ENGENHARIA DE PROCESSOS Anlise Simulao e Otimizao de

ENGENHARIA DE PROCESSOS Análise, Simulação e Otimização de Processos Químicos CAPÍTULO 4 AVALIAÇÃO ECONÔMICA PRELIMINAR 30 de março de 2017

ORGANIZAÇÃO DO TEXTO/DISCIPLINA 1 INTRODUÇÃO GERAL À ENGENHARIA DE PROCESSOS ANÁLISE DE PROCESSOS SÍNTESE DE PROCESSOS 6 2 INTRODUÇÃO À ANÁLISE DE PROCESSOS SÍNTESE DE PROCESSOS 3 4 ESTRATÉGIAS AVALIAÇÃO DE CÁLCULO ECONÔMICA 5 OTIMIZAÇÃO X SÍNTESE DE SISTEMAS DE REATORES 7 SÍNTESE DE SISTEMAS DE SEPARAÇÃO 8 Y SÍNTESE DE SISTEMAS DE INTEGRAÇÃO ENERGÉTICA MÁSSICA

SÍNTESE Geração de todos os fluxogramas possíveis ANÁLISE Previsão e avaliação de cada fluxograma PROJETO: para um a dada Rota Química, encontrar o melhor fluxograma no meio do conjunto numeroso e desordenado das fluxogramas viáveis.

Otimizar todos os fluxogramas Determinando os valores ótimos das dimensões dos equipamentos e das vazões das correntes (otimização paramétrica)(Capítulo 5)

Identificar o fluxograma ótimo

UM DOS PROCEDIMENTOS MAIS UTILIZADOS ORGANIZAR AS ETAPAS NA FORMA DE UMA ÁRVORE DE ESTADOS (REPRESENTAÇÃO) E PERCORRE-LA SISTEMATICAMENTE

Decomposição, Representação e Resolução do Problema de Projeto por Busca Orientada por Árvore de Estados Raiz ? A, B A+B P ? ? P, C P+C Rota Química ? Fluxograma ? Dimensões ? D, E D+E P+F ? ? A B 1 T x D P C 2 T x P C A 6 M x D D E M x x P F E ? 7 x* x o = 6 x Nível Estrutural Síntese de um Fluxograma Dimensões ? Lucro? Nível Paramétrico L 10 x* x o = 4 4 P F L 8 x 3 ? L x* x o = 3 D E ? L Seleção de uma Rota Fluxograma ? Dimensões ? ? ? A B ? Nível Tecnológico P, F x* x o = 5 Solução Ótima x Análise do Fluxograma Dimensionamento dos Equipamentos e das Correntes. Lucro.

Decomposição, Representação e Resolução do Problema de Projeto por Busca Orientada por Árvore de Estados Raiz ? Rota Química ? Fluxograma ? Dimensões ? P ? ? D, E D+E P+F ? ? D E 3 M x D P F ? P, F Nível Tecnológico Seleção de uma Rota Fluxograma ? Dimensões ? Nível Estrutural Síntese de um Fluxograma Dimensões ? Lucro? Nível Paramétrico L 10 x* x o = 6 x Solução Ótima Análise do Fluxograma Dimensionamento dos Equipamentos e das Correntes. Lucro.

UMA PEÇA-CHAVE NA ANÁLISE

2 INTRODUÇÃO À ANÁLISE DE PROCESSOS 3 ESTRATÉGIAS DE CÁLCULO 4 AVALIAÇÃO ECONÔMICA MODELO FÍSICO OTIMIZAÇÃO Variáveis Especificadas Parâmetros Físicos 5 Parâmetros Econômicos Dimensões Calculadas MODELO ECONÔMICO Variáveis de Projeto Lucro OTIMIZAÇÃO

Simular Extrator Dimensionar Extrator Simular Evaporador Dimensionar Condensador Simular Condensador Resolver Problema Dimensionar Resfriador Dimensionar Misturador Dimensionar Processo Calcular Lucro Simular Resfriador Simular Misturador Simular Processo Otimizar Processo

ORGANIZAÇÃO DO TEXTO/DISCIPLINA 1 INTRODUÇÃO GERAL À ENGENHARIA DE PROCESSOS ANÁLISE DE PROCESSOS SÍNTESE DE PROCESSOS 6 2 INTRODUÇÃO À ANÁLISE DE PROCESSOS SÍNTESE DE PROCESSOS 3 4 ESTRATÉGIAS AVALIAÇÃO DE CÁLCULO ECONÔMICA 5 OTIMIZAÇÃO X SÍNTESE DE SISTEMAS DE REATORES 7 SÍNTESE DE SISTEMAS DE SEPARAÇÃO 8 Y SÍNTESE DE SISTEMAS DE INTEGRAÇÃO ENERGÉTICA MÁSSICA

FINALIDADE DO CAPÍTULO Apresentar um procedimento aproximado para a Avaliação Econômica de processos condizente com o estágio preliminar do projeto. (quando são examinadas muitas alternativas de fluxogramas).

4. AVALIAÇÃO ECONÔMICA DE PROCESSOS 4. 1 Introdução 4. 2 Estimativas Econômicas 4. 2. 1 Estimativa de Custos 4. 2. 2 Estimativa de Investimento 4. 3 Dados para a Estimativa de Custos e de Investimento 4. 3. 1 Rudd & Watson 4. 3. 2 Douglas

4. 1 INTRODUÇÃO Objetivo da Análise Avaliação do desempenho econômico de um processo.

Um sistema pode exibir dois tipos de desempenho Real Previsto Desempenho Real quando o processo se encontra em operação Desempenho Físico Real: medições (instrumentação) e cálculos (modelos). Desempenho Econômico Real: contabilidade Desempenho Previsto quando o processo ainda se encontra em fase de projeto ou em fase de operação em novas condições. Desempenho Físico Previsto: usa modelos físicos Desempenho Econômico Previsto: usa modelos econômicos.

Critério adotado nesta disciplina (Rudd & Watson: Strategy of Process Engineering) Happel: Venture Profit Lucro do Empreendimento (LE) É o Lucro Relativo àquele proporcionado por um investimento “padrão” Sejam: L 1: Lucro previsto para o processo almejado, com: - retorno estimado j ($/ano) / ($ investido) - com risco comercial. L 0: Lucro proporcionado por um investimento “padrão” com: - retorno garantido i ($/a) / ($ investido) - sem risco comercial. Lucro do Empreendimento: LE = L 1 - L 0

Lucro do Empreendimento LE = L 1 - L 0 LE > 0: empreendimento vantajoso LE = 0: empreendimento indiferente LE < 0: empreendimento desvantajoso

Objetivo do Capítulo (refinando. . . ) Desenvolver uma expressão simples para a estimativa aproximada do Lucro do Empreendimento em função de - Receita (R) - Custos de matérias primas (Cmatprim), e de utilidades (Cutil) - Custos de Investimento (I) que são calculados facilmente a partir dos resultados do dimensionamento e da simulação LE = a R – b (Cmatprim + Cutil) - c ISBL

Outros Critérios Uma vez escolhidos processos mais promissores visando a uma possível implantação § Valor presente líquido (VPL) § Taxa interna de retorno (TIR) § Tempo de retorno (payback period) EQE 486 PLANEJAMENTO E AVALIAÇÃO DE PROJETOS Flávia Chaves Alves Fábio Oroski

Fluxograma Ilustrativo do Lucro do Empreendimento: LE = LB - (D + IR ) - RIR $/a Receita R $/a Lucro Bruto Lucro do Empreendimento RIR Lucro Líquido antes do I. R. LB = R - Ctotal $/a Itotal $ Instalações Físicas Lucro Líquido Após o I. R. LA = LB - D $/a e Lucro Líquido Após o Risco LD = LA - IR $/a LL = LD - CR $/a h t i Depreciação D = e Idireto $/a Imposto de Renda Custo Total Retorno garantido IR = t (LB - D) $/a sobre o investimento Compensação pelo Risco Ctotal $/a Retorno sobre o Investimento + Risco RIR = (i + h) Itotal = im Itotal $/a h, i: subjetivos CR = h Itotal $/a RI = i Itotal $/a

Valores Típicos da Taxa de Retorno sobre o Investimento (Rudd & Watson) Provenientes do mercado

Valores Típicos para a Taxa de Risco (Rudd & Watson) Definidos pelo Investidor

4. AVALIAÇÃO ECONÔMICA DE PROCESSOS 4. 1 Introdução 4. 2 Estimativas Econômicas 4. 2. 1 Estimativa de Custos 4. 2. 2 Estimativa de Investimento 4. 3 Dados para a Estimativa de Custos e de Investimento 4. 3. 1 Rudd & Watson 4. 3. 2 Douglas

4. 2 ESTIMATIVAS ECONÔMICAS Há dois tipos extremos de estimativas de custos: Estimativa aproximada Utiliza correlações e fatores empíricos. Uso nos estágios preliminares do projeto (erros até 35%). Estimativa detalhada Baseada em desenhos e especificações detalhadas de equipamentos e tubulações. Inclui negociação com fabricantes de equipamentos.

Repetindo. . . Objetivo do Capítulo Desenvolver uma expressão simples para a estimativa aproximada em função de - Receita (R) - Custos de matérias primas (Cmatprim), e de utilidades (Cutil) - Custos de Investimento (I) Que são calculados facilmente a partir dos resultados do dimensionamento e da simulação LE = a R – b (Cmatprim + Cutil) - c ISBL

MISTURADOR 14 RESFRIADOR W 14 = 1. 080 kg/h T*14 = 25 o. C CONDENSADOR W 12 = 59. 969 kg/h T*12 = 30 o. C 12 13 W 10 =36. 345 kg/h Ar = 361 m 2 T* = 80 o. C 10 Ac = 119 m 2 11 8 W 11 = 59. 969 kg/h T*11 = 15 o. C 15 W 15 = 37. 425 kg/h T 13 = 25 o. C W 8 = 228. 101 kg/h T*8 = 15 o. C W 5 = 36. 345 kg/h T*5 = 80 o. C W 3 = 37. 544 kg/h x 13 = 0, 002 EXTRATOR BOMBA 1 T*1 = 25 o. C f 11 = 200 kg/h f 31 = 99. 800 kg/h W 12 = 228. 101 kg/h T*12 = 30 o. C 10 W 13 = 36. 345 kg/h T 13 = 25 o. C W*1 = 100. 000 kg/h x*11 = 0, 002 9 5 T 3 = 25 o. C f 13 = 120 kg/h f 23 = 37. 424 kg/h 3 Vd = 11. 859 l *= 0, 0833 h r* = 0, 60 W 2 = 99. 880 kg/h x 12 = 0, 0008 2 T = 25 o. C 2 f 12 = 80 kg/h f 32 = 99. 800 kg/h Ae = 124 m 2 W 6 =8. 615 kg/h T*6 = 150 o. C Extrato 7 W 7 = 8. 615 kg/h T*7 = 150 o. C Rafinado LE = a R – b (Cmatprim + Cutil) - c ISBL EVAPORADOR 6 W 4 = 1. 200 kg/h x*14 = 0, 1 4 T 4 = 80 o. C f 14 = 120 kg/h f 24 = 1. 080 kg/h

PROCESSO ILUSTRATIVO Módulo Computacional W 1 x 11, x 14 T 1, T 2, T 5, T 6, T 7, T 8, T 10, T 11, T 14, VARIÁVEIS ESPECIFICADAS MODELO FÍSICO W 4, W 6, W 8, W 11, W 14 Vd, Ae, Ac, Ar r, T 9, T 12 VARIÁVEIS DE PROJETO INCÓGNITAS AVALIAÇÃO ECONÔMICA L OTIMIZAÇÃO

Segue a montagem da expressão LE = a R – b (Cmatprim + Cutil) - c ISBL com a explicação da origem dos coeficientes a, b, c que a tornam diferente da simples L = R – (Cmatprim + Cutil) - ISBL

4. AVALIAÇÃO ECONÔMICA DE PROCESSOS 4. 1 Introdução 4. 2 Estimativas Econômicas 4. 2. 1 Estimativa de Custos 4. 2. 2 Estimativa de Investimento 4. 3 Dados para a Estimativa de Custos e de Investimento 4. 3. 1 Rudd & Watson 4. 3. 2 Douglas

4. 2. 1 ESTIMATIVA DOS CUSTOS Em azul, as variáveis que figuram na expressão final. LE = LB - D - IR – RIR $/a LB = R – Ctotal D = e Idireto IR = t (LB - D) RIR = RI + CR = (i + h) Itotal = im Itotal LE = (1 - t) (R – Ctotal – e Idireto) – im Itotal $/a O que são Ctotal ? ? ? Idireto? ? ? Itotal ? ? ?

Na estimativa aproximada, diversos custos são, agilmente, correlacionados a outros, com base na experiência acumulada em avaliação econômica de processos. Em Peters & Timmerhaus, são apresentadas faixas de valores para diversas correlações. 09. PLANT DESIGN AND ECONOMICS FOR CHEMICAL ENGINEERS Timmerhaus, K. D. e Peters, M. S. - Mc. Graw-Hill, 1980 (3 a. Ed. ). Segue-se um resumo com os valores médios das faixas apresentadas por Peters & Timmerhaus. Detalhes: Tabela 4. 3 do Livro.

Ctotal = Cprod + Cgerais $/a Cprod = Cdiretos + Cfixos Cdiretos = (Cmatprim + Cutil) + Cmanut + Csupr + (Cmobra + C adm + Clab) + Croy Cdiretos = (Cmatprim + Cutil) + 0, 046 Ifixo + 0, 27 Ctotal Cfixos = Cimpost + Csegur + Calug + Cjur Cfixos = 0, 03 Ifixo Cprod = (Cmatprim + Cutil) + 0, 076 Ifixo + 0, 27 Ctotal Cgerais = 0, 025 R Ctotal = 1, 37 (Cmatprim + Cutil) + 0, 104 Ifixo + 0, 034 R $/a

Retornando a LE LE = (1 - t) (R – Ctotal – e Idireto) – im Itotal $/a Aplicando: e = 0, 10 t = 0, 5 im = 0, 15 LE = 0, 5 (R – Ctotal – 0, 1 Idireto) – 0, 15 Itotal $/a em que: Ctotal = 1, 37 (Cmatprim + Cutil) + 0, 104 Ifixo + 0, 034 R LE = 0, 5 (R – 1, 37 (Cmatprim + Cutil) - 0, 104 Ifixo - 0, 034 R – 0, 1 Idireto) – 0, 15 Itotal $/a LE = 0, 48 R - 0, 68 (Cmatprim + Cutil) - 0, 05 Ifixo – 0, 05 Idireto- 0, 15 Itotal $/a O que são I fixo ? ? ? I direto ? ? ? I total ? ? ?

4. AVALIAÇÃO ECONÔMICA DE PROCESSOS 4. 1 Introdução 4. 2 Estimativas Econômicas 4. 2. 1 Estimativa de Custos 4. 2. 2 Estimativa de Investimento 4. 3 Dados para a Estimativa de Custos e de Investimento 4. 3. 1 Rudd & Watson 4. 3. 2 Douglas

4. 2. 2 ESTIMATIVA DO INVESTIMENTO ISBL: Investimento nos equipamentos que participam diretamente do processamento matéria prima produto Inside Battery Limits OSBL: Investimento em equipamentos e instalações periféricas Outside Battery Limits

4. 2. 2 ESTIMATIVA DO INVESTIMENTO Itotal = Ifixo + Igiro + Ipartida $ Ifixo = Idireto + Iindireto Idireto = ISBL + OSBL = 0, 45 ISBL Idireto = 1, 45 ISBL Iindireto = 0, 25 Idireto Ifixo = 1, 81 ISBL Igiro = 0, 15 Itotal Ipartida = 0, 10 Ifixo Itotal = 2, 34 ISBL $

Retornando. . . LE = 0, 48 R - 0, 68 (Cmatprim + Cutil) - 0, 05 Ifixo – 0, 05 Idireto- 0, 15 Itotal $/a Acrescentando. . . Ifixo = 1, 81 ISBL Idireto = 1, 45 ISBL Itotal = 2, 34 ISBL LE = 0, 48 R - 0, 68 (Cmatprim + Cutil) - 0, 46 ISBL $/a

LE = 0, 48 R - 0, 68 (Cmatprim + Cutil) - 0, 46 ISBL $/a Os coeficientes não são universais. Eles dependem (a) dos custos pertinentes a cada projeto (b) das correlações utilizadas intermediariamente que variam com a experiência do avaliador e com a região em que se desenvolve o projeto. Aproximação prática para a discriminação de muitos fluxogramas alternativos gerados na Síntese, com um mesmo nível de erro: LE = 0, 5 R - 0, 7 (Cmatprim + Cutil) - 0, 5 ISBL $/a Esticando. . . LE = 0, 5 (R - Cmatprim - Cutil – ISBL) $/a Como se estima ISBL ? ? ?

ISBL = f. T f. D f. L IEi Q i: dimensão característica do equipamento i, calculada ou especificada (volume , área, pressão. . . ). IEi : preço de compra do equipamento i com a dimensão Qi. Ib i: preço de compra do equipamento i com a dimensão Qb i Mi : fator de escala para o equipamento i, válido para uma faixa de valores de Qi IEbi, Qbi, Mi: gráficos (Guthrie) e tabelas. São função de local e data.

Exemplo Trocador de Calor casco-e-tubo I = 1. 350 (A / 50)0, 48 $ (50 < A < 300 ft 2)

ISBL = f. T f. D f. L IEi f. T, f. D, f. L : são fatores empíricos conhecidos por especialistas. f. T: transforma o preço de compra na região em que foi levantado no preço de compra na região em que será construída a planta. (considera frete, armazenamento, alfândega, etc. ) f. D : transforma preço de compra levantado no ano A no preço de compra no ano em que está sendo executado o projeto. (utiliza Índices de Preços IC. Ex. : Ch. Eng. Cost Index) f D = IC a / IC b (a: ano da avaliação; b: ano da tabela) Exemplo: preço tabelado em 1960: 1. 350 $ preço estimado em 2000: 1. 350 x (IC 2000 / IC 1960) = 1. 350 (394/102) = 5. 215 $ f. L (fator de Lang): transforma preço de compra em custo instalado. (inclui estrutura, pintura, instalação elétrica, instrumentação, . . . )

4. AVALIAÇÃO ECONÔMICA DE PROCESSOS 4. 1 Introdução 4. 2 Estimativas Econômicas 4. 2. 1 Estimativa de Custos 4. 2. 2 Estimativa de Investimento 4. 3 Dados para a Estimativa de Custos e de Investimento 4. 3. 1 Rudd & Watson 4. 3. 2 Douglas

4. 3 DADOS PARA A ESTIMATIVA DE CUSTOS DE INVESTIMENTO Correlações de Custo para Alguns Equipamentos Típicos (Rudd & Watson)

Exemplo Trocador de Calor casco-e-tubo I = 1. 350 (A / 50)0, 48 $ (50 < A < 300 ft 2)

Exemplo: Processo Ilustrativo

MISTURADOR 14 RESFRIADOR W 14 = 1. 080 kg/h T*14 = 25 o. C 12 CONDENSADOR W 12 = 59. 969 kg/h T*12 = 30 o. C 13 W =36. 345 kg/h Ar = 361 m 2 T* 10 = 80 o. C 10 11 W 11 = 59. 969 kg/h T*11 = 15 o. C W 15 = 37. 425 kg/h T 13 = 25 o. C 15 EXTRATOR BOMBA Vd = 11. 859 l W* x* = 100. 000 kg/h 11 = 0, 002 1 T*1 = 25 o. C f 11 = 200 kg/h f 31 = 99. 800 kg/h W 12 = 228. 101 kg/h T*12 = 30 o. C 10 W 13 = 36. 345 kg/h T 13 = 25 o. C 1 9 *= 0, 0833 h r* = 0, 60 W 2 = 99. 880 kg/h x 12 = 0, 0008 2 T 2 = 25 o. C f 12 = 80 kg/h f 32 = 99. 800 kg/h Rafinado Ac = 119 m 2 8 W 8 = 228. 101 kg/h T*8 = 15 o. C W 5 = 36. 345 kg/h T*5 = 80 o. C W 3 = 37. 544 kg/h x 13 = 0, 002 5 T 3 = 25 o. C f 13 = 120 kg/h f 23 = 37. 424 kg/h 3 Ae = 124 m 2 Extrato 7 W 7 = 8. 615 kg/h T*7 = 150 o. C LE = a. R - b(Cmatprim + Cutil) - c ISBL 4 EVAPORADOR W 6 =8. 615 kg/h T*6 = 150 o. C 6 W 4 = 1. 200 kg/h x*14 = 0, 1 T 4 = 80 o. C f 14 = 120 kg/h f 24 = 1. 080 kg/h

PROCESSO ILUSTRATIVO R = p. AB f 14 Fop $/a Investimento: Ib = Ibb (20/Pbb) Mb $ Id = Idb (Vd/Vdb) Md $ Ie = Ieb (Ae/Aeb) Me $ Ic = Icb (Ac/Acb) Mc $ Ir = Irb (Ar/Arb) Mr $ ISBL = f. T f. D f. L (Ib + Id + Ie + Ic + Ir) $ Custos: Cagua = pa (W 8 + W 11) $/h Cvapor = pv W 6 $/h Csolvente = ps W 14 $/h Cbomba = 0, 15 $/h C = Fop (Cagua + Cvapor + Csolvente + Cbomba) $/a Expressão adaptada para o Processo Ilustrativo LE = 0, 7 R – 0, 8 C – 0, 4 ISBL $/a

Relembrando: Happel: Venture Profit Lucro do Empreendimento (LE) É o Lucro Relativo ao proporcionado por um investimento “padrão”: Sejam: L 1: Lucro previsto para o processo, com: - retorno estimado j ($/ano) / ($ investido) - com risco comercial. L 0: Lucro proporcionado por um investimento com: - retorno garantido i ($/a) /($ investido) - sem risco comercial. Lucro do Empreendimento: LE = L 1 - L 0 O projeto é economicamente vantajoso se LE 0

Fluxograma Ilustrativo do Lucro do Empreendimento LE = LL – im Itotal = j Itotal – im Itotal j = im + LE / Itotal Lucro do Empreendimento: LE = LB - (D + IR ) - RIR $/a Receita R $/a Lucro Bruto Lucro do Empreendimento RIR Lucro Líquido antes do I. R. LB = R - Ctotal $/a Itotal $ Instalações Físicas Lucro Líquido Após o I. R. LA = LB - D $/a e Lucro Líquido Após o Risco LD = LA - IR $/a LL = LD - CR $/a h t i Depreciação D = e Idireto $/a Custo Total Ctotal $/a Imposto de Renda Retorno garantido IR = t (LB - D) $/a sobre o investimento Compensação pelo Risco Retorno sobre o Investimento + Risco RIR = (i + h) Itotal = im Itotal $/a CR = h Itotal $/a RI = i Itotal $/a

FIM PROJETO LEANDRO OXITENO