25 “cortadas” e separadas para cada nível intermediário de utilidade, modificando

assim o seu formato original. Este procedimento se torna mais complexo a medida que novos níveis de utilidades são adicionados, tornando-o inadequado para este tipo de análise. Por esta dificuldade, é preferível utilizar a Grande Curva Composta para seleção e alocação de utilidades (LINNHOFF et al, 1982).

A Grande Curva Composta (GCC) é derivada das curvas compostas e representa a necessidade líquida de aquecimento ou resfriamento em cada patamar de temperatura após a máxima recuperação de calor entre as correntes de processo. Ou seja, ela representa a parcela da energia que não é utilizada nos mesmos níveis de temperatura e que é transferida para outros níveis, como mostrado no algoritmo tabular.

O procedimento de determinação da GCC está representado na figura 2.10. Para a sua construção, primeiramente é necessário, da mesma forma que é realizado no algoritmo tabular, deslocar as temperaturas de ∆Tmin/2, sendo este valor adicionado à curva fria e subtraído da curva quente. Esta medida assegura que a recuperação de calor entre as correntes de processo seja sempre viável, uma vez que estabelece que a diferença de temperatura entre as correntes quentes e frias seja no mínimo igual ao ∆Tmin. As curvas resultantes deste procedimento são denominadas de curvas compostas deslocadas e se tocam no

Pinch. Como a GCC representa o calor residual em cada nível de temperatura do

processo, o segundo passo para a sua determinação consta da representação da diferença entre as entalpias da curva fria e da curva quente ao longo do eixo da temperatura deslocada, ou seja, a representação das distâncias horizontais entre as curvas compostas deslocadas. O formato final da GCC está representado na figura 2.10 (c), nela visualiza-se facilmente o ponto de Pinch, que fica em destaque ao tocar o eixo de temperatura, dividindo o processo em dois, e as metas de energia do processo que são, naturalmente, iguais às obtidas pelas curvas compostas.

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FIGURA 2.10 – Grande Curva Composta

A GCC é uma importante ferramenta da Análise Pinch, pois ajuda na melhor alocação dos vários níveis de utilidades existentes em uma planta industrial, ao proporcionar a maximização do uso de utilidades mais baratas. A figura 2.11 representa bem a análise de alocação de utilidades que a GCC permite realizar. As curvas compostas apenas indicam a quantidade de energia necessária em um nível de temperatura que satisfaça todo o processo, porém a GCC permite uma análise do nível de temperatura necessário para cada trecho do processo, permitindo um uso mais racional das diferentes utilidades disponíveis. Esta análise é possível, pois na GCC já está sendo considerada a melhor integração possível entre as correntes de processo, ou seja, as correntes que normalmente necessitariam de utilidades mais caras são priorizadas na integração. Como a representação das utilidades também é realizada com as temperaturas deslocadas, sendo as utilidades quentes subtraídas de ∆Tmin/2 e as utilidades frias adicionadas de ∆Tmin/2, a diferença mínima de temperatura entre as correntes de processo e as utilidades estão asseguradas mesmo quando elas se encostam no gráfico.

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T

H

T

H

VAP – Vapor de Alta Pressão AGR – Água de Refrigeração VMP – Vapor de Média Pressão REF - Refrigeração VBP – Vapor de Baixa Pressão

FIGURA 2.11 – Alocação de Utilidades

Uma outra informação que a GCC evidencia são as recuperações de calor adicionais entre as correntes de processos que podem ocorrer pela existência de regiões com disponibilidade líquida de energia acima do Pinch e/ou necessidade líquida abaixo do Pinch, podendo assim serem utilizadas para troca dentro do próprio processo. Estas regiões são denominadas de bolsões e representam partes do processo onde não é necessário o uso de utilidades, pois o processo é energeticamente auto-suficiente.

2.4 – Outras Aplicações

Além das análises anteriormente mostradas, a Análise Pinch pode ser utilizada em outras aplicações, permitindo uma melhor configuração de um processo. Com a técnica Pinch, é possível realizar análises de melhor alocação no processo de máquinas térmicas, bombas de calor, colunas de destilação, evaporadores, fornos e qualquer outra operação unitária, que podem ser representadas em termos de fontes e receptores de calor.

Além destas análises tradicionais, a Análise Pinch evoluiu ao longo dos anos englobando outros aspectos. Dentre as novas áreas de aplicação da metodologia se destacam as seguintes ( LINNHOFF, 1993a):

• Otimização de queda de pressão; • Projeto para múltiplos casos base;

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• Perfis de coluna de destilação;

• Projeto de processos de baixa temperatura; • Integração de processos a batelada;

• Minimização de água e resíduos;

• Análise Energética Global - Integração Total Site; • Metas de emissões atmosféricas.

Dentre estas novas aplicações, a Análise Energética Global - Total Site é o tema deste trabalho e será detalhado no próximo capítulo.

2.5 – Limitações

Como foi visto, a Análise Pinch tradicional tem um enorme campo de atuação em processos industriais, e a aplicação de sua metodologia resulta em grandes benefícios através de uma sensível redução de seus custos energéticos. Porém, uma unidade industrial raramente é composta de um único processo, ao contrário, geralmente tem-se diversos processos diferentes que são interligados por um sistema único de utilidades. A aplicação da metodologia Pinch a cada processo individual traz ganhos energéticos, porém estes ganhos não são completamente materializados em todo o complexo (DAVISON, 1993).

Geralmente, para uma dada melhoria realizada em um processo, a redução do consumo de energia global (em todo o complexo) é tipicamente apenas 40% do potencial de redução indicado ao nível do processo. Este problema é causado pela interdependência dos processos e pelo neglicenciamento do sistema de utilidades. Com isso, melhorias realizadas em uma área podem ter um impacto negativo em outra, causando penalidades, principalmente na disponibilidade de co-geração do complexo.

Estas penalidades são resultantes de uma das principais falhas da melhoria energética clássica realizada pouco-a-pouco: os processos são tratados como discretos. Desta forma a infra-estrutura de utilidades é negligenciada, e mais importante, as interações entre os processos e a demanda por utilidade ficam de fora da análise.

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