Segundo Ono e Pereira (1990), bombas e manômetros constituem-se nos equipamentos mais importantes de qualquer sistema de pré-vácuo, sendo o estudo de suas características de importância fundamental no projeto e montagem de sistemas com bom desempenho. Com relação às especificações de bombas no projeto de sistemas de vácuo, Kaschny (2008), Manzini (2005), Ono e Pereira (1990) sugerem os seguintes parâmetros a serem considerados:
• Pressão de exaustão ou de saída dos gases: é o limite superior da faixa de pressões na qual a bomba irá operar, considerando-se o sistema fechado;
• Vácuo atingível ou máximo: é o limite inferior da faixa de pressões na qual a bomba irá operar, considerando-se o sistema fechado;
• Velocidade de bombeamento: • Consumo de energia;
• Consumo de água e seu tratamento preliminar e final; • Consumo de ar comprimido e seu pré e pós tratamento; • Ruído e vibrações;
• Condutância dos filtros de admissão e exaustão dos gases • Freqüência, facilidade e custo de manutenção.
Capítulo 4
Simulação de Sistemas de Pré-Vácuo
O presente capítulo fornece elementos conceituais sobre simulação e modelagem de processos considerando o modelo matemático dos equipamentos, as fontes de incerteza e a análise de sensibilidade. Aspectos básicos das principais ferramentas computacionais normalmente utilizadas na simulação de sistemas de pré-vácuo também foram comentados neste capítulo.
4.1. Introdução
A simulação, do latim simulatio, é uma representação do comportamento de um processo por meio de um modelo material cujos parâmetros e variáveis são as imagens daqueles do processo estudado ou projetado. De acordo com Valdman et al (2008), modelagem pode ser definida como a atividade de representação dos principais fenômenos que ocorrem no processo, por equações e correlações entre suas variáveis mais significativas, e que tenham um papel importante nos projetos de suas malhas de controle. Os mesmos autores citados anteriormente definem simulação como a atividade que estuda o comportamento desse modelo quando lhe são aplicadas condições e estímulos análogos aos que ocorreriam no processo real analisado. Taís condições e estímulos se traduzem na forma de variação de parâmetros, condições iniciais ou perturbações nas condições de operação e variáveis estudadas.
Muitos trabalhos e técnicas de simulação têm sido empregadas e, hoje em dia, simulações que representam situações reais estão sendo feitas tanto em meio acadêmico como industrial. Cekinski e Urenha (2007) apontam que a simulação do comportamento do sistema através de protótipos numéricos, antes de serem levados para testes experimentais, significa considerável economia de dinheiro e de tempo. Vários métodos matemáticos e ferramentas computacionais têm sido utilizados nos últimos anos para essa etapa de simulação dinâmica de processos, cujos limites esbarram, por um lado, na complexidade adotada em alguns modelos que não tenham ainda soluções analíticas confiáveis de suas equações e, por outro lado, na simplicidade adotada em alguns modelos que sejam suficientemente representativos das situações práticas que ocorrem na maioria dos casos. Perlingeiro (2005) destaca que a maioria dos procedimentos, especialmente para análise de processos, encontra- se implementada sob a forma de simuladores comerciais. Linguagens como C++,
Fortran, Visual Basic, MatLab e até planilhas eletrônicas, são úteis para realizar a simulação de processos. Valdman et al (2008) relaciona alguns dos métodos e ferramentas utilizados para simulação dinâmica de processos:
- Cálculo numérico nos métodos iterativos de solução de equações algébricas, citando como exemplos Newton, Secante, etc;
- Cálculo numérico na integração numérica de equações diferenciais, citando como exemplos Euler, Runge-Kutta, Simpson, Rosenbrock, etc;
- Linearização de equações não lineares e aplicação de variáveis de desvio; - Transformada de Laplace e conceitos de funções de transferência;
- Transformada de Fourier e conceitos de funções harmônicas; Transformada Z e sistemas amostrados;
- Programas-pacotes especiais para simulação dinâmica em computadores, citando como exemplos CSMP, MATLAB, HYSIS, AspenDynamics, entre outros;
- Simuladores especiais para dinâmica e controle de processos, citando como exemplos Autodynamics, SIMOP, APECS, MiMiC, PD-PLUS, VisSim, ProSim, Simul8, entre outros.
A previsão e a avaliação dos comportamentos físico, econômico e ambiental figuram entre os principais objetivos de uma simulação computacional de processo. A previsão do comportamento físico consiste em antecipar como um processo, que ainda não existe, deverá se comportar depois de montado e colocado em operação. É antecipada, também, a sua capacidade de operar satisfatoriamente em condições diversas. A previsão é realizada com o auxílio de modelos matemáticos. A avaliação consiste em verificar se o comportamento previsto atende às especificações do projeto.
A previsão do comportamento econômico consiste em antecipar a lucratividade do processo, utilizando como referência um determinado modelo econômico.
A avaliação consiste em verificar se a lucratividade prevista justifica a construção e a operação do processo ou a sua operação em condições diversas.
Santos (2006), desenvolveu uma metodologia para calcular os impactos ambientais e a pressão ambiental de determinados poluentes em um processo industrial, tendo como base a legislação ambiental e o nível de sustentabilidade de consumo de recursos naturais e energia.
Esta metodologia foi implementada no software SAAP – Sistema de Avaliação Ambiental de Processo – para calcular o índice de pressão ambiental (IPA) de um
processo industrial, através da seleção e cálculo de indicadores e índices ambientais, utilizando as técnicas de análise do ciclo de vida da série de normas ISO 14000. Estas normas definem categorias de impacto ambiental mundialmente adotadas, tais como aquecimento global, destruição da camada de ozônio, acidificação, eutrofização, toxicidade, entre outras. Os pesos de cada categoria de impacto ambiental variam de acordo com o valor da pressão ambiental relativa de cada índice ambiental. A partir destes resultados pode-se propor alternativas para diminuir os impactos e a pressão ambiental do processo analisado. O software SAAP foi desenvolvido em linguagem DELPHI, que utiliza compilador Pascal orientado a objeto, permitindo compatibilidade com ambiente Windows.