1
Passos iniciais no AUTOCAD
Este tutorial contém os passos iniciais da criação de objetos no autocad.
1.1
Criando um arquivo
Para criar um arquivo no AUTOCAD, clique no canto esquerdo superior, clique em NEW. Em seguida, na seta ao lado do Comando OPEN, e clique em OPEN WITH NO TEMPLATE -METRIC. Estes passos estão indicados nas figuras a seguir.
Neste momento, faremos uso principalmente da aba Modeling, e frequentemente também das abas Visualize e Annotate. Note também que está ilustrada a linha de comando onde podemos digitar os comandos desejados.
Se o cubo de visualização na parte superior direita da tela preta do AUTOCAD não estiver aparecendo, digite na linha de comandos NAVVCUBE e depois ON, ou seja, estará ativando o cubo de navegação.
Agora vamos começar alguns exercícios, ilustrando o uso dos comandos (note que há opções que criam objetos 3D diretamente, mas neste momento queremos explorar o uso da linha de comando).
1.2
Criando e visualizando objetos
Será detalhada a criação e visualização de alguns objetos.
1.2.1 Criando um retângulo de 20 mm de comprimento por 10 mm de largura, com o primeiro vértice no ponto 0,0,0
Para criar um retângulo, podemos escolher dois caminhos, pelos botões do mouse ou pela linha de comando. Vamos descreve o uso das linhas de comando!!
Tabela 1.1 – Passos para inserir um retângulo em Autocad.
Passo O que aparece na linha de comando O que digitamos
1 Rectangle
2 Specify the first corner point or <Chamfer,…> 0,0,0 3 Specify the other corner point or <Area, Dimensions, Rotation> D
4 Specify the length for rectangles 20
5 Specify the width for rectangles 10
6 Specify the other corner point or <Area, Dimensions, Rotation>
Com o mouse, selecionamos o quadrante desejado e clicamos
na tela
Note que nós podemos responder diretamente o que a linha pede ou selecionar opções. Por exemplo, na Tabela 1.1, no Passo 2, a linha de comando que o AutoCad pedia para digitarmos era o Segundo Ponto do retângulo OU Área, Dimensões, Rotação. Note que, nesta opção, a primeira letra das opções fornecidas está em azul. É ela que deve ser digitada caso se deseje selecionar a opção. No caso
ilustrado, foi escolhido informar as dimensões do retângulo, digitando-se a letra D. Então, o AutoCad pediu que informássemos o comprimento e a largura do retângulo.
1.2.2 Criando o mesmo retângulo apresentado anteriormente, mas chanfrado
Chanfros são cortes nas pontas da peça. Vamos por exemplo, chanfrar nossa peça em 2 mm nas bordas. A única diferença é que antes de inserirmos o primeiro ponto, vamos dizer que nossa peça é chanfrada em uma dimensão de 2. Tais passos estão apresentados na Tabela 1.2.
Tabela 1.2 – Passos para inserir um retângulo chanfrado em Autocad.
Passo O que aparece na linha de comando O que digitamos
1 Rectangle
2 Specify the first corner point or <Chamfer,…> C
2a* Specify the first chamfer distance for rectangles 2
2b* Specify the first chamfer distance for rectangles 2
2c Specify the first corner point or <Chamfer,…> 0,0,0 3 Specify the other corner point or <Area, Dimensions, Rotation> D
4 Specify the length for rectangles 20
5 Specify the width for rectangles 10
6 Specify the other corner point or <Area, Dimensions, Rotation>
Com o mouse, selecionamos o quadrante desejado e clicamos
na tela * Em destaque os passos diferentes
Note que o resultado fica:
1.2.3 Criando o mesmo retângulo apresentado anteriormente, mas com as bordas arrendondadas
Para criar um retângulo com bordas arrendondadas, repetimos os mesmos passos que fizemos para criar chanfros, porém com a opção Fillet. Ou seja, logo após o comando Rectangle, o AutoCad fornece a opção Specify the first corner point or
<Chamfer,Elevation,Fillet…>; daí digitamos F. Basta então digitar o raio com que
queremos que a borda seja arrendondada.
1.2.4 Extrusando um retângulo, para formar uma peça 3D
Podemos extrusar um peça 2D, gerando uma peça 3D. Após criado o retângulo, basta digitar o comando Extrude. No caso que será ilustrado, vamos extrusar um retângulo com bordas arredondadas para gerar uma peça 3D, com altura de 7 mm. Ou seja, partimos de um retângulo criado nos passos anteriores na forma:
Vista superior Isométrico Retângulo de 20x10, com bordas arrendondadas de raio 2
Agora, vamos seguir os passos da Tabela 1.3 para extrusar o objeto. Tabela 1.3 – Passos para extrusar um objeto.
Passo O que aparece na linha de comando O que digitamos
1 Extrude
2 Select the object to extrude or [MOde] Com o mouse, selecionamos o objeto
3 EXTRUDE: Specify the height of extrusion of [Direction,…] 7
Note como o objeto fica:
Vista superior Isométrico Caixa de 20x10x7, com bordas arrendondadas de raio 2
1.2.5 Visualizando a peça em outros modos
Para melhor visualizar a peça, vamos à aba Visualize, e selecionamos um modo de exibição que permita a melhor visualização do objeto 3D, como por exemplo,
Shades of Gray. Na figura a seguir, mostram-se os passos, bem como o resultado da
Importante: embora seja melhor a visualização 3D neste formato, evitamos empregá-la enquanto estamos criando os objetos, porque este formato é também mais carregado e exige mais do computador. Empregamos o padrão Wireframe (o preto e
branco comum).
1.2.6 Inserindo diretamente objetos 3d
Até o momento, inserimos um retângulo e o extrusamos para gerar um objeto 3D. Podemos diretamente inserir objetos 3D no AutoCad. O comando cylinder, por exemplo, insere um cilindro, o comando box, insere uma caixa, e assim por diante. Vamos empregá-los no juntamente com os comandos UNION e SUBSTRACT, descritos a seguir.
1.2.7 Comandos UNION, SUBSTRACT, entre outros
O comando UNION permite unir objetos, enquanto o comando SUBSTRACT permite subtrair objetos. Vamos ilustrá-los para a montagem da seguinte peça.
Primeiro, consideramos que já temos uma caixa montada, conforme ilustrado a seguir (comprimento 20, largura 10, altura 7, raio das bordas 2).
Agora, vamos inserir 4 cilindros laterais, cujas posições são:
Cilindro 1 Centro 2.5,2.5,0 Raio 1.5 Altura 7 Cilindro 2 Centro 17.5,2.5,0 Raio 1.5 Altura 7 Cilindro 3 Centro 2.5,7.5,0 Raio 1.5 Altura 7 Cilindro 4 Centro 17.5,7.5,0 Raio 1.5 Altura 7
Para ilustrar, vamos inserir o passo a passo apenas do 4° cilindro, cujo centro é 17.5, 7.5,0 (note que o separador decimal é o ponto e não a vírgula).
Tabela 1.4 – Passos inserir o cilindro 4
Passo O que aparece na linha de comando O que digitamos
1 Cylinder
2 Specify center point of base or [3D…] 17.5,7.5,0
3 Specify base radius or [Diameter] 1.5
4 Specify height or [2Point….] 7
Observe que após inserirmos os 4 cilindros, o objeto 3D formado fica:
Vamos criar um quinto cilindro posicionado no centro do objeto. Este cilindro terá raio de 2mm e altura de 12mm. Para cria-lo, seguimos os passos da Tabela 1.5.
Tabela 1.5 – Passos inserir o cilindro 5 no meio do objeto
Passo O que aparece na linha de comando O que digitamos
1 Cylinder
2 Specify center point of base or [3D…] 10,5,0
3 Specify base radius or [Diameter] 2
4 Specify height or [2Point….] 12
Até o momento, todas as peças (caixa com bordas arrendondadas e os cilindros) são sólidos. Para que nós possamos montar a peça desejada, nós devemos
subtrair da caixa dos cilindros das bordas, e unir com a caixa os cilindros do meio.
Observe que isto pode ser feito com os comandos Substract e Union, respectivamente. É importante salvar o documento antes, para evitar problemas de erros que você cometa ao fazer isto!!!! Agora, siga os passos da Tabela 1.6.
Tabela 1.6 – Passos subtrair da caixa os cilindros laterais
Passo O que aparece na linha de comando O que digitamos
1 Substract
2 Select Objects Selecionamos a caixa e
pressionamos Enter
3 Select Objects Selecionamos os 4 cilindros
laterais e pressionamos enter
Na visualização WireFrame, parece que não aconteceu nada, mas se selecionamos a visualização Shades Of Gray, vemos que o que aconteceu.
Os quatro cilindros laterais agora são furos na pela formada pela caixa.
Embora o cilindro central e a caixa pareçam formar uma única peça, eles ainda são peças diferentes. Assim, precisamos uni-los. Para tanto, vamos empregar o comando UNION, como segue na Tabela 1.7.
Tabela 1.7 – Passos unir a caixa ao cilindro central
Passo O que aparece na linha de comando O que digitamos
1 Union
2 Select Objects Selecionamos a caixa e o cilindro
central e pressionamos Enter
Agora, temos uma única peça. Observem como fica na visualização WireFrame, observando as diferentes vistas.
Isométrico
Lateral Direita Lateral Esquerda
Superior
1.2.8 Visualizando cortes no objeto
Para visualizar cortes empregamos objeto, empregamos o comando SECTIONPLANE.
Tabela 1.8 – Passos unir a caixa ao cilindro central
Passo O que aparece na linha de comando O que digitamos
1 Sectionplane
2 Select face or any point to locate section line or [Draw section or
Orthographic] O
3 Align Section to [Front Back Top Bottom Left Right] L (escolhemos a left)
Observe que ele terá gerado o corte na peça.
1.2.9 Utilizando diretamente o mouse para selecionar o comando
Todos os comandos mencionados e muitos outros estão presentes na aba Modeling. Brinquem com isto para ver outros comandos!!!
1.3
Exercícios
Para as peças apresentadas por Granato, Santana e Claudino, representadas a seguir, crie os objetos em AutoCad.
2
Representação gráfica de processos químicos
(diagrama de blocos e PFD)
Uma das principais funções do desenho técnico para o engenheiro químico é a representação de fluxogramas dos processos químicos. Os processos químicos podem ser representados segundo:
• Diagrama de Blocos;
• Fluxograma de processos (PFD, do inglês, Process Flow Diagram);
• Fluxogramas de engenharia (P&I, do inglês, Piping and Instrumentation). Neste contexto, destacaremos o uso de diagrama de blocos e dos PFD’s simplficados.
2.1
Diagrama de blocos
No diagrama de blocos, diversas etapas/equipamentos podem ser agrupadas em um bloco único. Este tipo de diagrama é comumente empregado para simplificar a compreensão das etapas envolvidas. Como o nome sugere, os equipamentos podem ser representados por blocos, embora também possa se emprega uma representação pictórica dos equipamentos. O uso do diagrama de blocos é tipicamente empregado para (i) elaboração inicial das etapas envolvidas no desenvolvimento de processos ou (ii) representações simplificadas dos processos para fins didáticos das etapas envolvidas. Não há normas universalmente aceitas para este tipo de representação. Normalmente, este tipo de representação contém apenas os principais equipamentos dos processso, podendo ou não excluir etapas que visam apenas a modificação de temperatura e pressão.
Vejamos um exemplo:
Exemplo 2.1 -) Na produção de H2 a partir CH4 segundo o processo de reforma:
• em um primeiro reator ocorre predominantemente a reação ܥܪସ + ܪଶܱ ↔
ܥܱ + 3ܪଶ. Neste reator, a alimentação está a 400°C e a saída a 800°C, sendo que os tubos que contém o catalisador estão imersos em um forno para fornecimento de calor. A pressão de operação é 15 atm;
• em um segundo reator ocorre predominantemente a reação ܥܱ + ܪଶܱ ↔
ܥܱଶ+ 3ܪଶ, denominada reação de deslocamento gás-água (water-gas shift). É
geralmente feito em duas etapas. A alimentação encontra-se tipicamente a ≈450°C e a saída a 230°C. Não há modificação de pressão em relação à etapa anterior;
• A maior parte da água é removida por condensação;
• A remoção das espécies COx presentes ocorrerá em um processo de adsorção
em um sistema PSA. A alimentação do PSA deverá ter sua pressão modulada em relação à etapa anterior.
Represente em diagrama de blocos (a) empregando blocos para sua representação e omitindo etapas de modificação de temperatura e pressão e (b) empregando representações pictóricas dos equipamentos, incluindo as principais etapas de modificação de temperatura e pressão.
Solução:
(a) empregando blocos para sua representação e omitindo etapas de modificação de temperatura e pressão;
A representação fica:
(b) empregando representações pictóricas dos equipamentos, incluindo as principais etapas de modificação de temperatura e pressão (baseado em Towler e Sinnott [1]).
Reator de
reforma Reator shift PSA
CH4+H 2O H2 O+CO +H2+C O2 H2 O+CO +H2+C O2 H2 Condensação e vasos de separação G+L H2O CO+H 2 +CO2 CO+C O2 Reator de reforma (Forno) Reator(es) de shift Resfriador
Resfriador separaçãoVasos de
H2O CH4+H 2O H2 O+CO +H2+C O2 H2O+ CO +H2+C O2 CO+H 2 +CO2 Ajuste de T e P H2 CO+CO2 PSA
Exemplo 2.2 -) Na produção de tolueno a partir de benzeno, segundo a reação ܱܶܮ + ܪଶ ⇌ ܤܼ + ܥܪସ, as seguintes etapas ocorrem:
• Aquecimento da mistura primeiramente em um trocador, seguido de um forno, onde neste último também se eleva a pressão da corrente;
• Reação em um reator empacotado;
• Resfriamento da mistura efluente do reator, e envio à vasos de separação gás-líquido. Nestes vasos, H2 e CH4 saem como gases, sendo parcialmente (i)
eliminados do processo, (ii) recomprimdos e re-enviados ao reator e à alimentação. O líquido, tem sua temperatura ajustada e é enviado à uma coluna de destilação.
• Na coluna de destilação, BZ e TOL são separados. O tolueno não reagido é recirculado ao reator.
Represente em diagrama de blocos empregando blocos para sua representação e incluindo as principais etapas de modificação de temperatura e pressão;
2.2
Fluxogramas de Processos (PFD)
Também conhecido como PFD (Process Flow Diagram), cujas normas podem ser encontradas em resoluções de organizações de padronização, como as resoluções ISO 10628 ou ANSI Y32-11. Contudo, a maioria das empresas não seguem à risca as normas estabelecidas nestas resoluções [1], [2]. Diagramas de processo contêm tipicamente [3]:
• representações pictóricas (imagens representativas) dos equipamentos, quando possível, em escala;
• linhas do processo com as direções do fluxo; • bombas e compressores;
• principais válvulas e malhas de controle (sem representação da instrumentação);
• para cada corrente, deve conter informações sobre a vazão (em kg/h), a composição, a temperatura, a pressão e quando possível, a entalpia mássica;
• Resumo de utilidades empregadas; • Dados específicos de equipamentos.
Embora os diagramas de processo devessem conter dados sobre bombas, compressores e válvulas, muitas vezes permitem-se relaxação em relação à representação de tais itens, por vezes indicando-se apenas alguns destes itens. Novamente, para melhor representação, muitas das regras são relaxadas em relação às normas apresentadas.
Um exemplo de um fluxograma de processo é apresentado na Figura 2.1 no livro de Turton et al. [2], para a produção de benzeno a partir do tolueno (ilustrado anteriormente no diagrama de blocos no Exemplo 2.2).
Figura 2.1 – PFD para a produção de benzeno a partir de tolueno [2].
No fluxograma de processo, cada equipamento é identificado por uma combinação de letra(s) e número(s). A Tabela 2.1 apresenta a identificação usual de equipamentos no processo (observe que é frequente a identificação pela primeira letra do nome dos equipamentos em inglês).
Tabela 2.1 – Identificação de equipamentos LL-YZZ A/B [1]–[3].
Letras Nome (em inglês) Nome Letras
AC Resfriador a ar (air cooler) G Triturador (crusher, grinder) C Compressor/Soprador/Ventilador
(compressor/blower/fan) H
Aquecedor (heater) forno ou elétrico
CT Torre de resfriamento (cooling tower) J Ejetor, turbo-expansor (ejector, turbo-expander)
D Secador (dryer) K Cristalizador (crystallizer)
E Trocador (exchanger) M Motor (motor)
F* Filtro de liquid (filter) P Bomba (pump)
F* Sedimentador contínuo, espessador (thickener) R Reator (reactor)
FF Centrífuga (centrifuge) S Peneira (screen)
FE Evaporador (evaporator) T Torre ou coluna (tower)
FG* Filtro de gás (gas filter) TK Tanque de estocagem
(storage tank) FG* Separador eletrostático (electrostatic separator) V Vaso (vessel) FG* Precipitador de poeira ou gotículas (precipitator)
Representação no processo LL-YZZ A/B
LL – Letras que designam o equipamento (acima indicados) Y – o número que designa a área do processo
ZZ – o número do equipamento na área
A/B – indicam a presença de equipamentos idênticos em paralelo (não representados no PFD) * Observe que alguns nomes não designam um equipamento único, mas em alguns casos, equipamentos distintos com função semelhante são designados por uma mesma letra. Por exemplo, para a separação L+S, filtros ou espessadores podem ser empregados, sendo ambos designados pela letra F. Novamente, não há norma universalmente aceita na literatura.
Seguindo a formulação simples de Turton et al. [2], considere por exemplo, a produção de benzeno a partir de tolueno, sendo esta área do processo em uma planta petroquímica designada como área 100. Para a bomba P-101 A/B, que cada letra e número representam:
P-101 A/B - identifica o equipamento como uma bomba;
P-101 A/B - trata-se de um equipamento da área 100; P-101 A/B - trata-se da bomba 01 da área referida;
P-101 A/B - indica que há duas bombas em paralelo, para bombas, é típico
manter bombas em paralelo caso uma das bombas pare de funcionar, sendo que apenas uma bomba opera de cada vez.
2.2.1 Representações dos equipamentos
Não há uma norma universalmente aceita quanto à representação de todos os equipamentos. Por vezes, há diferenças em relação às literaturas técnicas consultadas. Serão adotadas aqui representações apresentadas no software Visio Professional, incluindo algumas formas apresentadas em literaturas clássicas da Engenharia Química [1], [3]. As representações pictóricas estão apresentadas na Figura 2.2.
TRANSFERÊNCIA DE FLUIDOS
TRANSFERÊNCIA DE SÓLIDOS
OPERAÇÕES COM SÓLIDOS (CONTENDO LÍQUIDOS)
E-2 E-3 E-4 E-5 E-6 E-8 E-11 E-12 E-15 E-17 E-19 E-20 E-21 Bombas selecionáveis Compressores selecionáveis Bomba centrífuga Equipamento de deslocamento positivo (bomba ou soprador)
Bomba rotativa
Ventiladores selecionáveis
Equipamento de reciprocação
(bomba ou compressor) Equipamento rotativo
(bomba ou compressor) Bomba dosadora Ventilador de fluxo axial Ventilador centrífugo E-25 Turbina acionada
por motor Turbina (geral)
Ejetor (equipamento para geração de vácuo)
PARA LÍQUIDOS (EXCLUSIVAMENTE)
PARA GASES (EXCLUSIVAMENTE)
VASOS E COLUNAS
TROCADORES DE CALOR
Figura 2.2 – Representação pictórica dos equipamentos.
Vejamos um exemplo de elaboração de um PFD simplificado (excetuando-se sistemas de controle).
Exemplo 2.3 -) Considere o Exemplo 2.2, que indica a produção de benzeno a partir de tolueno. Estude e interprete o fluxograma a seguir por Turton et al. [2]. Note que alguns equipamentos vão ser um pouco diferentes dos símbolos apresentados. No fluxograma, tenha em mente os autores fazem uso das seguintes considerações:
Assim estão ilustrados os números das correntes, por ex, ao lado está ilustrada a corrente 1.
Equipamentos são representados por letras e números: P (pump, bomba);
H (heater, aquecedor); R (reator); E(exchanger, trocador); V (vaso), C(compressor), T(torre ou coluna),
CW Representa cold water (água de resfriamento), utilidade empregada em trocadores para resfriar as correntes do processo
hps, mps e lps
Do inglês (high, medium e lower pressure steam), representado utilidades de aquecimento, vapor de alta, média pressão e baixa pressão,
respectivamente
Solução:
Parte-se do pressuposto que se tenha conhecimento das etapas apresentadas no Exemplo 2.2. O presente exemplo conterá maiores detalhes do que as etapas ilustradas no diagrama de blocos no Exemplo 2.2.
Vaso V-101 e Bomba P 101 A/B
Observe que tolueno é alimentado à um vaso (V-101). Este vaso tem a função de acumular tolueno que é enviado ao processo, como um tanque pulmão. Ele recebe a corrente de tolueno alimentada (1) e a corrente de tolueno que recircula vinda do destilador (11). Há ainda uma corrente de tolueno não numerada que alimenta o vaso, vindo da recirculação da bomba P-101 A/B.
A bomba é alimentada com a saída do vaso V-101, aumenta a pressão da corrente de tolueno, envia parte desta corrente para o processo (corrente 2) e recircula parte para
o vaso V-101 (corrente não numerada). Esta recirculação é tipicamente empregada para fins de melhor operação da bomba e/ou controle do processo.
Alimentação de H2 , mistura com a corrente de tolueno e aquecimento
A alimentação de H2 é feita segundo a
corrente (3); esta corrente se mistura à corrente (5), composta essencialmente por H2+CH4 recirculada do processo, também
chamada de gás combustível (fuel gas). A mistura das correntes (3) e (5) é então misturada à corrente (2) que contém tolueno.
Então, a corrente resultante, contendo tolueno+CH4+H2 é aquecida no trocador E-101,
onde se emprega vapor de alta pressão (hps) para aquecimento da mistura. A corrente resultante (4) é então destinada à um forno (H-101), onde terá sua temperatura e pressão aumentadas. Para tanto, por fora do forno, será queimado parte do gás combustível (H2+CH4) que recircula do processo empregando-se ar para combustão.
Reação e separação H2+CH4 de tolueno+benzeno
A corrente 6 é então alimentada à um reator adiabático. Ainda ao reator, parte da corrente contendo H2+CH4 é
recomprimida no compressor C-101A/B e alimentada ao reator (corrente 7). Lembre-se que H2 é um
reagente, e sua recirculação o reator interessante para o processo; o H2 não
é separado do metano, pois esta separação seria muito custosa.
No reator, benzeno e CH4 são produzidos, sendo a corrente efluente do reator a
corrente (9), que contém tolueno+H2+CH4+benzeno. Para separação, primeiramente, a
corrente (9) é resfriada no trocador E-102, que emprega água de resfriamento (CW) como utilidade fria. Com isto, a corrente (9) que é gás será parcialmente condensada,
sendo a fase líquida composta essencialmente de tolueno+benzeno e a fase gás composta essencialmente de H2+CH4. A corrente resultante é então enviada à vasos de
separação gás+líquido, em duas etapas para aumentar a eficiência de separação, os vasos V-102 e V-103. As correntes gasosas efluentes destes vasos, corrente (8) e (17) são misturadas, formando a corrente de H2+CH4 que será parcialmente recirculada ao
reator, ao início do processo e que seguirá como gás combustível para alimentação do forno, em etapas anteriormente descritas. A corrente de fundo dos vasos, corrente (18) conterá essencialmente tolueno e benzeno.
Separação da corrente de benzeno+tolueno
A corrente 18 contém essencialmente benzeno+tolueno, e pouca quantidade de H2+CH4
(lembre-se que as separações não apresentam 100% de eficiência). Tolueno e benzeno podem ser separados por destilação e, sendo benzeno mais volátil, este sairá predominantemente no topo da coluna.
Antes da entrada na coluna (torre T-101), a mistura recebe calor em um trocador (E-103), empregando-se vapor de baixa pressão (lps) como utilidade quente. A corrente resultante (10) é então alimentada ao reator
Na saída de topo da torre, a corrente (13) é composta de benzeno e as pequenas quantidades de H2+CH4 que não foram separadas nos vasos anteriores. A corrente 13 é
gasosa. Como é característico das colunas de destilação, esta corrente passará por um condensador (trocador E-104), que emprega água fria para promover a condensação parcial da corrente. Ainda como é típico de colunas de destilação, na sequencia, esta corrente é enviada á um vaso depurador (V-104, um vaso de separação gás+líquido, que também tem a função de acumular o efluente da coluna). O H2+CH4 não
condensados (corrente 19) serão misturados à corrente de H2 +CH4 proveniente de
etapas anteriores. A corrente líquida do vaso, composta essencialmente do produto de interesse benzeno, tem sua pressão aumentada, tornando-se a corrente 14, é
parcialmente recirculada à coluna (corrente 12), e parcialmente resfriada com água fria no trocador E-105 e armazenada.
Na saída de fundo da torre, a corrente (11) contém essencialmente tolueno, que é recirculado ao processo. Torres de destilação exigem o uso de um refervedor no fundo da coluna; no fluxograma apresentado, o refervedor é o trocador E-106, que emprega vapor de média pressão (mps) como utilidade quente. Tanto o refervedor no fundo quanto o condensador no topo são fundamentais para o funcionamento da coluna.
2.2.2 Indicação das variáveis do processo
Conforme comentado anteriormente, o PFD deve incluir dados de temperatura, pressão, fração de vapor, vazão, composição e entalpia mássica das correntes. Junto ao PFD, costuma ser montada uma tabela conforme ilustrado na Tabela 2.2
Tabela 2.2 – Tabela típica apresentada junto com o PFD.
Número da corrente 1 2 ... 19 Temperatura (°C) Pressão (atm) Fração de vapor Vazão mássica (kg/h) xC7H8 xH2 xC6H6 xCH4 Entalpia mássica (kJ/kg)
Por vezes, as condições de temperatura, pressão e vazão total são representadas diretamente no desenho do processo. Para tanto, considera-se, por exemplo, a seguinte simbologia [2], [3]:
Seguindo novamente Turton et al. [2], fica simples de visualizar como os dados de vazão mássica, temperatura e pressão podem ser lidos prontamente no PFD um pouco mais detalhado como segue:
Vazão molar
Vazão
Figura 2.3 – Fluxograma da produção de benzeno, com indicações de temperatura e pressão e vazão mássica das correntes [2].
2.2.3 Dados específicos de equipamentos
No fluxograma de processo, é ainda necessária a apresentação de dados específicos de equipamentos, conforme apresentados na Tabela 2.3.
Tabela 2.3 – Dados necessários com os equipamentos [2], [3].
Equipamento Dados necessários
Compressores Vazão real de entrada (kmol/h), temperatura, pressão, número de estágios, trabalho de eixo, motor, materiais de compressão
Bombas Vazão, variação de pressão, trabalho de eixo, motor, materiais de construção Trocadores
Tipo: G+G; G+L; L+L; Condensador ou Vaporizador
Processo: Calor, Área, Temperatura e pressão dos dois fluidos envolvidos Número de passes no casco e no tubo e materiais de construção Tanques e
vasos Altura, diâmetro, orientação, pressão, temperatura, materiais de construção Torres Número e tipo de pratos ou altura e tipo de preenchimento
Altura e diâmetro da torre, pressão, temperatura Materiais de construção
Turton et al. [2], completam o ótimo exemplo didático dos dados do sistema de produção de benzeno. Deixa-se como exercício observar a forma como os autores apresentam os dados dos equipamentos PFD.
2.3
Utilizando o software Microsoft Visio Professional para
elaboração de fluxogramas
Aqui será empregado o Microsoft Visio Professional 2010 (embora presentes em outras versões, os caminhos podem sofrer alterações). Para abrir um arquivo, basta, com duplos cliques, ir a Arquivo e selecionar a Categoria de Modelos de Engenharia. Na aba que abrir, selecione Diagrama de Fluxo e Processo, conforme ilustrado a seguir.
Você observará que na barra de ferramentas Formas, há uma série de equipamentos de Engenharia. Se esta barra não estiver aparecendo, para visualizá-la, clique na aba Exibição->Painel de Tarefas-> Formas.
Agora, para inserir formas, basta clicar sobre as formas e, com o mouse clicado, arrastar a forma para a área de desenho. Por exemplo, para inserir uma
bateria de dois ciclones, podemos inserir dois ciclones no desenho. Note também que você pode aumentar ou diminuir o zoom para melhor visualiza o desenho.
Para inserir as linhas do processo, pode-se escolher duas formas: (i) ou tubulações com numeração automática (começando pela letra P-número); (ii) ou a forma linha e depois incluir a seta!!
(i) Incluindo linhas como tubulações
NOTE QUE COM ISTO VOCÊ PODE ELABORAR DIVERSOS FLUXOGRAMAS DE PROCESSO.
Veremos agora como utilizar algumas ferramentas do Visio para personalização de formas!!!
2.3.1 Como personalizar formas do Visio
Nem todas as formas que precisamos estão apresentadas no Visio, sendo necessário elaborar formas personalizadas. As próprias linhas de tubulação geradas no Visio costumam ser pouco práticas, pois a numeração automática é gerada com P-número, em uma formatação que não desejamos.
Por exemplo, suponha que se deseja criar um cristalizador. Para tanto, vamos elaborar o seguinte formato:
Primeiramente, insira um Equipamento pronto do Visio qualquer (bomba, compressor, qualquer um, exceto tubulações) na área de trabalho. Isto tem a função de ativar a Categoria Equipamentos para o desenho considerado.
As formas personalizadas podem ser salvas nos arquivos de Estêncil. Para tanto, na barra de ferramentas Formas, clique Mais Formas -> Novo Estêncil (Métrico).
Precisamos inserir a forma criada (o cristalizador) no estêncil criado, e atribuir-lhe os dados desejados. Para incluir o cristalizador no Estêncil, basta clicar sobre a forma e, com o mouse clicado, arrastar para a área do Estêncil e soltar. O nome criado é Master.número. Para modificar o nome, com o botão direto do mouse, clique sobre a forma, e em seguida, clique em Editar Mestre-> Propriedades do Mestre. Atribua o nome de Cristalizador.
Trata-se de um equipamento, que por padrão do Visio, é numerado automaticamente como E-número.
Vamos apenas entender alguns conceitos básicos do Visio, conforme segue a explicação transcrita a seguir da Microsoft (www.microsoft.com)
Componente*: Um componente representa um objeto físico único no mundo real, como uma válvula ou uma tubulação. Em um diagrama de engenharia de processo, cada componente é representado por uma ou várias formas. Cada componente tem propriedades que definem dados do mundo real para o mesmo, como temperatura ou material.
Categoria*: Uma categoria define uma coleção de componentes, como válvulas, instrumentos ou tubulações. As categorias relacionam componentes e facilitam a execução de operações nesses componentes relacionados. A categoria controla uma hierarquia de componentes exibidos no Gerenciador de componente. Além das categorias padrão, você pode definir suas próprias categorias.
Propriedades e conjunto de propriedades*: Os dados para formas de engenharia de processo são armazenados como propriedades personalizadas. É possível editar propriedades personalizadas em formas existentes, adicionar novas propriedades ou excluir propriedades indesejadas. Para adicionar as mesmas propriedades personalizadas a várias formas de engenharia de processo, crie um conjunto de propriedades personalizadas. Um conjunto de propriedades contém um grupo de propriedades personalizadas. As formas de engenharia de processo incluem conjuntos padrão de propriedades que são usados para adicionar dados a componentes. Se os padrões de engenharia de processo pedirem um conjunto de dados diferente, será possível modificar os conjuntos de propriedades existentes ou criar novos conjuntos. Os conjuntos de propriedades personalizadas são armazenados com o diagrama de engenharia de processo em que são criados. Ao criar um conjunto de propriedades personalizadas em um diagrama, é possível usá-lo em outros diagramas de engenharia de processo. Para usar o conjunto de propriedades existente em um outro diagrama, crie um novo conjunto de propriedades personalizadas que seja baseado no conjunto de propriedades existente.
Marca e formato da forma*: Os componentes são identificados e controlados de acordo com suas marcas. Por padrão, as marcas são adicionadas aos componentes quando estes são arrastados para a página de desenho. Geralmente, a marca é exibida como texto no componente. Se você desejar usar um sistema específico para
marcas, será possível construir um novo formato de marca personalizado.
O formato de marca define as regras de indicação associadas a cada forma. Ele é composto de texto alfanumérico e de dados do componente e, muitas vezes, inclui as regras para numeração dos componentes. A marca padrão é nome da marca – [contador], que é o nome atribuído à marca, seguido de um contador com um formato de 1 dígito.
Fonte: http://office.microsoft.com/pt-br/visio-help/sobre-dados-para-componentes-em-p-ids-e-pfds-HP084850123.aspx
Neste documento, vamos manter os equipamentos criados dentro da Categoria Equipamentos. Vamos, no entanto, criar uma Marca de Forma para cada tipo de equipamento, para nomeá-los como Letra-Número, sendo a letra designada conforme a Tabela 2.1 (note que o default do Visio é ter uma única Marca de Forma, de forma que todos os equipamentos são designados com E-Número).
2.3.1.1 Criando uma Marca de Forma
Na aba Engenharia de Processos, clique em Editar Formato de Marca->Adicionar. Em nome, escreva Cristalizador.
O procedimento acima criou o Formato de Marca Cristalizador. No entanto, a forma do desenho no Estêncil ainda não está vinculada à este Formato de Marca. Para vincular, clique em Conversão de Forma.
Agora, ao inserir um desenho de cristalizador na área de desenho, a numeração é automaticamente criada, como K-Número. Para mudar a posição do texto, basta clicar na ferramenta Bloco de Texto.
Como comentado anteriormente, as linhas de processo geradas no Visio não são práticas. Para tanto, sugere-se como alternativa designar caixas que contém números automáticos para serem consideradas os números das linhas do processo, como segue.
Inserindo caixas para representarem as linhas de processo
Para tanto, basta fazer exatamente o que foi feito para os equipamentos anteriores, ou seja:
• Criar uma forma em caixa e adicioná-la ao Estêncil, dando-lhe o nome de “Caixa de Corrente”;
• Criar uma Forma de Marca, chamada Caixa de Corrente, e identificá-la como tag Número (diferente dos equipamentos que eram identificados por Letra-Número);
• Efetuar a conversão da forma.
Arraste a Caixa para o Estêncil, e dê-lhe o nome de Caixa Corrente.
O passo seguinte é atribuir Formato de Marca à Forma, com Conversão de Forma -> Escolher a Forma do Estêncil, e atribuir à categoria Pipeline e à marca de Forma Caixa Corrente.
As linhas propriamente ditas podem ser incluídas como tubulações, mas vamos omitir o texto inerente delas. Para tanto, basta informar que a cor do texto é branca (igual ao fundo).
Podemos ainda atribuir dados às formas criadas, como segue.
2.3.1.2 Atribuindo dados à forma
Veremos duas formas de atribuir dados à equipamentos: (i) inserindo dados no próprio Visio; (ii) inserindo dados em outra fonte, como Excel, e importando para o Visio.
2.3.1.2.1 Inserindo dados no próprio Visio
Primeiramente, insira um Equipamento pronto do Visio qualquer (bomba, compressor, qualquer um, exceto tubulações) na área de trabalho. Isto tem a função de ativar os dados já listados na Categoria Equipamentos para o desenho considerado.
Agora, é necessário atribuir ao Conjunto de Dados das Formas do Estêncil os dados que são típicos de Equipamentos. Para tanto, é preciso ativar a Janela de Dados da Forma, na aba Dados. Em seguida, sem selecionar qualquer desenho, na Janela de Dados Da Forma, clique com o botão direito do mouse, e em seguida em Conjunto de Dados da Forma.
Na Janela de Conjunto de Dados, deixe ativa a caixa de seleção Equipamentos, clique no botão de opção de Formas Selecionadas do Estêncil e clique em Aplicar.
Agora, todos os equipamentos associados à forma selecionada no Estêncil (cristalizador) terão à ela associados as propriedades default de equipamentos do Visio, ou seja:
• Descrição; • Material; • Fabricante; • Modelo.
Na Janela Conjunto de Dados da Forma, podemos também criar propriedades específicas para grupos de Equipamentos.
2.3.1.2.2 Inserindo dados pelo Excel
Para tanto, basta criar um arquivo de Excel com os tópicos das colunas. Daí, na aba Dados-> Vincular Dados à Forma-> Escolher o Arquivo de Excel -> Arraste as linhas para vincular à cada equipamento.
2.3.2 Renumeração automática do Visio
É possível reiniciar a numeração automática das formas do Visio, na aba Engenharia de Processos->Renumeração.
2.4
Exercícios
Exercício 2.1-) Para as formas apresentadas na Figura 2.2, crie um Estêncil no Visio, atribuindo os nomes listados na Tabela 2.1 como Formatos de Marca.
Exercício 2.2-) Considere a produção de acetato de vinila (VAM) a partir da reação de ácido acético com oxigênio e etileno, conforme descrito por Dimian e Bildea [4]. Neste processo, ocorrem reações indesejadas, como a oxidação do etileno e formação de compostos orgânicos pesados.
ܥଶܪସ+ ܥଶܪସܱଶ (ܣܣ) + 0,5ܱଶ ⇌ ܥସܪܱଶ(ܸܣܯ) + ܪଶܱ
ܥଶܪସ+ 3ܱଶ ⇌ 2ܥܱଶ+ 2ܪଶܱ (݅݊݀݁ݏ݆݁ܽ݀ܽ)
ܥଶܪସ+ ܥଶܪସܱଶ (ܣܣ) ⇌ ݎ݃â݊݅ܿݏ ݁ݏܽ݀ݏ (݅݊݀݁ݏ݆݁ܽ݀ܽ)
As principais etapas de reação/separação/reciclos estão ilustradas na figura a seguir.
Em uma primeira etapa, a corrente líquida de AA (puro), a corrente líquida de AA+H2O
(recirculada) e a corrente gasosa de O2+N2+Et+CO2, junto com o Etileno adicionado
puro são todas misturadas. A corrente então passa por um evaporador, e em seguida por um aquecedor. Nesta corrente, são adicionados O2+ N2, seguindo então para o
reator, onde ocorrem todas as reações. Haverá então 3 etapas de separação:
• Separação 1, consistindo essencialmente de colunas de absorção que empregam AA e H2O como solventes. Nesta etapa, os leves (N2+Et+CO2) são
separados dos líquidos mais pesados (VAM, H2O, AA, orgânicos pesados);
• Separação 2, consistindo da separação dos líquidos, em colunas de absorção, vasos de decantação e colunas de destilação;
• Separação 3, consistindo da purificação de CO2 do gás contendo etileno+N2+O2.
As correntes dos reagentes são recirculadas ao processo. Tenha em mente que as separações não são 100% eficientes, por isto, é frequente a necessidade de mais de uma etapa de separação.
Quanto às etapas de separação, baseando-se em Dimian e Bildea [4], tem-se que:
AA + Et+ N2 + VA M + H2O + C O2
Separação 1: primeiramente, emprega-se uma coluna de absorção, sendo AA o próprio solvente; a saída de fundo segue para o tratamento de líquidos; o saída de topo da coluna contém essencialmente os leves e
pequenas quantidades dos pesados
(AA+VAM+H2O);
por isto seguindo para uma segunda coluna de absorção, sendo água o solvente empregado. Nesta segunda coluna, a saída de topo contém N2+O2+CO2 e a saída de
fundo conterá H2O + VAM + AA que será recirculada à primeira coluna.
Separação 2: os líquidos contendo um pouco dos leves (pois a separação anterior não é 100% eficiente) seguem para uma coluna de destilação (1). O efluente de topo da coluna 1 passa por um condensador e, em seguida, por um decantador tri-fásico; a corrente de topo são gases leves, a fase orgânica se compõe de leves+VAM+pesados+H2O e a fase aquosa de VAM+pesados+H2O.
A fase orgânica segue para a Coluna de Destilação 2; o fundo desta coluna contém VAM + pesados + H2O e o topo da coluna contém leves+H2O+VAM. O fundo, com
VAM+pesados, segue para a coluna de destilação 5, onde obtém-se o VAM e os pesados. O topo da coluna de destilação 2 segue para um condensador, onde são separados os gases leves e VAM+H2O, que é recirculada à coluna 1.
P-17 AA + Et+ N2 + VA M + H2O + C O2 P-27 AA (sol vent e) H2O (sol vent e) Et+ N2+ CO2 + (pou co d e VA M +AA+ H2O ) VAM +AA+ H2O Et+ N2+ CO2+ VAM + AA + H2O+ leves + pesados C o lu n a d e d e st il a çã o 1 C o lu n a d e d e st il a çã o 2 C o lu n a d e d e st il a çã o 4 Co lu n a d e d e st il a çã o 5
A fase aquosa que sai do decantador tri-fásico passa ainda por uma coluna de destilação, onde a corrente de topo é recirculada à coluna 1 e a corrente de fundo contém água.
Separação 3: esta separação é feita em duas etapas: (i) absorção de CO2 em uma
solução de KOH; (ii), remoção do CO2 desta solução em uma segunda coluna de
esgotamento, sendo a solução de KOH recirculada à primeira coluna.
Para as informações dadas, crie um PFD (mais simplificado, sem bombas ou válvulas) do sistema.
Exercício 2.3-) Cada grupo da disciplina de Introdução à Engenharia Química deverá desenvolver um diagrama de blocos (sem representação pictórica dos equipamentos) e um PFD simplificado do processo estudado.
