisão de medição de fluídos Diflu, onde o computador de vazão instalado para coletar os dados consiste em um dispositivo eletrônico utilizado para a aquisição e o processamento de sinais elétricos provenientes de medidores de vazão de líquidos e de gases. É projetado para a solução instantânea e contínua das equações de vazão dos medidores lineares de vazão (turbina, medidor magnético, vortex), que recebem sinais analógicos proporcionais de temperatura, pressão estática, densidade, viscosidade e pulsos proporcionais à vazão e os utiliza para computar, totalizar e indicar a vazão volumétrica compensada ou não compensada e a vazão mássica (INMETRO, 2009).

Na busca pela solução do problema da rotação de sentido inverso da turbina foram tomadas várias medidas mitigadoras, como a instalação de uma válvula de duplo bloqueio (Twin Seal) na saída do ponto “A” (Fig. 2). A válvula de duplo bloqueio tem grande eficiência, sendo o modelo de válvula mais utilizado em sistemas onde se exige máxima estanqueidade.

Esta válvula instalada no ponto “A” possui atuador elétrico, acionado à distância pelo técnico de operação que fica na sala de controle.

Figura 2 - Válvula de duplo bloqueio – TWIN SEAL Fonte: http://www.saidi.es/Valvulas/valvula_gene raltwin seal.htm

Outra medida necessária para a solução das eventuais diferenças nas apurações das vendas foi a implementação de um dispositivo eletrônico de detecção do sentido de rotação da turbina. Este dispositivo foi desenvolvido com base nos conhecimentos do funcionamento da turbina e das características do seu sinal de saída, tendo a função de indicar o sentido de rotação da turbina durante e após a venda e a partir das indicações, tornar possível avaliar a eficiência do

Artigo Técnico sistema de medição e dos equipamentos da EMED (Estação de Medição).

O sinal de saída da turbina é enviado ao computador de vazão e estará conectado também ao dispositivo (circuito eletrônico) detector de sentido de rotação. O circuito eletrônico pode ser separado basicamente por dois blocos, que são o circuito amplificador de sinal e o circuito detector. Este último tem como principal componente um circuito integrado – CI – CD4013 BC, que por sua vez é composto por dois flip-flop’s tipo D. O amplificador operacional modula a amplitude do sinal de entrada do detector enviado pelos PICK-UP’s RF da turbina.

O flip-flop utilizado no circuito, da família CMOS, foi alimentado com uma tensão de 5Vcc (podendo variar entre 3 e 15 Vcc).

O CI–4013 BC possui dois flip-flop’s tipo D com preset e clear, e é disparado na transição borda positiva do sinal de clock, ou seja, o flip-flop responde somente quando o sinal está em transição entre seus dois estados de tensão. Esta característica foi fundamental para a escolha da utilização deste componente, pois o sinal de entrada é caracterizado por pulsos de onda quadrada. Seu invólucro é o DIL, composto por 14 pinos, mostrado na Fig.3.

Anterior a montagem do circuito, foram feitos testes utilizando o software para simulações Multisim (Fig. 4), onde constam os componentes utilizados na montagem do circuito eletrônico. Para a simulação foi acrescido os geradores de sinal e os osciloscópios para a leitura do sinal de saída. A simulação neste software serviu de referência para correções no projeto e posterior montagem no protoboard.

pelo pick-up ao terminal D do flip-flop. No circuito, o potenciômetro permite regular a resistência de realimentação do amplificador operacional controlando o ganho do amplificador e a amplitude do sinal de entrada.

Na simulação através do software foi utilizado o XFGGerador de Sinal para gerar o sinal de onda quadrada emitido pelo pick-up da turbina. O sinal de onda quadrada amplificado tem uma amplitude de 5 Vpp e frequência de 100 Hz, com um atraso no tempo de cerca de alguns milissegundos, em uma entrada em relação a outra, atraso este suficiente para “selar” a saída do flip-flop que primeiro receber o sinal em nível alto.

Com esta configuração de clock o terminal de entrada D, enquanto um flip-flop recebe sinal em nível alto, permite que somente a saída Q de um dos flip-flop’s esteja também em nível alto, indicando no respectivo led, com isso sinalizando o sentido de fluxo (Fig. 4).

Figura 4 – Circuito Eletrônico do dispositivo detector do sentido de rotação da Turbina

A Fig.5 está representando o gráfico para a configuração de clock e o sinal de entrada no flip-flop correspondente a cada sentido de rotação. Percebe-se também no gráfico, que existe uma defasagem no tempo do sinal de entrada de cada um dos flip-flop’s. Esta defasagem acontece devido ao movimento rotacional das paletas do rotor da turbina quando passa pelos pontos de detecção.

Tensão(V)

CK2 - D1

Figura 3 – Flip-Flop tipo D Fonte – www.sabereletronica.com.br Legenda: Vdd - Terminal de Alimentação Vcc. RST - Reset CLK - Clock D - Entrada do Sinal S - Source (Alimentação) Q - Saída não barrada Q - Saída barrada

Tendo por ponto de partida o sinal de entrada enviado

t(ms)

Horário D2 - CK1

t(ms)

Tensão(V) CK2 - D1

t(ms)

Anti-Horário D2 - CK1

t(ms)

Figura. 5 - Gráfico para a configuração de clock (CK) e o sinal de entrada no flip-flop (D) correspondente a cada sentido de rotação no 348

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Artigo Técnico A resposta a esta configuração do circuito proporciona que somente uma saída esteja ativa em cada um dos sentidos de rotação, sendo representado através do gráfico da Fig.6, onde se pode observar o sinal de saída em nível alto em Q1.

C.V

SDCD

TURBINA DE VAZÃO Tensão(V) 5 Vc c

Q1 - LED1

CIRC. t(ms)

0/1

ELET.

Horário Q2 - LED2

0 Vc c t(ms)

Figura 7 – Ligações elétricas entre a turbina, o computador de vazão, o SDCD, e o circuito eletrônico do detector do sentido de rotação

T ensão(V)

3.Conclusão

5 Vc c

Q2 - LED2

Anti-Horário t(ms)

Q1 - LED1

0 Vc c t(ms)

Figura 6 – Representação do sinal de saída em nível alto em Q para cada sentido de rotação

Os testes iniciais feitos com o dispositivo detector do sentido de rotação basearam-se na simulação em bancada, utilizando uma turbina de medição de 6” (seis polegadas) de diâmetro e ar comprimido a uma pressão máxima de 1,5 Kgf/cm2 como fluído de teste.

A avaliação da resposta do circuito ao fluxo e consequente rotação das paletas da turbina para posterior simulação das condições reais de trabalho, determinam as condições ideais para uma maior eficiência do sistema e da turbina. Devem ser observados com isto fatores primários, como o sentido de fluxo do fluído e sentido de rotação, posição e trecho da tubulação, características do fluído de teste, vazão máxima e mínima.

Após a finalização das análises, o circuito apresentou o resultado esperado, no aspecto referente ao tempo de resposta, repetitividade e detecção das falhas.

O circuito eletrônico para detecção do sentido de rotação, acrescido como medida corretiva é representado no diagrama de blocos (Fig.7), embora ainda não esteja inserido a instalação atual. Na figura a seguir podem ser destacadas as ligações elétricas entre a turbina, o computador de vazão e o SDCD. No sistema atual existem vários pontos de redundância da proteção contra o retorno indevido dos produtos após a venda, para que seja evidenciada a atenção que vem tendo a confiabilidade do sistema e a boa relação com os clientes.

Vários dos equipamentos que hoje estão instalados na EMED tais como os computadores de vazão, sensores de temperatura e de pressão, turbinas de medição, válvulas Twin Seal, passam por manutenção preventiva periódica para fins de rastreabilidade.

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Os trabalhos de estudo, planejamento, projeto, execução e testes, seguiram um roteiro pré-determinado e envolveram profissionais tecnicamente competentes. E devido à criticidade do sistema, que engloba desde a relação fornecedor/cliente até o campo de trabalho, ou seja, aos equipamentos que compõem a estação de medição – EMED, na atual conjuntura, ainda não se pode ter uma conclusão final em relação a questão levantada sobre o retorno de produtos à EMED, pois as comprovações se devem aos fatos empíricos, embora muitas das ações mitigadoras tomadas nas instalações já permitam questionar o quão pertinente são as indagações vindas das companhias clientes em relação a confiabilidade do sistema.

Conforme o proposto, este trabalho consistiu em apresentar uma solução para as diferenças nas apurações da Petrobras em relação àquelas realizadas pelas demais Companhias clientes, como: Shell, Ale, Esso, Ipiranga, BR Distribuidora, entre outras, pois são consequência das chamadas perdas e sobras, sendo possível assim, observar os saldos existentes, emitidos a partir de dados comparativos de diferentes meios e pontos de coleta.

Portanto, a questão fundamental é provar que no término de cada movimentação de venda da Petrobras, as diferenças apuradas, entre as quantidades fornecidas pela empresa e as quantidades recebidas pelas companhias definitivamente não retornam à fonte, sendo importante ressaltar que é de responsabilidade do fornecedor averiguar a veracidade e causas do fato.

Uma vez que este estudo foi realizado unicamente em torno do medidor de vazão tipo turbina, foi possível, a partir do seu principio de funcionamento encontrar os melhores resultados na medição de vazão para líquidos e gases, principalmente onde são exigidas precisão, confiabilidade e robustez, como também a melhor relação custo-benefício.

O dispositivo eletrônico proposto apresentou um bom comportamento, oferecendo confiabilidade aos resultados esperados nos testes iniciais, principalmente no aspecto referente ao tempo de resposta, repetitividade e simulações de falha.

Artigo Técnico A instalação da EMED/Petrobras ao longo dos últimos anos passou por várias modificações com o intuito de eliminar os frequentes questionamentos sobre a confiabilidade e rastreabilidade aplicada aos equipamentos que possuem controle metrológico.

Conhecimento sobre fatores fundamentais como o sentido de fluxo do fluído e sentido de rotação, posição e trecho da tubulação, características do fluído, vazão máxima e mínima e outros relacionados ao processo, ao funcionamento do equipamento e tratamento do sinal, demonstraram ser de extrema importância para o projeto.

Somando-se a instalação atual, ainda inclui a existência de uma válvula de retenção próxima à descarga de cada uma das bombas de venda, comando a distância do atuador elétrico na válvula do Ponto ‘A’ na saída de combustível do EMED, evitando com isso o atraso do fechamento manual do operador de campo.

Entretanto existem incógnitas que precisam ser sanadas, pois as divergências nas apurações após as movimentações de transferência não se limitam ao retorno de produtos para a EMED-Regap, tendo em vista que a localização das companhias compradoras são próximas umas das outras e também da EMED e as diferenças de altitude ou cota entre as CIAS também existem, o que leva a refletir sobre o fluxo de produtos entre as próprias companhias.

Para prosseguimento dos testes devese ter certeza da sensibilidade da turbina, ou seja, qual é a vazão mínima que faz com que o rotor se movimente tanto no sentido horário como também no sentido anti-horário.

Os constantes questionamentos por parte das companhias sobre as diferenças nas apurações em relação às contabilizações da Regap-Petrobras reduziram consideravelmente após a instalação das medidas de melhorias sugeridas, nas instalações da EMED e demais unidades de bombeio de produtos na Regap, com isso a boa relação cliente/fornecedor fica preservada e não mais há a necessidade de frequentes comprovações sobre a confiabilidade do sistema e também de aferições das turbinas.

LAY-OUT DAS ÁREAS DE ATUAÇÃO

Moacyr A. Castro & Filhos Ltda.

(Tesiap de Betim)

SHELL

49 Metros POOL COSAN IPP

47 Metros DIAMETROS

ALESAT ALE

DIAMETROS

.

PONTO

F

PONTO D

GASOLINA=08" ALCOOL =08" ÓLEO DIESEL=14" QAV-1=08" ÓLEO DIESEL S50=14"

22 Metros

DIAMETROS

16 Metros

GASOLINA = 08" ÓLEO COMB. =12" Q.A.V.- 1=10" ALCOOL=08" DIESEL=14"

FIC

DIAMETROS DIESEL= 12" GASOLINA=08" ÓLEO COMB. =10" ALCOOL=06"

27 Metros .

GASOLINA=10" ÓLEO DIESEL=14"

DIAMETROS GASOLINA=08" ÓLEO DIESEL=14"

PONTO H

REFINARIA GABRIEL PASSOS

POOL IPIRANGA BR-Aibet

PONTO E

47 Metros

PONTO C

PETROBRÁS (BR-Tebet)

9 Metros

INSTALAÇÃO DO TESIAP DE BETIM. Empresa responsável pelas operações de bombeios.

DIAMETROS

PONTO G

Ponto 0

PONTO B

PONTO A'

PÁTIO DE BOMBAS

POOL DE EMBIRUÇU CENTRO COLETOR DE ALCOOL

250

GASOLINA=08" QUEROSENE=06" ALCOOL=06" ÓLEO DIESEL=12"

DIAMETROS

PONTO A

ÓLEO DIESEL=14" Q.A.V.- 1=10" ÓLEO COMB. =12" GASOLINA =08" ALCOOL=08" QUEROSENE=06" ÓLEO DIESEL S50=12"

ÀREA FINAL

DIAMETROS

DIAMETROS

ÓLEO COMB. =12" ALCOOL =10" GASOLINA= 10" Q.A.V.- 1=06" ÓLEO DIESEL= 14" ÓLEO DIESEL S50=12"

ÓLEO COMB. = 12" Q.A.V.- 1=06 " ÓLEO DIESEL=14" GASOLINA=10" ÓLEO DIESEL S50=14"

VAZÕES MÉDIAS(m³/h) PRODUTOS GASOLINA A ÓLEO DIESEL S1800 e S500 Q.A.V-1/Q.I. ALCOOL ANIDRO E HIDRATADO O. C. A-1, 6A e BUNKER ÓLEO DIESEL S50

ÓLEO DIESEL S1800 e S500 GASOLINA A QAV-1 E Q.I. OLEOS COMBUSTIVEIS ( A-1, 6-A e BUNKER ) ALCOOL CCA EMBIRUÇU E DESCARGA REGAP ÓLEO DIESEL S50

DISTÂNCIAS BOMBA AO PONTO A BOMBA AO PONTO A' BOMBA AO PONTO G BOMBA AO PONTO B BOMBA AO PONTO D BOMBA AO PONTO E BOMBA AO PONTO F

330 730 125 220 260 450

METROS 1.810,1 1.867,2 2.064,4 2.870,6 3.501,9 3.553,9 4.798,3

Revisado em 10/06/2010.

MOACYR A. CASTRO & FILHOS LTDA (TESIAP DE BETIM)

FIC 02

MAPA DE FLUXO DE GASOLINA A

10.388 l

FO

FIC 01

NA

Alesat 04

2.000 l

Alesat 03

FO NA

NA

NA

PONTO F

1.549 l

12 8 "Polegadas

2.379 l 29.637 l FO

PONTO D

Alesat 05

37.075 l

NA NA

10 "

8

Ipiranga BRAibet 101

Ipiranga BRAibet 102

NA NA 10 "

PONTO G

PONTO A'

Os pesquisadores agradecem aos técnicos da Regap, em especial aos supervisores e consultores Antônio Carlos dos Santos e Cláudio Conceição, e ao gerente setorial de elétrica e

6.517 l

Cosan IPP - 04

NA

8

18.422 l

NA

Agradecimentos

Imbiruçu 102

8

BR P1332

NA

Imbiruçu 103

451 l 8

PONTO H

PONTO A

Shell 16

10 "

10

FO

1.129 l

NA

BOMBA DA REGAP

Shell Shell 17 17

8" Cosan IPP - 03

10

33.988 l

Shell 23

8"

13.174 l

NA

NA PONTO B

10 "

38.500 l

PONTO E

8"

12 12Polegadas Polegadas

8"

20.260 l 2.131 l

4.667 l

VÁLVULAS:

NA

FO

GAVETA RETENÇÃO TWIN SEAL NORMALMENTE ABERTA MEDIDOR ULTRASSÔNICO FORA DE OPERAÇÃO Revisado em 01/12/2010.

instrumentação Marcelo de Oliveira Bustamante, pelo fornecimento de dados e permissão para execução da pesquisa.

Referências INCONTROL. Manual de instalação Medidor de vazão tipo turbina. REV. D. São Paulo: INCONTROL, 2009. Disponível em:http://www.incontrol.ind.br/downloads/manual9.pdf Acessado em: 27.mar. 2012.

INMETRO. Dimel no350 publicada em 17 de setembro. São Paulo: INMETRO, 2009. Disponível em: www.inmetro.gov.br/legislacao/pam/pdf/ PAM00 4468. pdf. Acessado em 27, mar.2012.

RIBEIRO, Marco Antônio. Medição de vazão – Fundamentos e aplicação.6ª ed.Salvador: TEKAPOST, 2003. Disponível em: http://pt.scribd.com / doc/78693099/109/Fluido-Medido. Acessado em: 25.mar.2012.

SABER ELETRONICA. Flip-Flop tipo D, São Paulo SABER. 1975. Disponível em www.sabereletronica. com.br Acessado em: 22 abr. de 2012.

SAIDI. Válvula de duplo bloqueio: TWIN SEAL. Espanha: SAIDI, 2010.

Disponível em: http://www.saidi.es/Valvulas/valvula_generaltwinseal. htmAcessado em: 27.abr.2012.

SERFATY, Reinaldo. GEINP/GEIN-N–MAT: 033202.0 VER 1. Local: HIDROENGNET, 1996, p. 69. Disponível em: http://www.hidroengnet. com.br/vazao.pdf Acessado em: 26. mar.2012

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Petro & Química

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Artigo Técnico

Simulação do escoamento monofásico de fluidos viscosos em bombas centrífugas da indústria de petróleo

Ana Carla Costa Andrade, Carla Wilza Souza de Paula Maitelli Bolsista PRH-43 ANP, Departamento de Engenharia do Petróleo - CT UFRN

Resumo Uma das diversas técnicas aplicadas aos processos de produção e exploração de petróleo é a elevação artificial, que utiliza equipamentos com o objetivo de promover um aumento na vazão e pressão em poços de óleo e de gás. A escolha do método de elevação depende de uma análise precisa do projeto e de fatores como custos iniciais de instalação, manutenção e condições existentes no campo produtor. Apesar da existência de outros métodos que apresentem baixo custo e fácil manutenção, o método BCS (Bombeio Centrífugo Submerso) mostra-se bastante eficiente quando a finalidade é produzir altas vazões de líquido, tanto em ambientes terrestres como marítimos, em condições adversas de temperatura, existência de gás livre na mistura e fluidos viscosos. A utilização de sistemas operando por BCS vem crescendo ao longo das últimas décadas em função das vazões de produção e das novas tecnologias desenvolvidas para seus equipamentos de subsuperfície e superfície, o que aumentou a confiabilidade do método. Apesar desses fatores, a produção de fluidos viscosos ou muito viscosos pode reduzir o desempenho do sistema. Sendo assim, avaliar o escoamento de fluidos viscosos no interior das bombas centrífugas típicas de sistemas BCS é imprescindível para a previsão de falhas e baixo desempenho na utilização do método de elevação artificial por Bombeio Centrífugo Submerso.

1. Introdução O sistema operando por BCS é constituído por uma bomba centrífuga de múltiplos estágios que transporta os fluidos à superfície. A bomba é formada por um impelidor rotativo (rotor) que transmite a energia cinética sob a forma de velocidade ao fluido e um difusor estacionário (estator) que converte a energia cinética do líquido coletado do rotor em pressão e encaminha o fluido bombeado para o próximo impelidor, posicionando o fluido imediatamente acima (Maitelli, 2010).

Os principais equipamentos de um poço equipado por BCS podem ser subdivididos em equipamentos de subsuperfície, sendo eles: motor elétrico, protetor ou selo me50

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no 348

cânico, bomba, separador de gás e cabo elétrico, os equipamentos de superfície são classificados em: quadro de comando, transformador, caixa de ventilação (junction box), cabeça de poço e variador de velocidade (variable speed velocity VSD).

No funcionamento de um sistema BCS, algumas características do fluido, como viscosidade elevada e a existência de gás livre, interferem no desempenho da bomba centrífuga dificultando o transporte dos fluidos até a superfície. Outros problemas também podem afetar o comportamento do fluido no interior da bomba, como a transmissão de energia através dos cabos até o ponto de acionamento e os impactos dos efeitos térmicos na partida do motor.

1.1 Objetivos Gerais Através de um programa comercial, o Ansys-CFX, desenvolver simulações para descrever a influência da viscosidade do fluido monofásico nos canais de um estágio de uma bomba centrífuga típica de sistemas BCS.

1.2 Objetivos Específicos Através de um programa comercial, o Ansys CFX 11.0, foram realizadas simulações para verificar a influência da viscosidade no escoamento de fluidos no interior de uma bomba de sistema BCS, tendo como objetivos da pesquisa os seguintes pontos: desenvolvimento de simulações preliminares utilizando modelos monofásicos com água; definição do modelo matemático para as equações de conservação no caso de escoamentos viscosos na bomba centrífuga; modelagem e simulações do escoamento viscoso em um estágio da bomba centrífuga de fluxo misto; modelagem e simulações do escoamento viscoso em um estágio da bomba centrífuga de fluxo radial; comparação com dados experimentais.

2. Fluidodinâmica Computacional 2.1 Fluidodinâmica Computacional (CFD) e aplicações Nos últimos anos, a análise de projeto experimentou grande progresso devido à evolução conjunta do poder computacional e precisão dos métodos numéricos que são métodos

Artigo Técnico usados para se obter a solução de problemas matemáticos de maneira aproximada quando não existe a possibilidade de resolvê-los por técnicas exatas.

A CFD (Fluidodinâmica Computacional ou Computational Fluid Dynamics) tem como definição a análise de sistemas, envolvendo escoamento, transferência de calor e fenômenos associados como reações químicas, por simulações baseadas em esforços computacionais. Sua aplicabilidade é de grande importância no que se refere à mecânica dos fluídos.

Para se implementar essa técnica, utiliza-se de um software comercial, onde se definem a geometria do escoamento bem como sua malha, as condições de contorno do escoamento e os modelos a serem utilizados. A resoluções numéricas das equações diferencias parciais fica por conta do software, sendo possível o usuário interferir em critérios e parâmetros de convergência (ASUAJE, 2005).

A técnica de CFD pode ser descrita como a substituição de equações diferenciais parciais governantes de um escoamento (Navier-Stokes, continuidade e modelos de turbulência) por “números”, e dispor estes números no espaço e/ou tempo para obter uma descrição numérica final do campo completo do escoamento de interesse (ASUAJE, 2005).

2.2 Equações de Navier-Stokes Basicamente quando se trata de escoamento de fluidos quanto ao seu movimento global sobre uma estrutura, equações básicas para aplicação em volumes de controle são utilizadas na análise dos mesmos em turbomáquinas (dispositivos fluido mecâmicos que direcionam o fluxo com pás em um elemento rotativo).

Estas equações aplicadas para tal análise são as equações de movimento mais usualmente conhecidas como equações de Navier-Stokes, utilizadas quando se trata de um escoamento incompressível com viscosidade constante, e são consideradas fundamentais quando se refere á mecânica dos fluidos, trata-se de uma equação diferencial parcial não permanente, não linear, de segunda ordem.

Tais equações descrevem o comportamento de um fluido e é composta pela equação de conservação da massa podendo também ser chamada de equação da continuidade, e da equação da conservação da quantidade de movimento associadas ao volume de controle, considerações quanto à geometria e condições iniciais e de contorno aplicadas, (FOX, R. W., 2006), obtendo expressões matemáticas para leis básicas de um sistema que sejam válidas para um volume de controle infinitesimal.

(1) Onde operador de derivada parcial, variável tempo, : vetor resultante das velocidades médias temporais, : vetor resultante das componentes de velocidade e : massa específica.

O primeiro termo descreve a taxa de variação da massa dentro do volume de controle, enquanto que o segundo termo seria a representação da taxa líquida de fluxo de massa, ou seja, a vazão líquida em massa através da superfície de controle.

2.4 Quantidade de movimento Já o movimento do fluido pode ser representado por uma equação dinâmica que descreve a segunda lei de Newton através da dedução da forma diferencial da equação da quantidade de movimento sob um volume de controle infinitesimal de massa dm.

Quando se trata do escoamento incompressível com viscosidade constante, as equações de movimento podendo também ser chamadas de equações de Navier-Stokes, podem apresentar-se bem simplificadas quando escritas em termos das componentes de velocidade (FOX, R. W., 2006).:

(2) Onde operador laplaciano, forças de campo ou de corpo.

viscosidade e

:

3. Metodologia 3.1 Geometria no formato CAD Diante da necessidade dos programas comerciais que trabalham com CFD em se obter uma geometria compatível com objeto real a ser simulado, onde a análise tridimensional tem como base um conjunto completo difusor e impelidor de uma bomba de fluxo misto de uso comercial, a geometria da bomba foi desenhada, conforme a Figura 1, utilizando o programa Autocad versão 2012, considerando alguns parâmetros essenciais que definem o escoamento no interior dos canais do impelidor e difusor (figura 2).

2.3 Quantidade de massa Baseia-se no princípio físico aplicado para as formulações de sistema como também de volume de controle, sendo o princípio de conservação da massa, onde, por definição, exige-se que a massa do sistema seja constante.

Sendo o escoamento incompressível onde a massa específica permanece constante não se tem uma função do espaço nem do tempo. Sendo assim, a equação de conservação da massa ou da continuidade após simplificações, de uma forma genérica, pode ser escrita de tal forma (FOX, R. W., 2006):

Figura 1: Geometria no formato CAD de um estator de BCS em 3D

Figura 2: Geometria no formato CAD de um rotor de BCS em 3D no 348

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Artigo Técnico 3.2 Geometria no Formato Ansys CFX Seguindo a etapa de pré-processamento, toda a geometria foi refeita considerando as dimensões anteriormente obtidas na geometria em 3D no formato CAD (Computer-Aided Design Desenho Assistido por Computador), onde um modelo para os perfis meridionais tanto do impelidor quanto do difusor foram definidos no BladeGen - Ansys CFX versão 11.0. O perfil meridional, figura 3 e 4, permite uma descrição da pá em um sistema de coordenadas axial-radial, bem como definir as entradas (inlets), saídas (outlets). Além disso, pode-se obter definições de ângulos e espessura das pás, resultando uma geometria tridimensional dos parâmetros inseridos.

Figura 3: Tela do BladeGen, definição do perfil meridional do impelidor

Tabela 01: Características das malhas geradas pelo sistema.

3.4 Parâmetros das Simulações 3.4.1 Propriedades Físicas do Domínio Para a realização das simulações, teve-se a necessidade de um computador com uma configuração que suportasse a utilização do programa ANSYS® CFX® e seus módulos. Como etapa seguinte no desenvolvimento do projeto, seria a definição da geometria, geração da malha, como a determinação dos parâmetros físicos e as propriedades dos fluidos para execução do programa. Nas simulações foram utilizados dois fluidos, água e óleo, onde o regime de escoamento é do tipo estacionário e o cálculo das pressões toma-se como base o valor de referência de um (1) atm. Quanto às superfícies sólidas foram consideradas lisas e o modelo de turbulência padrão escolhido foi o k – ε.

3.4.2 Condições de Contorno

Figura 4: Tela do BladeGen, definição do perfil meridional do difusor

3.3 Geração de malhas Com inserção de parâmetros para a definição do perfil meridional do impelidor quanto do difusor, obtém-se a partir do Ansys CFX a geração automática da geometria da malha separadamente de ambos modelos, onde foi utilizado para a criação da malha o fator global (global mesh scaling fator) no valor padrão 1.

De acordo com a figura 5, é observado o caminho o qual o fluido pode percorrer, sendo o domínio fluido, constituído por regiões sólidas tais como: pás, cubo e coroa. Como elementos pertencentes à constituição da malha, destacam-se: elementos tetraédricos, prismáticos e pirâmides. Na tabela 1 estão especificadas as características de cada malha gerada.

Figura 5: Regiões geradas da malha para o impelidor

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As condições de contorno são aplicadas quando se tem o objetivo de fazer uma análise de escoamento dos fluidos, determinando que um fluido ao entrar em contato com a parede sólida, deve ter a velocidade igual à da parede, ou seja, não há escorregamento entre o fluido e a parede.

De acordo a Figura 06, verifica-se as condições de contorno, de forma que na entrada (inlet) do canal foi definida uma pressão total de 1atm aplicada para todas as simulações, e quanto a condição de contorno na saída (outlet) foi definida uma vazão mássica para cada caso, como especificada na Tabela 02.

Finalizando, quanto á interface, o modelo utilizado é o frozen rotor. Tal modelo trata o escoamento do componente fixo para o rotativo mudando o sistema de referência sem fazer médias, o que possibilita que características locais do escoamento como recirculações, sejam transportadas através da interface.

Figura 06: Definição das condições de escoamento na entrada e na saída dos domínios, modelo de turbulência e outros parâmetros da simulação.

Artigo Técnico Tabela 2: Vazões utilizadas como condição de contorno

3.4.3

Critérios de convergência

Como critério de convergência foi utilizado a Raiz Quadrada da Média dos Quadrados (Root Mean Square - RMS), que é definido como a raiz quadrada da média dos quadrados da velocidade obtido tomando todos os resíduos através do domínio. O valor de resíduo nas simulações com a água foi de 0,001, enquanto que nas simulações de óleo foi de 0,0005, com um número mínimo de iterações de 1 e o máximo de 200 em todas a simulações.

4. Resultados Diante das simulações implementadas para um modelo geométrico em 3D através do programa comercial o Ansys CFX tendo como objetivo principal avaliar resultados originados pela escolha do método BCS num escoamento monofásico no interior de bombas centrífugas submersas típicas da indústria de petróleo, onde inicialmente a variável avaliada foi a altura de elevação e os fluidos estudados foram água e um óleo.

Quanto à etapa de processamento nos testes com a água utilizando um valor de resíduo de 0,001 a convergência foi atingida entre 60 e 100 iterações, onde o número de iterações apresentou-se maior quando aplicado para vazões mais baixas mostrando maiores dificuldades de convergir para vazões mássicas próximas de zero, enquanto que no óleo o tempo de convergência foi maior entre 100 e 150 devido ao valor residual de 0,0005 sendo uma convergência mais confiável devido ao menor valor residual.

Outro fato que foi observado diante dos percentuais obtidos, tanto para o óleo quanto para a água, é que ambos encontram-se dentro do percentual aceitável na literatura, que seria de mais ou menos 30% de defasagem entre o modelo experimental e o simulado, como observados nas tabelas 3 e 4.

Todo esse processo foi analisado e testado com determinados parâmetros gerais e as condições de contorno utilizadas para a simulação do fluxo.

Como resultados finais das simulações, conclui-se que o modelo tridimensional em estudo é adequado para a simulação de uma bomba centrífuga de fluxo misto, tanto para a água como para fluidos viscosos (óleos), pois os resultados foram compatíveis quando comparados com dados experimentais existentes figura 7 e 8.

Tabela 3: Valores de altura de elevação da água para o fabricante e o simulador

Tabela 4: Valores de altura de elevação do óleo experimental e para o simulador

Figura 7: Condições de simulação da água com 3500rpm e 1cp

Figura 8: Condições de simulação do óleo com 3500rpm e 60cp

5. Agradecimentos Este trabalho foi desenvolvido no Laboratório de Automação em Petróleo (LAUT/UFRN), com o apoio do Programa de Recursos Humanos (PRH-ANP 43/UFRN).

Referências Bibliográficas AMARAL, G. D. L. Modelagem do escoamento monofásico em bomba centrífuga submersa operando com fluidos viscosos. 2007, 260f. Dissertação (Mestrado), Faculdade de Engenharia Mecânica, Universidade Estadual de Campinas, Campinas, São Paulo.

ASUAJE, M.; BAKIR, F.; KOUIDRI, S.; KENYERY, F.; REY, R. Numerical modelization of the flow in centriugal pump: volute influence in velocity and pressure fields. International Jounal of Rotating Machinery, 2005:3, p.244-255, 2005.

FOX, R. W.; McDONALD, A. T.; PRITCHARD, P. J. Introdução à mecânica dos fluidos. Sexta edição. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, LTC, 2006.

MAITELLI, C. W. S. de P. Simulação do escoamento monofásico em um estágio de uma bomba centrífuga utilizando técnicas de fluidodinâmica computacional, 2010, 182 f. Tese (Doutorado), Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Petróleo, UFRN, Natal, RN.

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Artigo Técnico

Transporte de óleo multifásico em tubulações onshore: influência do atrito e da perda de calor

Hugo Candia Saad, Oldrich Joel Romero Universidade Federal do Espírito Santo (UFES); Capítulo Estudantil SPE/UFES; GPETRO/CNPq

Resumo Ferramentas computacionais de simulação de escoamento multifásico em dutos de transporte de petróleo são de grande importância para determinação da viabilidade econômica da produção em campos petroliferos. O presente artigo apresenta a modelagem matemática e numérica do escoamento bifásico de petróleo em um duto onshore parcialmente submerso. O comportamento bifásico do óleo pesado de 13,2 oAPI é traduzido pela correlação de Dukler. A viscosidade do óleo é considerada dependente da temperatura e da densidade API do óleo mediante a correlação de Hossain. O duto transporta o petróleo desde uma estação coletora até um centro de armazenamento e é formada por três trechos. O primeiro e terceiro trechos são não aterrados e estão em contato com o meio ambiente externo.

O trecho intermediário é assentado no leito de um rio e é a parte crítica do oleoduto pois elevadas perdas de calor são observadas. A influência de diferentes tipos de isolamentos térmicos e diâmetro do duto nos gradientes de pressão e de temperatura forma analisados com o software Pipesim.

1. Introdução A gestão integrada e otimizada dos processos de exploração e produção é considerada estratégica para o avanço do setor petrolífero que, por um lado, se depara com um vasto e crescente arsenal tecnológico, e por outro, com desafios grandiosos tal qual o transporte de fluidos por linhas cada vez mais longas e sob muitas condições adversas. O escoamento dos fluidos desde o reservatório até as instalações de superfície são divididos comumente em três etapas, segundo ilustrado de forma simplificada na vista transversal da figura 1: recuperação, elevação e coleta.

Figura 1: Sistema de produção de petróleo com deposição de parafina

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Durante a produção de petróleo, o escoamento pode ser considerado como sendo bifásico, no qual uma das fases é gasosa e a outra líquida. Este tipo de escoamento é frequentemente encontrado na coluna de produção no interior do poço e nos dutos de produção e pode ocorrer em trechos verticais, inclinados ou horizontais. Correlações, como por exemplo as propostas por Hagedorn e Brown (1965), Duns e Ross (1963), Beggs e Brill (1963) e Oliemans (1976), foram desenvolvidas para facilitar sua análise.

Uma das principais linhas de estudo da engenharia de dutos é a denominada garantia de escoamento. Possui como principais objetivos identificar, qualificar e atenuar problemas operacionais, principalmente os decorrentes do escoamento de óleos pesados, uma vez que pode trazer grandes dificuldades para o escoamento através da tubulação, como a corrosão e desgaste precoce, além da deposição de hidratos, parafinas e asfaltenos, resultando em uma grande perda de carga e até mesmo obstrução dos dutos.

Desta forma, o presente trabalho pretende comparar a influencia da perda de carga e perda de calor na movimentação do fluido multifásico no interior da tubulação quando utilizados diferentes diâmetros de dutos e tipos de isolamentos térmicos.

2. Descrição do problema O problema é formado por (i) uma estação coletora, que recebe a produção proveniente de 15 poços onshore de baixa vazão com pressão de 5 kg/cm2 e temperatura de 67oC, (ii) um oleoduto de 3.599 m por onde o são escoados 21,1 m3/d de óleo, e (iii) um centro de armazenamento e exportação localizada em terra que recebe os fluidos. Esta configuração, com alguns detalhes básicos é mostrada na Figura 2a.

Artigo Técnico quando em fluxo. A última parcela, subíndice “acc” refere-se à perda de carga devido à aceleração e de forma similar ao termo de atrito, existe apenas em condições dinâmicas.

Figura 2: (a) caminho percorrido pelos fluidos (Fonte: Google Earth); (b) troca de calor.

O oleoduto é composto por três segmentos denominados de “Trecho 1” com 802 m de comprimento e 3 pol de diâmetro, “Trecho 2” com e 203 m de comprimento e 4 pol de diâmetro, e “Trecho 3” com 2.594 m de comprimento e 3 pol de diâmetro. Todos os trechos tem espessura de 0,251 pol e rugosidade de 0,001 pol. Nos trechos 1 e 3 a tubulação não é aterrada e está suspensa em terra firme sendo a temperatura ambiente de 26 °C. Já no trecho 2 a tubulação passa pelo leito do rio a uma profundidade de 6 m e uma temperatura de 16 o C. É neste trecho onde é observado uma acentuada perda de calor dos fluidos transportados e por tanto a necessidade de estudos quanto à utilização de isolamento apropriado. Os comprimentos dos trechos são apresentados de forma equivalente a trechos retos, ou seja, todas as curvas e joelhos da tubulação foram convertidos em comprimentos de trecho reto, com igual perda de carga. As propriedades dos fluidos utilizando o modelo blackoil, são: razão gás/óleo = 24, 9 m3/m3, volume de água e sedimentos = 30 %, densidade relativa do gás = 0,66, densidade relativa da água = 1,02, densidade do óleo = 13,2 oAPI, contaminante H2S = 0,06 % e viscosidade do óleo morto = 69,4 cP a 93,3 °C e 20.269 cP a 15,5 °C. O fluido transportado é formado por uma fase líquida e outra gasosa, portanto é utilizada a correlação de Dukler (Dukler et al., 1976) para determinar a perda de carga em uma tubulação horizontal com escorregamento entre as fases. Já para a viscosidade do óleo, que é função da temperatura e da densidade API, selecionou-se a correlação de Hossain (Hossain et al., 1976).

3. Modelagem matemática 3.1. Escoamento horizontal multifásico A correlação de Dukler (Dukler et al., 1976) permite determinar a perda de carga em uma tubulação horizontal originado pelo escoamento multifásico considerando o escorregamento entre as fases. Para a correta descrição do escoamento no interior de dutos é necessário o entendimento do gradiente de pressão dp/dl, onde p é a pressão e l é o comprimento ao longo do duto.

(1) O primeiro termo do lado direito da equação, subíndice “g”, é o gradiente de pressão correspondente à ação da gravidade e é igual a . No escoamento horizontal este componente é muito pequeno e pode, portanto, ser desprezada. O segundo termo com subíndice “f” é relativo à fricção e existe apenas

Figura 3. Correlação de holdup de Dukler (Taitel, 1976)

As perdas por atrito são calculadas por

,

gc é a constante gravitacional que converte aceleração-gravidade em peso e D é o diâmetro interno do duto. Como o problema trata do escoamento de mais de uma fase, o computo desta equação embora pareça trivial, o procedimento não é simples. As variáveis dependem de outras que pretendem traduzir matematicamente a complexa interação das fases no processo. Assim, a primeira variável a ser calculada é o peso específico da mistura ρk, que depende dos pesos específicos da fase líquida ρL e da fase gás ρg, da fração de líquido na entrada γL, da fração de gás na entrada γg e do hold-up do líquido HL, segundo , outra variável necessária é o fator de fricção f obtido de , que é função de y e que por sua vez depende do comprimento do duto ln e da fração de líquido na entrada γL, .

Já fn é obtido de

e o número de Rey-

nolds NREK é , sendo D o diâmetro interno do duto e μod a viscosidade do óleo morto e varia com a temperatura do meio e do grau API do óleo através da correlação de Hossain et al. (1976), detalhada na subseção 3.2.

O valor do hold-up do líquido HL necessário para o cálculo da densidade da mistura é obtido pelo processo iterativo seguinte: 1. a partir dos dados dos fluidos estabelecer a densidade do líquido ρL; 2. estimar o hold-up HL*; 3. com as informações (1) e (2) calcular o valor aproximado ρk*; 4. calcular μod com a correlação de Hossain; 5. com as informações (3) e (4) calcular o número de Reynolds NREK*;

no 348

Petro & Química

55

Artigo Técnico 6. com as informações (1) e (5) utilizando a figura 3 obter H L; 7. comparar os valores do hold-up estimado em (2), HL*, e calculado em (6), HL, se o resultado desta comparação é maior do que uma tolerância determinada, utilizar o valor calculado como nova estimativa e repetir o processo a partir da etapa (3), caso contrário a convergência é satisfeita e o processo iterativo termina com o hold-up requerido.

O termo da aceleração que compõe a Eq. 1 é definido por , com Um, Usg e Usl sendo as velocidades média, do gás e do líquido respectivamente, ρL e ρg são o peso específico do líquido e do gás respectivamente e gc a constante gravitacional que converte aceleração-gravidade em peso. Assim, a expressão final para o cálculo do gradiente de pressão em tubulações horizontais transportando fluidos multifásicos é

(2)

do fluido quente no interior da tubulação e Ta a temperatura ambiente mais fria, externa à tubulação, A é a área perpendicular à direção do fluxo de calor. ,

(4)

O coeficiente global de troca de calor, representado por U, depende de resistências térmicas oferecidas pelos corpos entre o fluido de interesse e o meio externo, de forma simplificada é calculado por ,

(5)

Os parâmetros hint, hpipe, hlayer e hext são, respectivamente, os coeficientes de transferência de calor do líquido multifásico escoando no interior do duto (“int”), na parede da tubulação metálica (“pipe”), na camada de isolamento (“layer”), e do ambiente externo (“ext”).

Segundo Kaminsky (1999), para um fluxo laminar com número de Reynolds NREK < 2300, hint pode ser obti-

3.2. Viscosidade do óleo A correlação de Hossain (Hossain et al., 1976) permite determinar a viscosidade do óleo morto μod para diferentes valores da temperatura do fluido T. É válida para óleos pesados com densidade API, dAPI, variando entre 10 < dAPI < 22,3.

Esta dependência é evidenciada por (3) A e B são parâmetros dependentes da densidade API do óleo dAPI e são definidos por e .

Quanto mais pesado o óleo, isto é, viscosidade elevada, seu aquecimento resulta em uma diminuição mas acentuada da viscosidade. Ou em outras palavras, a viscosidade de óleos pesados é mais afetada pela alteração da temperatura. Considerando que óleos pesados tem maior porcentagem de componentes parafínicos, a possibilidade de formar depósitos é, portanto, maior.

do das equações

,

,

,

, onde μL é a viscosidade do óleo, μw é a viscosidade da água, CpL é a capacidade específica de calor do óleo, kL a condutividade térmica do óleo e D o diâmetro da tubulação.

O segundo e terceiro termos do lado direito da Eq. 12 referem-se à troca de calor pela parede da tubulação e do isolamento térmico, e são obti-

dos

das

equações

e

3.3. Resfriamento do óleo A transferência de calor é uma manifestação do desequilíbrio térmico entre dois corpos. A natureza procura alcançar e manter o estado de equilíbrio. Esta condição é atingida quando a temperatura do corpo mais frio aumenta e a do corpo mais quente diminui. No caso específico do fluido multifásico sendo transportado pela tubulação, é feita a suposição que o “corpo mais frio”, meio ambiente externo, é muito grande portanto sua temperatura aumentará muito pouco. Em termos matemáticos dizemos que a temperatura é constante. Por tanto, o “corpo mais quente” que é o fluido no interior da tubulação, será resfriado procurando o equilíbrio com o ambiente que o circunda. Várias resistências térmicas são oferecidas para mitigar essa troca de calor. Eq. 4 é a representação matemática do fluxo de calor Q, (Figura 2b), Tb é a temperatura 56

Petro & Química

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. Sendo kpipe o coeficiente de troca de calor na parede do duto, klayer e wtlayer são os coeficientes de troca de calor por condução e a espessura da camada de isolamento adjacente ao duto, respectivamente.

O último termo da Eq. 12, o coeficiente de transferência de calor por convecção entre a camada de isolamento e o ambiente externo hext, é obtido a partir das equações ,

,

e

. Onde Nuext número de Nusselt, L o comprimento do duto, Ra e Gr são o número de Grashof e o de Rayleigh.

Artigo Técnico Para os trechos 1 e 3 não aterrados da tubulação, o coeficiente hext possui o valor de 4 Wm-2K-1 com a convecção natural a uma velocidade aproximada de 0,5 m/s.

3.4. Condições de contorno Para resolver o sistema de equações é necessário delimitar seu domínio de solução, isto é, estabelecer as condições de contorno de tal forma a ter-se um sistema matemático bem posto e factível de ser resolvido. Como o problema é unidimensional, condições na entrada e na saída da tubulação devem ser impostas. A tabela 1 detalha estas informações.

Tabela 1: Condições de contorno para os quatro casos analisados Casos

Entrada do oleoduto

Saída do oleoduto

1

vazão = 21,5 m3/d

pressão = 5 kg/cm2

2

pressão = 3 kg/cm2

vazão = 21,5 m3/d

3

vazão = 21,5 m3/d

pressão = 10,5 kg/cm2

4

vazão = 21,5 m3/d

pressão = 12,1 kg/cm2

4. Modelo numérico O conjunto de equações apresentadas na seção 3 são resolvidas utilizando o software Pipesim. Este aplicativo é amplamente difundido na área de engenharia de elevação e escoamento de petróleo. O procedimento de obtenção da solução implementado no Pipesim é baseado na técnica denominada Analise Nodal, o qual consiste em segmentar a linha de fluxo em um determinado número de trechos, denotado pelo índice j. Cada trecho por sua vez é subdividido em pequenos intervalos denotado pelo índice i. Resolve-se então, as equações em cada intervalo progressivamente até atingir o ponto de interesse. A técnica é comumente aplicada para análise de escoamento multifásico, visto que as propriedades PVT – pressão/volume/temperatura do fluido se alteram significantemente na medida em que o fluido é transportado. Além disso, a geometria por onde esses fluidos escoam pode sofrer mudanças no diâmetro, na rugosidade da parede interna e na inclinação do duto. A divisão em trechos j é para poder contemplar tubulações com diversas inclinações.

A integração da Eq. 2 ao longo do comprimento do oleoduto L permite calcular o diferencial de pressão Δp.

a pressão na entrada da tubulação. O gradiente de pressão calculado é apresentado na figura 4, pela curva azul, na qual pode-se verificar que a diminuição da pressão ao longo do duto é não linear devido à presença de mais de uma fase, e que o fluido não possui energia suficiente para escoar até o final da tubulação de comprimento equivalente igual a 3.611 m percorrendo apenas os primeiros 2.950 m da tubulação equivalente. Sendo que, ao atingir o final das tubulações o fluido deve ter ainda uma pressão mínima de 3,0 kg/cm2 para vencer as resistências internas no tanque de armazenamento. Assim, pode-se afirmar que nestas condições a produção não é viável.

Caso 2. Confirmada a necessidade da incremento de pressão no sistema para o escoamento de fluidos, o foco passa a ser a definição do nível de aumento de pressão e o tipo de método a ser utilizado. Partindo com pressão prescrita de 3 kg/cm2 na saída da tubulação, que é a chegada do fluído ao centro de armazenamento e exportação, determina-se a pressão mínima na entrada da tubulação de 10,5 kg/cm2 e o gradiente de pressão. Isto é, para ocorrer o escoamento dos fluidos o perfil de pressão mínima é o apresentado pela linha vermelha da figura 4. Não está sendo considerado a deposição de parafina, esta análise será apresentada em Romero e Saad (2013).

Figura 4 Variação da pressão ao longo da tubulação

Com base nos dados gerados define-se a utilização de uma bomba com potencia de 1.491,4 W e eficiência de 50 % na entrada da tubulação para todos os próximos casos a serem analisados. A nova configuração na representação esquemática utilizando o Pipesim é representada pela figura 5

(6) onde Σ representa a integração numérica do gradiente de pressão calculado para diferentes segmentos n da tubulação e m trechos da tubulação. No caso em estudo m = 3.

5. Resultados e discussões Caso 1. Primeiro deve-se verificar se a pressão na estação coletora é capaz ou não de movimentar os fluidos até seu destino final no centro de armazenamento e exportação e, a partir desse resultado, decidir quanto à utilização de mecanismos artificiais, tais como bombas, para incrementar

Figura 5: Representação na simbologia Pipesim da nova configuração com a bomba na entrada do duto

É considerando um incremento de pressão de 20% maior do que o mínimo necessário para atender imprecisões nos resultados da simulação, assim como flutuações operacionais. Com isso o novo gradiente de pressão é apresentada na figura 6. no 348

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Artigo Técnico externa é de 16oC a diminuição de temperatura do óleo continua de forma mais acentuada ainda se igualando à temperatura externa nos primeiros 75 m do segundo trecho. O gradiente médio neste caso é – 0,45oC/m, um valor bastante elevado, 22,5 vezes maior do que o gradiente do trecho inicial.

Se fosse considerado a deposição de parafina para TIAC (Saad e Romero, 2013) de 44oC, esta começaria a partir dos 800 m da tubulação.

Figura 6: Variação da pressão ao longo da tubulação para o caso 2 com a bomba na entrada do duto

Caso 3. Após a definição da potência da bomba, são realizados testes para verificar o diâmetro do duto de tal forma a minimizar a perda de carga. Os resultados com diâmetros nominais iguais a 3, 4 e 6 pol para o trecho 2 são similares aos da figura 6. No entanto, o duto de 4 pol apresenta uma menor perda de carga, embora a diferença não seja muito visível. Baseado neste resultado, a tubulação ficou configurada da seguinte forma: 3 pol nos trechos 1 e 3, e 4 pol no trecho 2 que, por estar submerso, foi escolhido para análise por estar submetido a condições de resfriamento mais severas.

Caso 4. Com o diâmetro de 4 pol foi realizada a comparação de desempenho do isolamento térmico no trecho 2 de 203 m de comprimento, que á a parte da tubulação submersa e assentada no leito do rio. Nesta seção a temperatura da água do rio é de 16°C inferior aos 26oC do ambiente externo nos trechos 1 e 3.

Figura 7: Gradiente de temperatura sem a camada de isolamento térmico

A temperatura média do fluido na entrada da tubulação é de 67 °C. Para verificar a magnitude da perda de calor e o impacto na temperatura do fluido, foi considerado inicialmente a tubulação sem isolamento. O perfil de temperatura gerado é observado na figura 8. No primeiro trecho, de 802 m, a temperatura do fluido no interior da tubulação diminui de 67oC até 50oC valor ainda superior ao da temperatura externa de 26oC. A diminuição da temperatura é de 17oC em um comprimento de 802 m, resultando um gradiente médio aproximado de – 0,02oC/m. Como no trecho 2, de 203 m, a temperatura 58

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Figura 8: Gradiente de temperatura com Silicato de Cálcio (triangulos cheios, cor vermelha), Lã de Rocha (círculos cheios, cor verde) e Base Asfalto (quadrados cheios, cor azul)

Como a diferença de temperatura entre o óleo transportado e o ambiente externo, principalmente no trecho 2 que é a parte submersa da tubulação, origina uma perda de calor elevada, se faz imprescindível a utilização de algum tipo de isolamento térmico para escoar os fluidos ao longo de toda a tubulação até o centro de armazenamento e exportação. Assim, três materiais isolantes com condutividades diferentes, espessura de 42 mm e tipicamente utilizados foram testados no trecho 2. Resultados das comparações do gradiente de temperatura são apresentados na figura 8. O trecho 1, de 802 m, não tem isolamento, portanto o gradiente de temperatura neste trecho é igual ao da figura 7. Os isolantes são: Base Asfalto com k = 0,7 W/(m2 K), Lã de Rocha com k = 0,055 W/(m2 K), e Silicato de Cálcio com k = 0,023 W/(m2 K).

Como era de se esperar, no trecho 2 da tubulação entre 802 m e 1.005 m, a diminuição da temperatura é mais acentuada quanto maior a condutividade térmica do material isolante.

Observa-se que a Base Asfalto não é eficiente para conter a perda de calor, pois, o gradiente de temperatura dos fluidos ainda é bastante elevado, fazendo com que o fluido escoe apenas até a metade do comprimento da tubulação. Isso ocorre principalmente devido ao aumento muito grande da viscosidade do óleo, originado pela diminuição de sua temperatura. Já a Lã de Rocha e o Silicato de Cálcio mostraram um melhor desempenho pois o gradiente de temperatura é menos acentuado, diminuindo a elevada perda de calor e mantendo um resfriamento relativamente baixo dos fluidos contidos nos dutos, garantindo com isso um transporte satisfatório. Mas, como esperado, devido à menor condutividade térmica, o Silicato de Cálcio apresentou um melhor isolamento e consequente menor perda energética, garantindo um menor esforço das bombas e consequente menor desgaste de equipamentos, sendo então inicialmente escolhi-

Artigo Técnico do como melhor isolante. No entanto, é importante lembrar que o custo dos materiais é inversamente proporcional a sua condutividade térmica. Isto é, quanto melhor o isolamento proporcionado, mais caro o produto. É possível prever que com o isolante Base Asfalto a deposição de parfina começaria em 800 m, com a Lã de Rocha em 850 m e com o Silicato de Cálcio em 900 m, que são os pontos em que a temperatura do óleo sendo transportado torna-se menor do que a TIAC.

6. Considerações finais Devido às características das novas descobertas brasileiras, em reservatórios cada vez mais profundos, óleos mais pesados e presença de ceras, a opção pelo dimensionamento e simulação de bombas, diâmetros de dutos e isolantes térmicos se torna de fundamental importância para o transporte do hidrocarboneto.

A metodologia utilizada para analisar a influência de diferentes parâmetros operacionais, mostrou-se eficiente e satisfatória. Verificou-se a necessidade de utilização de uma bomba que deve ser adequadamente selecionada para impulsionar os fluidos até o local de entrega. A seleção do diâmetro apropriado do duto para o trecho submerso é importante para diminuir as perdas de carga por atrito. E, devido às elevadas perdas de calor observadas principalmente no trecho em contato com a água do rio, a utilização de isolante térmico que minimize a diminuição de temperatura é fundamental para o sucesso do projeto de transporte deste fluido multifásico.

O crescimento do depósito de parafina é acentuado e torna-se crítico com o tempo de produção, por tanto técnicas de mitigação da deposição de parafinas devem ser adotados tais como a passagem periódica de pigs, uso de inibidores químicos, e até mesmo a instalação de aquecedores.

Agradecimentos Os autores agradecem à Schlumberger pela concessão das

licenças acadêmicas do software Pipesim. Professor Oldrich Joel Romero agradece ao CNPq pela concessão da bolsa de pesquisa PQ2.

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Kaminsky, Estimation of two-phase flow heat transfer in pipes, J Energy Res Tech, vol 121, p 75, 1999.

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Pipesim: Fundamentals Training and Exercise Guide - version 2011.1, Schlumberger, 2011.

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Sphaier, L.. Transferência de calor. Rio de Janeiro: UFF, Departamento de Engenharia Mecânica, 2012.

Taitel, Y.; Dukler, A. E.. A model for predicting flow regime transitions in horizontal and near horizontal gas-liquid flow. AIChE Journal: 22 (1), 47-55, 1976.

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Notícias da Petrobras

Embarcação

Fornecedores

O atraso de três meses na entrega do navio Rômulo Almeida poderá render uma penalidade ao Estaleiro Mauá. O presidente da Transpetro, Sergio Machado, explicou que a cobrança ocorre por “atrasos não justificados”. Outro navio em construção pelo estaleiro, o Zumbi dos Palmares, também está com a entrega atrasada.

O Rômulo Almeida é o quarto navio do Programa de Modernização e Expansão da Frota da Petrobras – Promef a ser entregue. Tem capacidade de transportar 56 milhões de litros de derivados e custou R$ 188 milhões.

Duas tradicionais prestadoras de serviços de engenharia atravessam um mar turbulento com o maior rigor da Petrobras na avaliação dos contratos e pedidos de aditivos. A maior vítima até agora foi a Tenace Engenharia, que pediu falência após discutir uma série de aditivos no contrato referente a construção da Unidade de Gasolina e das instalações de Recebimento e Expedição de Diesel do Pólo de Guamaré – de acordo com a empresa, a Petrobras não teria remunerado “justamente” as alterações no escopo original do contrato. A GDK Engenharia entrou com um pedido de recuperação judicial na Justiça da Bahia – a empresa afirma que o pedido de recuperação judicial, já deferido, teve como objetivo “adequar os passivos da empresa e equilibrar sua situação financeira”.

Estaleiro Mauá entrega petroleiro, mas pode ser multada por atraso

Agência Petrobras

Baúna e Piracaba

Para ANP, campos fazem parte de reservatório único

A Petrobras recorreu da decisão que determina que os campos de Baúna e Piracaba, no bloco BM-S-40, na Bacia de Santos, formam um reservatório único. Caso a decisão da Agência Nacional do Petróleo seja mantida, a Petrobras passará a recolher também participação especial, devido ao volume maior de produção nas duas áreas somadas. A Petrobras havia declarado a comercialidade dos dois campos separadamente – Baúna teria volume recuperável estimado em 113 milhões de barris de óleo equivalente e Piracaba, 83 milhões de boe. “Na nossa visão, Baúna e Piracaba são duas acumulações que merecem ser tratadas como separadas”, disse o diretor de E&P da Petrobras, José Formigli.

A companhia já extrai petróleo no campo de Baúna através do FPSO Cidade de Itajaí – com capacidade de 80 mil barris por dia, que terá seis poços produtores e cinco injetores interligados até agosto. A decisão da ANP também determina que a Petrobras apresente um plano de desenvolvimento da área resultante da unificação.

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Empresas de engenharia enfrentam dificuldades

Roncador

ANP exige que Petrobras instale nova plataforma A Agência Nacional do Petróleo avaliou insuficiente o plano apresentado pela Petrobras para o campo de Roncador, na Bacia de Campos. Por isso determinou que a Petrobras apresente estudos para instalar uma quinta plataforma na área e a perfuração de novos poços, além de manter no campo o FPSO Brasil. Mas para a Petrobras, a lista de 12 exigências da ANP para aprovação do novo plano de desenvolvimento da área contem itens que não são viáveis. “Apresentamos propostas que já estavam aprovadas no estudo de viabilidade técnica e econômica dos processos e apresentamos também contra argumentações que indicam inviabilidade técnica e econômica de algumas medidas propostas pela ANP”, disse o diretor de E&P da Petrobras, José Formigli.

Além de Roncador, a ANP exigiu que a Petrobras apresentasse novos planos de desenvolvimento para dez campos da Bacia de Campos que apresentaram acentuada queda na produção.

Xisto

Petrobras terá que pagar royalties por produção no PR A Petrobras terá que recolher royalties sobre a produção de óleo de xisto betuminoso, produzido na UN-Six, em São Mateus do Sul / PR. A decisão tomada pela diretoria da ANP definiu que a companhia pague alíquota mínima prevista em lei, de 5%, retroativa a dez anos. A Petrobras, que produz óleo de xisto na UN-Six desde 1991, entrou com um recurso – que está em fase de análise na agência.

Notícias da Petrobras

Cessão onerosa

Prêmio

O Estaleiros do Brasil - EBR venceu a concorrência para integração da plataforma P-74. O trabalho de integração da P-76 será realizado pelo consórcio Technip/Techint. As duas plataformas serão alocadas na área da Cessão Onerosa, na Bacia de Santos. Os trabalhos serão realizados no Rio Grande do Sul. Os cascos das plataformas estão sendo convertidos no Estaleiro Inhaúma, no Rio de Janeiro.

A Flexibras recebeu o Prêmio Melhores Fornecedores de Bens e Serviços da Petrobras na Bacia de Campos na categoria Grandes Compras. Na categoria Contratos Globais, o prêmio foi dado à Confab Industrial. A premiação tem o objetivo de reconhecer o empenho das empresas na melhoria da qualidade no fornecimento de bens e serviços. Também foram premiadas a Wärtsilä Brasil – Médias Compras –, a Diagonal – Pequenas Compras –, a Climbtec – categoria Serviços –, a Locar – Grandes Contratos –, a PGS – Médio Contratos – e a Analytical Solutions - Pequenos Contratos.

Manutenção

Fornecimento 1

A MPE e a Iesa Óleo e Gás responderão pela manutenção em plataformas da Petrobras na Bacia de Campos durante três anos. O contrato fechado com a Iesa, no valor de R$ 620 milhões, abrange oito FPSOs. Com a MPE, que será responsável pela manutenção em 13 plataformas fixas, o contrato foi fechado em R$ 545 milhões.

As empresas lançarão mão de Unidades de Manutenção e Segurança - UMS – unidades de apoio à manutenção, com capacidade para acomodar até 300 pessoas.

A GE vai fornecer 16 turbogeradores, oito trens turbocompressores e 32 compressores elétricos para quatro plataformas da Cessão Onerosa, na Bacia de Santos – P-74, P-75, P-76 e P-77. O contrato, de US$ 500 milhões, é o terceiro fechado no semestre. Em setembro, a GE havia fechado dois contratos – um avaliado em US$ 1,1 bilhão para fornecimento de sistemas de cabeça de poço, e outro, de US$ 120 milhões, para soluções de perfuração para o pré-sal.

EBR e Technip/Techint integrarão P-74 e P-76

MPE e Iesa fecham contratos por três anos

Reservas

Petrobras encerra ano com índice de reposição de 103,3% A Petrobras fechou o ano com reservas provadas de petróleo e gás praticamente iguais às de 2011.

As reservas provadas em 2012 foram calculadas em 16,440 bilhões de barris de óleo equivalente, representando um aumento de 0,2% em relação ao ano anterior – em 2011 o crescimento das reservas provadas foi de 2,7%. Para cada barril de óleo equivalente extraído em 2012, foi apropriado 1,03 barril de óleo equivalente, resultando no Índice de Reposição de Reservas de 103,3%. A relação reserva/ produção ficou em 18,6 anos. Considerando apenas as reservas provadas no Brasil, o crescimento em 2012 foi de 0,9% - para 15,729 bilhão de boe.

Pouco mais da metade desse crescimento – 579 milhões de barris – está relacionada as concessões de Lula/Cernambi e Sapinhoá, no pré-sal da Bacia de Santos.

Petrobras premia fornecedores da Bacia de Campos

GE fecha terceiro contrato com Petrobras

Fornecimento 2

Weg fornece motores para plataformas Os motores de gaiola de alta tensão MGW 800, da Weg, acionarão os compressores centrífugos dos módulos de compressão de gás a bordo dos FPSOs replicantes que serão instalados nos campos de Guará e Tupi, na Bacia de Santos. O primeiro lote com oito motores foi entregue em outubro e os demais serão fornecidos a cada cinco meses até 2015.

Gás

Programa avalia potencial onshore A Petrobras criou o Programa Onshore de Gás Natural - Prongas, voltado para a exploração, produção e monetização do gás natural das bacias sedimentares terrestres, em reservatórios convencionais e não convencionais. A iniciativa integrará o conhecimento e as experiências das áreas de Exploração & Produção, Gás & Energia e Internacional, bem como das tecnologias de terceiros atualmente utilizadas nas atividades onshore, para produção de gás natural, com o objetivo de identificar o potencial de gás natural nas bacias sedimentares terrestres brasileiras e avaliar os custos para o seu aproveitamento, segundo uma arquitetura energética que integra a geração termelétrica próxima às linhas de transmissão e a produção complementar de fertilizantes nitrogenados.

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Notícias da Petrobras

Equipamentos

Petrobras renova CRCC da Zeppelin A Petrobras renovou o Certificado de Registro e Classificação Cadastral – CRCC da Zeppelin Systems, fornecedora de permutadores de calor, vasos de pressão e tanques de armazenamento.

Logística

Programa quer economizar US$ 5,4 bi até 2020 O Programa de Otimização de Infraestrutura Logística - Infralog, criado pela Petrobras, pretende reduzir em US$ 1,6 bilhão os investimentos a serem realizados até 2016 – até 2020, a redução esperada é de US$ 5,4 bilhões. O plano abrange as áreas de E&P, transporte de petróleo, gás e derivados, refino, comercialização e distribuição e foi dividido em quatro áreas – bases de apoio offshore, destinação de líquidos de gás natural, movimentação e exportação de petróleo e Suprimento e Distribuição de Derivados e Biocombustíveis.

Comperj

Governo do RJ veta uso de rio Guaxindiba O transporte de equipamentos pesados do Complexo Petroquímico do Rio de Janeiro não poderá ser feito pelo rio Guaxindiba, que corta a Área de Proteção Ambiental Guapimirim. A decisão foi tomada em conjunto pela Secretaria de Estado do Meio Ambiente e pelo Instituto Chico Mendes de Conservação da Biodiversidade -ICMBio. Com isso a Petrobras terá que aguardar a conclusão das obras do porto de São Gonçalo e da estrada que ligará o porto à área do Comperj.

Centro de P&D

Vallourec pretende expandir instalações A Vallourec vai expandir suas instalações de P&D em Belo Horizonte / MG, para atender às demandas. A empresa já havia anunciado a inauguração de seu centro de P&D no Parque Tecnológico da Ilha do Fundão. A V&M renovou o contrato com a Petrobras, para o fornecimento de Oil Country Tubular Goods - OCTG, incluindo tubos sem costura e conexões por cinco anos.

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Investimento

Petrobras investirá R$ 97,7 bi em 2013 A Petrobras planeja investir R$ 97,7 bilhões este ano. Em 2012, os dispêndios da companhia somaram R$ 84,1 bilhões. O maior valor, no entanto, não está relacionado a novos projetos, alerta a presidente Maria das Graças Foster. Corrigida a variação cambial e a inflação medida pelo IGP-M, o valor investido em 2012 salta para R$ 89 bilhões. “A diferença decorre de investimentos adicionais dentro dos mesmos projetos”, explica a executiva, que prevê para 2013 mais dificuldades do que as enfrentadas no ano passado. “Estamos cruzando os momentos mais difíceis dessa companhia”.

A Petrobras registrou em 2012 lucro líquido de R$ 21,1 bilhões – o menor resultado desde 2004, atribuído ao aumento na importação de derivados, depreciação cambial e aumento de despesas operacionais. Para 2013 a meta é reduzir custos operacionais e otimização de ativos da companhia. Diante dos resultados, a companhia reviu a política de distribuição de dividendos, pagando R$ 0,47 para cada ação ordinária - ON, com direito a voto – e R$ 0,96 para cada preferencial – PN, sem direito a voto.

Resultados financeiros (2012)

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Regra em revisão Minuta da Resolução sobre conteúdo local entra em consulta pública – com proposta de certificação por família de produtos

Fábrica de medidores de vazão instalada no país: texto substituto abre possibilidade para certificação por família de produtos

A dificuldade em cumprir as regras de conteúdo local para as atividades de exploração e desenvolvimento da produção estabelecidas a partir da 5ª Rodada de Licitações da Agência Nacional do Petróleo já rendeu 71 multas a nove operadoras – que não conseguiram comprovar a aquisição de equipamentos e serviços no mercado local. O número de multas pode ainda crescer, quando a ANP voltar as atenções para os blocos arrematados na 7ª Rodada – em 2011 e 2012 a fiscalização esteve restrita aos contratos assinados nas 5ª e 6ª Rodadas. Só com esses contratos, a Agência analisa 29 pedidos de waiver.

Agora a ANP prepara a revisão das resoluções que tratam do conteúdo local – a Resolução 36, que regula a certificação, foi a primeira a entrar em consulta pública. Os fornecedores de máquinas e equipamentos querem aproveitar essa oportunidade para garantir que a engenharia desenvolvida no país ganhe maior peso no cálculo do conteúdo local. Na avaliação do presidente do Conselho de Óleo e Gás da Abimaq, Cláudio Makarovsky, a Agência deveria mensurar os investimentos em pesquisa e desenvolvimento.

O texto colocado em consulta pública já atende a uma 64

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demanda dos fornecedores: a simplificação da certificação por família de produtos e a certificação de serviços seriados, desde que haja aprovação prévia da ANP. Isso livra os fornecedores da emissão de vários certificados para equipamentos que têm poucas diferenças – a agência já adotou esse conceito para tubos, que foram agrupados em famílias em que não há variações maiores que 10%.

Outra novidade está na certificação de bens adquiridos sob o regime do Repetro, que desonera a importação temporária de equipamentos para as atividades de exploração e produção: pela proposta, os equipamentos fabricados no Brasil podem entrar no cálculo do conteúdo local.

A resolução também passa a computar como conteúdo local as atividades de manutenção de sondas de perfuração e embarcações de apoio, quando realizadas em estaleiros brasileiros. Além dessas novidades, a ANP irá revisar as definições referentes a medição do conteúdo local, para aumentar a compreensão da Resolução.

A Resolução 36 foi publicada em 2007 e sua aplicação prática demonstrou a necessidade dessa revisão. A expectativa é publicar o novo texto ainda neste semestre.

Farm out

Vale vende à Statoil participação em bloco no ES A Vale deu mais um passo no seu plano de desinvestimento dos ativos de petróleo com a venda dos 25% que detinha no bloco BM-ES-22, na Bacia do Espírito Santo. O ativo foi adquirido pela Statoil por US$ 40 milhões. A Petrobras é a operadora do bloco, com 75% de participação

Financeiro

Queiroz Galvão fará oferta de ações na bolsa de Nova York A Queiroz Galvão Óleo e Gás Constellation, prestadora de serviços de perfuração, entrou com pedido de oferta pública inicial de ações - IPO nos Estados Unidos. O objetivo é levantar US$ 500 milhões que serão usados para o pagamento de duas sondas de perfuração em águas ultraprofundas e bancar investimentos.

Sondas 1

Rolls-Royce fornecerá sistemas para Estaleiro Atlântico Sul A Rolls-Royce fechou contrato de mais de R$ 335 milhões com o Estaleiro Atlântico Sul para o fornecimento de sistemas de energia e propulsão para sete plataformas de perfuração. Cada sonda será equipada com seis propulsores e seis motores a diesel. Os propulsores terão conteúdo local de 40% a 60% - os principais componentes serão importados da Finlândia. Os motores, fabricados na Noruega, terão conteúdo nacional de 30% a 40%.

Sondas 2

Aker Solutions fornecerá equipamentos para Estaleiro Jurong O Estaleiro Jurong ampliou a encomenda de equipamentos de perfuração para navios-sonda, feita à Aker Solutions. O contrato fechado em agosto do ano passado previa o fornecimento de seis pacotes de equipamentos de perfuração – abrangendo topside e subsea – com a possibilidade de estender a encomenda para mais um pacote. O primeiro pacote será entregue no segundo semestre deste ano.

Sísmica

Georadar recebe aporte de R$ 100 milhões de fundo O Óleo e Gás Fundo de Investimento em Participações, gerido pelo Modal Private Equity, aportou R$ 100 milhões na Georadar, e passa a ter 15,2% do capital total da empresa. O recurso deve ser aplicado na Geortx, empresa oriunda da aquisição da RXT, responsável por levantamento sísmico marítimo, e na Geonavegação, que administra embarcações de apoio.

Além da Georadar, o Óleo e Gás FIP já investiu na Enesa e na Brastec.

Prominp

Empreendimentos da Petrobras impulsionarão APLs Um novo modelo de indução ao desenvolvimento dos fornecedores do segmento de petróleo e gás começará a ser implantado a partir de 2013 em cinco áreas-piloto: Rio Grande / RS, Itaboraí / RJ, Ipatinga / MG, Ipojuca / PE e Maragogipe / BA. Resultado de parceria entre Ministério do Desenvolvimento, Indústria e Comércio, Petrobras e Associação Brasileira de Desenvolvimento Industrial, os Arranjos Produtivos Locais - APLs, que prevêem a concentração de indústrias no entorno dos empreendimentos da Petrobras, busca inserir pequenas e médias empresas na cadeia produtiva. O projeto foi uma das iniciativas aprovadas durante o 9º Encontro Nacional do Programa de Mobilização da indústria Nacional de Petróleo e Gás Natural – Prominp.

Descoberta

Karoon Gas anuncia descoberta na Bacia de Santos A Karoon Gas Australia anunciou a primeira descoberta no Brasil, com a identificação de uma coluna de óleo de 42º API durante a perfuração do poço Kangaroo-1, no bloco S-M1101, na Bacia de Santos. A Karoon tem 65% de participação no bloco – os 35% restantes foram vendidos à Pacific Rubiales Energy.

Refino

Refinaria Manguinhos entra com pedido de recuperação judicial Diante do endividamento, da alta dos insumos e da política de preços da gasolina, somadas à desapropriação do terreno, a Refinaria de Manguinhos ingressou com pedido de recuperação judicial. Isso permitirá que todas as ações ou execuções contra a empresa sejam suspensas. O objetivo da refinaria é viabilizar o pagamento de seu passivo – a empresa irá apresentar aos credores um plano de equacionamento das dívidas.

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Petro & Química

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Produção

OGX declara comercialidade de terceiro bloco na Bacia do Parnaíba A OGX declarou a comercialidade do campo de Gavião Branco, localizado na área do bloco exploratório PN-T-68, na Bacia do Parnaíba. Esse é o terceiro campo declarado comercial – em abril de 2011 a OGX declarou a comercialidade dos campos de Gavião Azul e Gavião Real, que apresentou vazão de 10 mil m³ de gás por dia.

Tributação

Governador do RJ veta criação de nova taxa para setor de petróleo O governador do Rio de Janeiro, Sérgio Cabral (PMDB), vetou integralmente o Projeto de Lei 1.877/12 que criava a taxa de controle, monitoramento e fiscalização sobre a produção de petróleo e gás natural no estado – a ser paga pelas petroleiras. Na mensagem de veto, Cabral argumenta que o Projeto de Lei é inconstitucional porque prevê a criação de Delegacias Especializadas em Acidentes do Trabalho, uma atribuição exclusiva do Executivo.

Gás natural

Chemtech e Gas Energy firmam parceria A Chemtech e a Gas Energy firmaram parceria para desenvolver projetos de avaliação da monetização e de desenvolvimento de tecnologias voltadas para a indústria produtora de gás natural. Caberá à Gas Energy desenvolver estudos para mapear e hierarquizar as oportunidades de viabilidade econômica na produção ou armazenamento do gás natural. Já a Chemtech entrará com o fornecimento de soluções tecnológicas de ponta, executando os projetos de engenharia para os empreendimentos.

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Selos mecânicos

EagleBurgmann cresce mais de 30% em 2012 A EagleBurgmann do Brasil registrou um crescimento superior a 30% em 2012. A empresa, que pertence ao Grupo Freudenberg, de origem alemã, é especializada no desenvolvimento de soluções de vedação para equipamentos rotativos, com fornecimento de selos mecânicos e acessórios. O diretor geral da empresa no Brasil, Benito De Domenico Jr., atribui o resultado positivo ao fornecimento de produtos de alta tecnologia para indústrias estratégicas, como a de petróleo e gás e mineração, além de medidas, como a reestruturação de algumas unidades e centros de serviços e investimentos em treinamento da equipe, e a recuperação do mercado “end user” representado por clientes como Petrobras, Braskem, TAG, YPF, Codelco e CMPC.

Freudenberg adquire o Vector Technology Group O Grupo Freudenberg e a empresa de private equity HitecVision firmaram um contrato de compra de 100% das ações em circulação do Vector Technology Group, fornecedor de soluções de vedação com alta integridade para o setor de petróleo e gás, com instalações na Austrália, Brasil, Malásia, Noruega, Reino Unido e EUA.

Termelétricas

EPE admite necessidade de aumentar capacidade de geração O Plano Decenal de Energia 2022 deve prever o acréscimo de geração termica à matriz energética. Segundo o presidente da Empresa de Pesquisa Energética, Mauricio Tolmasquim, existe uma cautela em adicionar mais geração térmica ao sistema, para não onerar a tarifa. “O cenário ideal é que se descobrisse o gás não convencional no Brasil, porque a expansão térmica hoje é feita com GNL importado e fica caro”, avalia Tolmasquim.

Equipamentos 1

Oil States fará nova fábrica no RJ A Oil States irá investir US$ 70 milhões para erguer sua segunda fábrica no Brasil. Localizada em uma área de 126,6 mil m² no Distrito Industrial de Santa Cruz, no Rio de Janeiro, a unidade amplia a oferta de equipamentos para sistemas offshore, a partir de 2014.

Equipamentos 2

Parker coloca centro de serviços em operação A Parker Hannifin inaugurou o Oil & Gas Service Center, sua nova unidade avançada de negócios no município de Macaé / RJ. A unidade é uma estrutura completa de serviços concebida para atender empresas na região e que se dedicam tanto à fabricação de equipamentos quanto às atividades de reparo e manutenção. O centro abriga também um estoque específico de filtros para processo e os contêineres especiais Parker OnSite, que permitem a alocação de peças e serviços com praticidade e segurança dentro das plataformas marítimas da região.

Nova chance para a Bacia do Tucano Governo inclui áreas já ofertadas na 8ª Rodada, e 11ª Rodada terá 289 blocos

8ª Rodada, realizada em 2006: blocos voltam a ser ofertados este ano

A 11ª Rodada de Licitações da Agência Nacional do Petróleo trará parte dos blocos ofertados na 8ª Rodada – realizada em 2006, mas cancelada pela presidente Dilma Rousseff no início deste ano. Com isso, além dos 172 blocos já anunciados, a Rodada marcada para os dias 14 e 15 de maio passará a contar com mais 117 blocos – sendo 123 em terra e 166 no mar. Ao todo, serão ofertados 155,8 mil km².

As novas áreas estão localizadas em águas profundas da Bacia do Espírito Santo – seis blocos – na Bacia do Tucano Sul – 36 – e nas Bacias de Pernambuco-Paraíba – 10 – e da Foz do Amazonas – 65. O objetivo é descentralizar os investimentos em exploração no país. É na Foz do Amazonas que está localizado o bloco exploratório com o maior bônus mínimo da Rodada – o FZA-M261, com R$ 13,5 milhões. Segundo o secretário de Petróleo e Gás do Ministério de Minas e Energia, Marco Antônio Almeida, o governo espera arrecadar mais de R$ 1 bilhão com os bônus de assinatura na 11ª Rodada.

Pré-sal e gás não convencional

verno pretende realizar entre 11 e 12 de dezembro uma rodada com áreas com potencial de exploração de gás não convencional.

Para os dias 28 e 29 de novembro, está prevista a primeira rodada de licitação sob o regime de partilha de produção.

Martins informou que as áreas que serão oferecidas nesses bids ainda estão em estudo.

Na 8ª Rodada, a ANP ofereceu 47 blocos na Bacia do Tucano Sul, mas apenas 28 foram arrematados antes que a Rodada fosse suspensa por liminar. 12 blocos foram arrematados pela Petrobras, sendo oito em consórcio com as colombianas Ecopetrol e Hocol e com as brasileiras Queiroz Galvão, Cowan e Starfish, enquanto a canadense Rich Minerals arrematou quatro blocos, a Brownstone Venture dois e as brasileiras RAL, Severo Villares, W.Washington, Delp, Tarmar e Synergy arremataram um bloco cada. Os contratos com as empresas que venceram a licitação não chegaram a ser assinados.

De olho no aumento da oferta interna de gás, o Gono 348

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Ensaios ecotoxicológicos

Inova Petro

Em 2012 a Labtox registrou um aumento de 30% no número de ensaios realizados – foram 3445 ensaios ecotoxicológicos, utilizados para avaliar os efeitos de substâncias tóxicas sobre os organismos aquáticos.

Entre os clientes estão as petroleiras, indústrias químicas e empresas de engenharia que estão realizando dragagens nos portos.

Esses ensaios, uma exigência da atual legislação ambiental em processos de licenciamento, auxiliam a monitorar a toxicidade e os efeitos que os produtos químicos e fluidos de perfuração dos poços podem causar na fauna e flora marítimas.

31 projetos, de 20 empresas, foram habilitados pelo Inova Petro, programa que tem por objetivo fomentar projetos inovadores na cadeia de fornecedores vinculadas às atividades de exploração e produção offshore. Lançado pelo BNDES em conjunto com a Financiadora de Estudos e Projetos - Finep, o Programa Inova Petro recebeu 62 projetos de 38 empresas, no primeiro edital de chamada pública – totalizando R$ 2,8 bilhões pedidos de financiamento. Nesta segunda fase, os projetos selecionados deverão apresentar seus planos de negócios, detalhando o desenvolvimento das tecnologias.

Labtox registra crescimento de 30%

Prêmio Kurt Politzer

Oxiteno conquista prêmio pelo segundo ano

Edital aprova 31 projetos para segunda etapa

Prêmio Finep de Inovação

Braskem conquista Prêmio com o Plástico Verde

Divulgação Abiquim

Antônio Morschbacker recebeu o troféu da presidente Dilma Rousseff O diretor de Abastecimento da Petrobras, José Carlos Cosenza e o coordenador da Comissão de Tecnologia da Abiquim, Paulo Coutinho, entregam o Prêmio Kurt Politzer de Tecnologia aos profissionais da GM e Oxiteno.

O novo solvente para pintura automotiva desenvolvido pela Oxiteno em parceria com a General Motors para uso na diluição de tintas automotivas e na limpeza dos equipamentos de pintura venceu a edição 2012 do Prêmio Kurt Politzer de Tecnologia, concedido pela Associação Brasileira da Indústria Química. Contendo matérias-primas de fontes renováveis – cana-de-açúcar – ele proporciona alto poder de redução de formação de poluentes, menor toxicidade e alta eficiência na aplicação. É o segundo ano consecutivo que a Oxiteno vence o prêmio. O vencedor na categoria Pesquisador foi o Prof. Luiz Antonio D’Avila, da Escola de Química da URJ, pelo trabalho Desenvolvimento de Soluções Inovadoras e Aplicáveis em Campo para Monitoramento da Qualidade de Combustíveis e Lubrificantes.

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Petro & Química

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O polietileno produzido a partir de etanol rendeu mais uma premiação à Braskem – desta vez a empresa recebeu o Prêmio Finep na categoria Inovação Sustentável, tendo concorrido com 126 empresas. O Prêmio, organizado pela Financiadora de Estudos e Projetos - Finep, foi criado para reconhecer e divulgar esforços inovadores realizados por empresas, instituições científicas e tecnológicas, e inventores brasileiros, desenvolvidos no Brasil e já aplicados no País ou no exterior.

Reaproveitamento de água

Braskem e Cetrel inauguram Projeto Água Viva A Braskem colocou em operação o Projeto Água Viva, desenvolvido em parceria com a Cetrel para a reutilização de águas pluviais e efluentes tratados no Polo Industrial de Camaçari / BA. Na primeira fase, a meta é fornecer de 500 m³/h a 800m³/h de água para o Polo de Camaçari. Com o projeto, a demanda da Braskem por recursos hídricos será reduzida em, no mínimo, 4 bilhões de litros/ano.

Prêmio ANA 2012

Monitoramento das emissões

A Agência Nacional de Águas premiou o Projeto Aquapolo Ambiental com o Prêmio ANA 2012. A iniciativa, da parceria público-privada entre a Foz do Brasil e a Sabesp, entrou em operação no final do ano passado. O Aquapolo busca produzir até 1.000 litros por segundo de água industrial a partir do esgoto tratado do sistema ABC para dez indústrias do polo petroquímico de São Paulo. A água reciclada é aplicada em torres de resfriamento e reposição de água de caldeira para geração de energia.

O Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis – CTGasER, localizado em Natal / RN, começou a testar um sistema para monitoramento de concentrações do gás de efeito estufa - CO2 e outros contaminantes como NOx e SO2. O equipamento, denominado Differential Optical Absorption Spectroscopy - DOAS, será usado no monitoramento em tempo real da qualidade do ar no entorno de usinas termelétricas que utilizam diferentes tipos de combustíveis – gás natural, óleo combustível e diesel – para geração de energia elétrica. O DOAS foi desenvolvido na Suécia pela empresa Opsis e faz parte de um projeto financiado pela Petrobras para comparar métodos convencionais, cujos custos e tempo de resposta são altos, e com ganhos adicionais na interpretação e aquisição simultânea dos parâmetros de qualidade do ar.

Projeto Aquapolo vence prêmio

Condições de Trabalho

Prestadoras de serviços no Comperj assinam Compromisso 16 empresas que prestam serviços de engenharia na obra do Complexo Petroquímico do Rio de Janeiro assinaram o Compromisso Nacional para o Aperfeiçoamento das Condições de Trabalho na Indústria da Construção. Estão entre as principais iniciativas não haver mão de obra informal, contratação por meio do Sistema Nacional de Emprego para eliminar os intermediários e a representação sindical no local de trabalho em comissões bipartite. Há também diretrizes relativas à formação e qualificação profissional; saúde e segurança; condições de trabalho, e de relações com a comunidade.

As 16 empresas respondem por 80% dos 20 mil trabalhadores do Comperj.

Campo de Frade

Chevron e MPF acertam pagamento por vazamento A Chevron chegou a um acordo com o Ministério Público Federal do Rio de Janeiro, no valor de R$ 311 milhões estabelecido em um Termo de Ajustamento de Conduta - TAC pelos vazamentos de óleo ocorridos no Campo de Frade, na Bacia de Campos, em novembro de 2011 e março de 2012. Cerca de R$ 90 milhões serão usados exclusivamente na recuperação do ambiente marinho e deverá ser gerida pelo Fundo Brasileiro para a Biodiversidade - Funbio. O restante será aplicado em medidas de prevenção a futuros desastres ambientais, incluindo a manutenção permanente, nos locais de perfuração, de um navio especializado em retirada de óleo do mar.

CTGas-ER pesquisa tecnologia para monitorar termelétricas

Equipamentos

SKF instalará centro de inovação tecnológica no RJ A SKF vai instalar no Rio de Janeiro sua Soluction Factory. A empresa pretende solucionar questões específicas do segmento de petróleo e gás – entre as inovações pretendidas estão vedadores, mancais e rolamentos para altas profundidades e ambientes agressivos. Os valores de investimentos e local definitivo da instalação deverão ser anunciados até o fim do primeiro trimestre de 2013. A SKF já conta com uma base em Macaé / RJ, onde presta serviços para Petrobras.

Índice Carbono Eficiente

Braskem e OGX vão integrar nova carteira da BM&FBovespa A Braskem e a OGX Petróleo fazem parte da nova carteira teórica do Índice Carbono Eficiente - ICO2 da BM&FBovespa. Lançado em 2010, o ICO2 é composto pelas ações das companhias participantes do índice IBrX-50 que aceitaram adotar práticas transparentes com relação a suas emissões de gases efeito estufa. A nova carteira, que vai vigorar até 3 de maio, é constituída por 36 ações de 35 empresas.

Combustível carbono neutro

Reator da Man Diesel & Turbo produz Audi e-gas A montadora Audi irá produzir metano sintético Audi e-gas para alimentar a rede pública de gás natural da Alemanha a partir de junho. O principal componente dessa planta — que está em construção em parceria com a fabricante de equipamentos SolarFuel GmbH em Werltle — é um reator de metanação da Man Diesel & Turbo. A instalação foi construída por especialistas da Man em química e reatores físicos em Deggendorf. O Audi e-gas pode ser armazenado e transportado por meio de infraestrutura já disponível, pois é quase idêntico ao gás natural de origem fóssil, comparando quimicamente. no 348

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Produtos & Serviços

Medidor de vazão

Soldagem

O medidor de vazão compacto Microlink, da Flow Technology Inc – representada no Brasil pela FT Automação – possui grande capacidade de medição de temperatura, viscosidade e densidade.

Possui tempo de resposta menor de 20 ms e range de temperatura de -40ºC a 125ºC. Uma saída de fluxo linear (em massa ou volume) é fornecida através de uma saída de impulsos de utilizador configurável, bem como via comunicação digital CANbus. Até três fluidos de densidade / viscosidade perfis podem ser armazenados em MicroLink, que permite ao usuário alternar entre os fluidos.

A Henkel criou tecnologias para proteção da tocha de soldagem e para proteção de componentes soldados. A tecnologia de proteção para a tocha de soldagem Ceramishield, uma proteção cerâmica que forma uma camada protetora capaz de aumentar a vida útil do equipamento em quatro a cinco vezes, visa acabar com a adesão das partículas de metal produzidas durante o processo de soldagem na tocha e nas peças.

Para proteção as superfícies soldadas, o Bonderite 7300 ASW, à base de água e livre de silicone, apresenta alta eficiência na prevenção contra adesão de respingos de solda nas superfícies soldadas em processos MIG/MAG.

Analítica

O medidor de vazão submarina FloCalculator, da Solartron ISA, oferece uma solução integrada que elimina a necessidade de entrada manual de algoritmos complexos de vazão em um sistema de controle mestre. A calculadora é integrada ao medidor de vazão e mede a pressão diferencial, pressão e temperatura. A vazão de massa e as taxas de vazão volumétrica efetivas e padrão são apresentadas juntamente com os resultados das variáveis de processo comuns.

A americana FEI desenvolveu para a Kirk Petrophysics o sistema de análise Qemscan Wellsite, para fornecer uma análise local de testemunhos obtidos na perfuração de poços – poupando o tempo gasto com o transporte das amostras até o laboratório. Para proporcionar a análise mineralógica automatizada, o Qemscan Wellsite combina microscopia eletrônica de varredura e espectrometria de raios-X. O equipamento também fornece detalhes microscópicos texturais e análise de porosidade bidimensional.

Atuador A Biffi Itália lançou uma nova série de atuadores pneumáticos compactos para um quarto de volta. A nova linha TP é voltada especificamente para válvulas de esfera, borboletas, Macho (Plug) e “dampers” em serviço de modulação ou “on-off” em aplicações severas, onde as restrições de dimensão e peso limitam as opções do cliente.

O mecanismo de eixo helicoidal exclusivo transforma o movimento do pistão linear em atuação de um quarto de volta. Isso maximiza a eficiência e otimiza as dimensões gerais do equipamento, em comparação com os atuadores convencionais do tipo “scotch yoke”. A linha foi projetada para gerar torques de até 60.000 Nm para operação em faixas de temperatura de -60°C a 100°C. 70

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Medidor de vazão

Vedação A Simrit está apresentando ao mercado brasileiro uma nova linha de produtos para sistemas de transferência de líquidos – com maior destaque para os conjuntos para bombas pneumáticas de duplo diafragma. A empresa também oferece às bombas de duplo diafragma a possibilidade de aplicar elastômeros, plásticos, revestimentos, reforços e insertos específicos para cada peça. Estão disponíveis formulações desde NBR até FKM ou TPU, cobertas de PTFE ou TFM.

Tratamento de água A Veolia Water Brasil disponibiliza ao mercado brasileiro sua linha de produtos Hydrex, formulados para otimizar as aplicações de tratamento de água. A linha trabalha na prevenção da geração de incrustação, corrosão e deposição, além de diminuir o tempo de parada da máquina, garantindo a otimização da produção, prevenindo e reduzindo riscos ambientais e economia de energia. A linha Hydrex está disponível em aplicações para diferentes usos – desde tratamento químico para todos os tipos de caldeira e sistemas de resfriamento até osmose reversa (proteção da membrana de filtração) e tratamento e efluentes.

Produtos & Serviços

Soldagem

Controle de processos

A Esab traz para o mercado os novos conjuntos inversores para soldagem multiprocesso: Warrior 500i e Warrior 400i. Desenvolvidos para uma ampla gama de aplicações – construção naval e offshore, transporte, óleo e gás, energia, reparo e manutenção – as novas Warrior tem painel frontal intuitivo e seu display proporciona leitura em qualquer ambiente.

Além disso, controles simples permitem ajustes rápidos.

Os equipamentos possuem também classificação de proteção IP23 para maior proteção do soldador e do equipamento, possibilitando a utilização em ambientes severos.

Medidor Depois de introduzir no mercado medidores de vazão coriolis 2fios 4-20mA Hart com o Proline Promass 200, a Endress+Hauser está expandindo essa linha de produto para redes Profibus PA. Agora é possível que o próprio loop de uma rede Profibus PA seja capaz de alimentar o medidor Coriolis, sem a necessidade de uma alimentação externa e sem comprometimento a medição de vazão ou densidade. O Proline Promass 200 está disponível para os sensores Promass E e Promass F (DN8 a 50, 3/8” a 2“). Garante precisão de até 0,1% na medição de vazão mássica e volumétrica. O Promass 200 mede simultaneamente vazão mássica, vazão volumétrica, densidade e temperatura. Todos os dados do equipamento e configuração são automaticamente salvos em uma memória não volátil no módulo HistoROM – parte de um sistema inteligente de gerenciamento de dados, que está fixado no alojamento.

Centelhador O centelhador para juntas isolantes, modelo 480, da Obo Bettermann, agora possui também a certificação Inmetro para áreas classificadas Ex. O produto atendeu aos requisitos da NBR 60079-0:2008 e da NBR 60079-0:2009. O 480 é utilizado para fornecer isolação galvânica entre instalações elétricas, prevenindo a corrosão eletroquímica e fornecendo condução de corrente. Além disso, ele oferece uma ligação equipotencial, e foi projetado dentro de um invólucro à prova de explosão.

O software aspenONE V8, da Aspen Technology traz uma nova versão do Aspen Hysys, funcionalidade de modelagem de sólidos (adquirida do SolidSim) integrada no Aspen Plus, o novo Aspen PIMS Platinum, uma nova versão do Aspen Collaborative Demand Manager, e inovações em controle avançado, energia e análise econômica. O novo controle avançado automatiza tarefas que tradicionalmente demandavam profissionais de engenharia de controle. Por meio do recurso de avaliação energética, os engenheiros podem identificar formas de mudar os modelos para reduzir a energia, poupando tempo de design e custo operacional futuro. Ao empregar o recurso de avaliação econômica, os engenheiros podem utilizar a ciência para assegurar o melhor uso de capital. O simulador de processos Aspen Hysys redefine a usabilidade da simulação com uma interface reprojetada, workflow mais funcional e análise interativa, o que torna mais fácil e rápido gerar simulações de processos otimizadas.

Isolamento Os materiais BTU-Block, da família de isolamento microporoso produzida pela Morgan Thermal Ceramics, são projetados para uso como isolamento de back up para aplicações de alta temperatura em indústrias de metais não ferrosos, processamento de produtos químicos, geração de energia e proteção passiva contra incêndio. O isolamento BTU-Block fornece propriedades térmicas ultra-baixas em toda a gama de temperatura e quando utilizado como parte de um revestimento de isolamento, reduz o desperdício de energia, variabilidade de temperatura, espessura de isolamento e temperatura de face fria.

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Produtos & Serviços

Sopradores

Medidor de vazão

Os sopradores ZS+ VSD, da Atlas Copco, tecnologia sustentável, podem proporcionar até 30% de economia de energia quando comparados com o desempenho da tecnologia de lóbulo. Enquanto um soprador de parafuso consegue entregar 0,8 bar; 0,9 bar e até 1 bar sem alterar seu consumo de energia, o soprador de lóbulo precisa de mais esforço para atingir o mesmo resultado. A tecnologia de sopradores permite trabalhar com tanques mais profundos para tratamento de efluentes – estudo feito na Universidade do Tennesse / EUA indica que uma estação de tratamento de efluentes utiliza 71% da energia elétrica para acionamento de motores em geral, sendo que 65% dessa energia é usada nos sistemas de tratamento dos fluídos.

Trabalhar com tanques de profundidade maior também é uma forma de economizar muita energia: como o processo de tratamento de efluentes depende da qualidade de oxigenação da água, aumentar a profundidade do tanque faz com que as bolhas fiquem mais tempo dentro dele, pois têm que percorrer um trajeto maior até a superfície.

Medição de nível

A tecnologia de ultrassom por tempo de trânsito, utilizada pela GE para medição de vazão de gás de flare, apresenta características específicas para superar a complexidade de ter uma velocidade da vazão que varia bruscamente de baixíssimas até 120 m/s – o que exige uma rangeabilidade de medição na ordem de 400:1. A composição do gás medido também varia muito de acordo com as condições do processo, que vai desde gás puro H2 até misturas aleatórias de C1 a C6 e CO2. Seu princípio de funcionamento baseia-se na emissão de dois feixes de ultrassom, sendo que o feixe que trafega no sentido do fluxo da vazão trafega mais rápido do que o no sentido contrário - baseado nessa diferença de tempo, chega-se à medição de vazão através de cálculos realizados pelo próprio medidor.

Sensor de pressão

O novo controlador de nível por ultrassom Sitrans LUT400, fabricado pela Siemens e distribuído no Brasil pela Digitrol, alia alta precisão, design compacto, facilidade de uso e um avançado sistema de processamento digital de sinais. O Sitrans LUT400 é compatível com toda a família Echomax de transdutores ultrassônicos de nível. Isto garante uma ampla gama de aplicações industriais, abrangendo desde o simples monitoramento de nível em tanques pequenos ou grandes até a medição de vazão em canais abertos. O avançado algoritmo de processamento digital de sinais “Sonic Intelligence”, patenteado pela Siemens, assegura uma medição precisa, seja em faixas pequenas ou grandes de até 60 m.

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O sensor de pressão universal SPTW, da Festo, possibilita monitorar a pressão dos mais diversos fluídos gasosos e líquidos. Com nove escalas de medição de pressão – que vai desde vácuo até 100 bar – o SPTW substitui os sensores da linha SDET em termos de função, além de ser 13% mais barato que a linha anterior.

Rio Pipeline

2013

Conference & Exposition

September, 24-26

Rio Pipeline Conference & Exposition 2013 24 a 26 de setembro de 2013 • Rio de Janeiro

Clube de Ideias

02/13

Maximizando a produtividade e eficiência logística

Patrocínio Diamante

Apoio Institucional

Participação

Promoção e Realização

REGIONAL ASSOCIATION OF OIL, GAS AND BIOFUELS SECTOR COMPANIES IN LATIN AMERICA AND THE CARIBEEAN

INSCRIÇÕES ABERTAS!

www.riopipeline.com.br