Você sabe a importância de dimensionamento de equipamentos?
Já parou para pensar nas consequências que um dimensionamento de equipamentos mal feito pode trazer para a sua organização? Listamos alguns tópicos para que você possa mensurar como isso pode impactar negativamente na sua realidade.
Como empresa gerida por estudantes de graduação, acreditamos que nossos consultores serão agentes de transformação do mercado e de organizações. Dessa forma, boas condições de trabalho, e um ambiente agradável são indiscutíveis para a EQ Júnior. Por esta razão, listamos a Segurança como primeiro motivo para sua organização ter equipamentos bem dimensionados.
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Cada processo produtivo possui condições de operações específicas. Citamos, como exemplos: reagentes, produtos intermediários, produtos finais, tempo de reação, temperatura e pressão em cada etapa da produção. Ou seja, equipamentos bem dimensionados atendem todas essas especificações, e garantem um ambiente de trabalho seguro, além de ser o mais confortável possível.
Infelizmente, pode-se citar acidentes envolvendo tubulações má dimensionadas. Isto é, o material utilizado pode não ser o ideal para escoar reagentes específicos e perigosos (corrosivos, por exemplo). Exemplificando, sob pressões e temperaturas altas, uma tubulação com espessura insuficiente pode não resistir às condições o fluido escoante e se romper.
Fonte: G1 (//g1.globo.com/espirito-santo/noticia/2015/08/vitimas-de-explosao-em-tubulacao-de-caldeira-sao-identificadas-no-es.html)
A respeito de ruptura de tubulação devido às condições de processo, como foi mencionado, faz referência ao segundo motivo destacado por nós. Explicitando a segunda razão para justificar um bom dimensionamento de equipamentos: Evitar custos de manutenção e operação desnecessários.
Se você já ouviu falar que "o barato às vezes sai caro", a EQ Júnior mostra que um mal dimensionamento sai muito caro. Como dito anteriormente, os seus equipamentos devem atender às especificações do processo produtivo. Mas, caso isso não ocorra, já pensou que o custo para manter o equipamento funcionando pode ser maior? Ou pior, será que seu equipamento não terá sua vida útil reduzida?
A fim de elucidar esse segundo motivo para ter um bom dimensionamento, separamos dois equipamentos muito comuns em empresas químicas: bombas e trocadores de calor.
Bombas são máquinas geratrizes que possuem a finalidade de deslocar líquidos ao transformar trabalho mecânico em trabalho hidráulico. Para um bom dimensionamento, estuda-se todas as regiões e suas condições energéticas em que o fluido bombeado passa. Por exemplo, tubulações, válvulas, equipamentos, velocidade de escoamento e diferença de altura do deslocamento do fluido. Tudo isso para que seja calculada a perda de carga do sistema. Isto é, a energia que o fluido em escoamento perde em todas essas regiões, devido à gravidade, caso seja deslocado para uma região mais alta. Além disso, devido ao atrito, com as paredes das tubulações. E também, à diferença de pressão, causada pelos acessórios e equipamentos. Por essa razão, o dimensionamento de bombas, comparado ao de outros equipamentos, deve ser realizado por último. Uma vez que é preciso ter conhecimento de todas as perdas de carga do sistema.
Figura 1 – Esquema simplificado de uma bomba centrífuga que bombeia fluido do reservatório A para o B
Você deve estar se perguntando como uma bomba mal dimensionada pode ser uma causa de maiores custos. Esclarecendo, a quantidade de energia que a bomba disponibiliza (disponível em catálogos de fornecedores) seja menor que a energia requerida pela sua instalação, ocorrerá o fenômeno de cavitação. Ou seja, fenômeno da cavitação ocorre quando a energia mecânica, em qualquer ponto da tubulação, atingir valores próximos ao necessário para parte do líquido se vaporizar. Desta forma, as pequenas bolhas formadas ao entrar em contato com partes metálicas, principalmente em movimento, colapsarão e causarão danos à bomba e/ou tubulações.
Para saber se sua bomba está cavitando, atente-se a esses indicativos: ruído, trepidação e desbalanceamento da máquina, queda de rendimento e queda na vazão fornecida pela bomba. Em outras palavras, a cavitação causa erosão dos materiais internos da bomba. Assim, pode destruir seus rotores, reduzindo consideravelmente sua vida útil, requerendo a troca desse equipamento bem antes do esperado.
O segundo equipamento que separamos para ilustrar um aumento de custo de operação devido ao seu mal dimensionamento é o trocador de calor. Tais equipamentos realizam a operação de troca térmica entre dois fluidos, possibilitando o aquecimento, resfriamento e/ou mudança de fase. Esses fluidos estão separados por uma parede, pela qual ocorre a troca de calor, sem os fluidos se misturarem.
Figura 2 – Esquema simplificado de trocador de calor
Assim, para um bom projeto de trocador de calor, é necessário se conhecer as condições físicas e químicas dos fluidos que passam por seu interior (qual fluido se resfria, e qual se aquece) e suas temperaturas de entrada e saída. Além disso, deve-se saber de que material o trocador deve ser feito, caso um dos fluidos possuam caráter corrosivo, por exemplo.
Com isso, utilizamos os dados para estabelecer as velocidades com que esses fluidos são escoados (quanto maior a velocidade, maior a turbulência no interior do trocador de calor, e mais intensa será a troca térmica). Assim, para garantir que saiam do trocador nas temperaturas especificadas, calcula-se a área necessária de troca de calor. À grosso modo, em outras palavras, a área de contato entre as paredes que separam o fluido quente do frio.
Caso o trocador de calor possua uma área de troca térmica superior à necessária, será preciso reduzir a velocidade com que os fluidos passam pelo trocador. Para isso, há adição de válvulas e acessórios,a fim de que aumente a perda de carga do sistema. Isto é, não aproveitando toda a energia que foi disponibilizada para o escoamento do fluido.
Analogamente, se o trocador de calor possui uma área de troca térmica menor que a necessária, o aumento da velocidade é requerido. Assim causando o aumento da turbulência interna dos fluidos, intensificando a troca térmica. Nesse caso, é necessário fornecer ainda mais energia ao fluido para ser escoado nas condições necessárias. Seja pela troca de uma bomba mais robusta, ou pela adição de uma segunda bomba em série.
Como último, mas não menos importante, motivo para se preocupar com um bom dimensionamento de equipamentos, a EQ Júnior elenca a boa qualidade do processo produtivo. Com a finalidade de atingir específicas conversões de reação em um reator, umidade de sólidos em um processo de secagem, ou grau de pureza em um processo de separação são reflexos de equipamentos bem dimensionados.
Exemplificando, uma coluna de destilação fracionada é responsável pela separação de duas substâncias a partir da diferença de temperatura de ebulição entre ambas. Para isso, é alimentada com a mistura que se deseja separar. Na primeira parte, há a saída de líquido rico na substância menos volátil (maior temperatura de ebulição). Enquanto na segunda há a saída de vapor, rico na substância mais volátil (menor temperatura de ebulição). Entre o topo e o fundo da coluna, há "pratos". Eles são responsáveis por realizar transferência de massa e energia. Assim, a temperatura do líquido de fundo é a maior da coluna, sendo diminuída em cada prato, até a temperatura do vapor de topo, a menor.
Uma coluna de destilação fracionada bem dimensionada possui pratos suficientes para que ocorra a separação esperada dos produtos. Isto é, pratos em excesso resultam em produtos finais mais puros que os esperados, fato que encarece muito o processo. Tanto por manutenção energética, quanto por preço de equipamento. De maneira análoga, pratos em escassez resultam na baixa qualidade do produto final, com menor grau de pureza.
Figura 3 – Simplificação de uma coluna de destilação fracionada
Concluindo, é indiscutível que o bom dimensionamento de equipamentos em processos industriais é um fator crucial. Considerando isso para se manter segurança e qualidade do processo produtivo. Além disso, é uma forma de evitar gastos de manutenção desnecessário e de operações adicionais. Ficou curioso(a) sobre o planejamento de um de seus equipamentos? Se preocupa com segurança e qualidade como os consultores da EQ Júnior e quer saber como podemos te ajudar? Entre em contato conosco!