Process Heating Assessment and Survey Tool (PHAST)

A versão analisada do PHAST é a 3.0 de novembro de 2010. O programa está disponível no site do Advanced Manufacturing Office (AMO), em sua seção de software tools, o download é permitido mediante cadastro (https://save-energy-now.org/EM/tools/Pages/HomeTools.aspx). O único idioma disponível é o inglês, mas há pacote de unidades internacional.

O modelo foi desenvolvido para o Department of Energy (DOE) pelo Oak Ridge National Laboratory (ORNL) em cooperação com a Industrial Heating Equipment Association (IHEA). O desenvolvimento foi apoiado pela E3M, Inc. (E3M). Um subcomitê de membros de grandes indústrias (aço, alumínio, tratamento térmico, petroquímico, etc.) e fornecedores de equipamentos atuou como conselheiro para o desenvolvimento da ferramenta.

O software possui seis módulos principais: Calculators, Plant/Equipment Information, Furnace Analysis – Heat Balance, Reports, Import Plant Information, Export Plant Information. O PHAST sempre usa o termo furnace para se referir a todos os equipamentos comuns de aquecimento, tais como: fornos, aquecedores, fundidores, caldeiras. cremadores, secadores, etc.

A figura 4.29 apresenta esses módulos organizados na tela principal do programa, tela essa que é apresentada após a definição da tecnologia de aquecimento (elétrica ou a combustão) e do sistema de unidades (inglês ou internacional).

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Fonte: PHAST

Figura 4.29: Tela principal dos módulos do PHAST

4.4.2.1 Calculators

Há quatro ferramentas disponíveis no módulo:

1. Energy Equivalency: pode-se calcular a equivalência entre um processo que usa combustível com outro a eletricidade.

2. Efficiency Improvement: pode-se calcular o calor disponível da combustão para o processo (medida de eficiência), excesso de ar e economia de combustível entre duas configurações de um processo.

3. O2 Enrichment: pode-se calcular o calor disponível do processo de combustão para o processo

(medida de eficiência) e economia de combustível entre duas configurações de um processo, uma sem adição de O2 enriquecido e a outra com.

4. Flow Calculations Energy Use: pode-se calcular a vazão e energia consumida no fluxo de um gás por um orifício.

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4.4.2.2 Informações gerais sobre a instalação e forno (Plant/Equipment Information)

Esse módulo do programa possui três abas de alimentação de dados da planta e dos equipamentos presentes nos sistemas de Process Heating:

1. General Information: informações gerais sobre a instalação, produtos, segmento industrial, contato, unidade monetária (o Real brasileiro não está pré-definido, mas pode-se inserir e um dado necessário de entrada é a taxa para conversão para o Dólar americano);

2. Energy Sources: entra-se com os energéticos, seus poderes caloríficos e custos unitários. Esses energéticos incluem, além da eletricidade, a possibilidade de vapor adquirido.

3. Furnace Information: entra-se com as informações dos equipamentos de aquecimento do processo.

4.4.2.3 Análise do Forno (Furnace Analysis – Heat Balance)

Esse módulo apresenta uma série de detalhamentos sobre as perdas dos diversos equipamentos de aquecimento previamente cadastrados. A figura 4.30 apresenta a tela de cadastro das informações, sendo que a mesma possui nove abas para entrada de dados.

É nesse módulo do programa que são introduzidas as alterações no processo que visam os ganhos de racionalização do consumo de energia. Em cada uma das nove abas do módulo há uma coluna de informações das condições atuais do processo e outra do estado proposto pelo analista.

A seguir são apresentadas as nove seções desse módulo do software com as informações relativamente agregadas, devido o grande detalhamento das mesmas no programa:

1. Load/Charge Material: características do material processado (há uma lista disponível); 2. Fixtures, Trays, Baskets, etc. Losses: equipamentos auxiliares ao processo que são aquecidos; 3. Atmosphere Losses: gases (ar ou outra atmosfera do processo) que são aquecidos e perdidos; 4. Water Cooling Losses: água de resfriamento que é aquecida para controle de temperaturas;

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Fonte: PHSAT

Figura 4.30: Módulo de Furnace Analysis – Heat Balance, se;ao de material processado

5. Wall Losses: perdas pelas paredes do sistema de aquecimento;

6. Opening Losses: perdas por aberturas fixas (rachaduras, furos, etc.) e por aberturas variáveis (portas, janelas, etc.);

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8. Flue Gas Losses / Heating System Efficiency: entra-se com os parâmetros dos gases de exaustão (teores e temperaturas) para o cálculo do calor perdido por essa via, a mais significativa desse tipo de sistema;

9. Heat Storage: calcula o calor necessário para uma partida do sistema.

A partir das perdas modeladas neste módulo, tem-se a possibilidade de visualizar um Diagrama de Sankey do equipamento e suas perdas. A figura 4.31 apresenta um exemplo de um teste realizado no programa.

Fonte: PHAST, módulo, Furnace Analysis – Heat Balance, análise do Furnace Summary

Figura 4.31: Diagrama de Sankey gerado pela análise de um equipamento de aquecimento pelo PHAST

4.4.2.4 Reports

Há quarto relatórios disponíveis para serem gerados sobre os sistemas de process heating: 1. Plant Summary: dá uma visão global da instalação quanto energéticos e distribuição dos

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2. Furnace Analysis: fornece mapa de distribuição do consumo do calor, das perdas e eficiência do equipamento, sumário das modificações modeladas em Furnace Analysis – Heat Balance e Diagrama de Sankey.

3. Furnace Summary: apresenta um Diagrama de Sankey do equipamento com sumário das informações modeladas em Furnace Analysis – Heat Balance.

4. Input Data: Condensa toda a informação inserida no modelo, de todos os módulos e seções, em um relatório.

4.4.2.5 Import Plant Information e Export Plant Informantion

Instruções para exportar-se e importar-se informações entre diferentes instalações do PHAST. Nota: para exportar-se e importar-se informações entre diferentes VERSÕES do software, consultar o manual do programa.

4.4.2.6 Informações adicionais

O programa só funcionou no computador do autor deste trabalho após a alteração das configurações de região para o sistema operacional (Windows 7 – 64bit) para Inglês dos EUA. Esse mesmo problema foi encontrado no 3E Plus. No entanto, diferentemente do site do 3E Plus que possuía instrução de como proceder, caso tal problema acontecesse, no site o PHSAT não há informação qualquer sobre a possibilidade de ocorrer tal erro.

O PHAST está em fase de desenvolvimento de uma nova versão que solucionará alguns problemas relatados no site do mesmo na seção de Release Notes. Tais problemas estão apresentados na figura 4.32.

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Fonte: site do AMO para download do PHAST.

Figura 4.32: Nota que destaca alguns erros do modelo. Refrigeração e Resfriamento