Síntese otima para sistema de bombeamento de torres de resfriamento

Síntese ótima de sistemas de bombeamento para torres de resfriamento

Trabalho de conclusão de curso apresentado como exigência parcial para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Química, ao

Instituto de Ciências Ambientais, Químicas e

Farmacêuticas da Universidade Federal de

São Paulo – Campus Diadema.

Orientador: Prof. Dr. Ricardo Pontes

DIADEMA – São Paulo

2018

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AGRADECIMENTOS

A esta universidade e seu corpo docente, direção e administração que oportunizaram o trabalho que aqui concluo em um ambiente criativo e desafiador. Ao Prof. Dr. Ricardo Pontes pela orientação brilhante no âmbito acadêmico, além de me instigar a inovar, e compartilhar as dores e orgulhos da nova geração de engenheiros do Brasil.

À minha família que é hoje minha razão principal e motivação maior desta etapa. À minha mãe Rosana que não exitou em me apoiar (física e emocionalmente) na jornada universitária, à minha irmã Renata e meu irmão Carlos que possibilitaram meu estudo e me semeou dedicação dia a dia e ao meu avô Dorival que reafirmaria, hoje, a importância de continuar sempre estudando.

Aos meus colegas de universidade, que me acompanham desde o primeiro ano em ciclo básico, Matheus Cabulon, Eduardo Osti, Marcos Viola, Larissa Gabrielle, Murilo Pacheco, Gabriella Azevedo, Matheus Ivan, Lucas Adriel e tantos outros. E principalmente às colegas que a universidade, o ciência sem fronteiras e as dependências me deram a oportunidade de chamar de amigas Aline Ramos, Camille Giannotti, Lirian Bom, Natalia Tomé e Ana Pássaro.

A todos os membros e colegas do centro acadêmico CAUEQ, em especial Kalvin Leite, que me trouxeram o senso de pertencimento à universidade e meus parceiros da EPEQ jr que me agregaram paixão no dia a dia.

À minha grande amiga e engenheira química Luciana Rebelo, querido Victor Walczak e Giuliana Melito que dividiram momentos marcantes dentro da universidade e celebram hoje comigo esta conquista.

Aos meus colegas de trabalho da Whirlpool Patricia Matos, Aline Moro, Guilherme Orlandini, Daniel Lima, Marcio Meira, Sergio Rocco, Rafael Kercher, e principalmente Marcos Firmino e minha gestora Stephanie Pereira que se dispuseram a entender e se interessar por essa parte tão importante da minha vida de forma compreensiva e incentivadora e abrem as portas hoje para minha nova etapa com engenheira química.

Ainda, a todos os outros que contribuíram com o presente trabalho e fizeram parte da jornada universitária e não foram citados.

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RESUMO

O presente projeto se propõe a apresentar a síntese ótima do sistema de bombeamento de água de resfriamento. Nessa execução, serão apresentados valores para as variáveis do modelo que minimizem os custos de capital e de operação do sistema. Entre as variáveis mencionadas, serão avaliadas a quantidade e a capacidade ótimas de bombas de água de resfriamento em diferentes condições de processo durante operação em dez anos, buscando possível redução de custo e maior eficiência dos sistemas ao adotar a estratégia proposta nos diferentes cenários.

Palavras-Chave: Sistemas de bombeamento. Torres de resfriamento. Demanda energética. Otimização.

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ABSTRACT

The present work proposes to present the synthesis of cooling water pumping system. The amount and capacity of pumps will be determined for different process conditions during a one-year operation, seeking possible capital and operating cost reduction and higher efficiency of the systems by adopting proposed strategy in different scenarios.

Keywords: Pumping systems. Cooling towers. Energy demand. Optimization. 5

Sumário

OBJETIVOS 9 INTRODUÇÃO 9 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 11 METODOLOGIA 26 RESULTADOS E DISCUSSÕES 28 CONCLUSÃO 38 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 39 ANEXOS 41

A1 - Curvas características das bombas de estudo 41 A2 – Valores comerciais motores trifásicos Weg 44 A3 - Taxa de inflação no Brasil entre Janeiro e Outubro de 2018 45

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Lista de Figuras

Figura 1- Esquematização Abordagem Tradicional 11 Figura 2 - Esquematização Abordagem Iterativa 12 Figura 3 - Esquematização Abordagem Automatizada 12 Figura 4 - Simplificação do esquema de sistema de resfriamento 15 Figura 5 - Conjunto de curvas específicas de uma bomba centrífuga relacionando altura manométrica

com vazão 16 Figura 6 - Esquema de associação de bombas em série 17 Figura 7 - Demandas de vazão em função da porcentagem do tempo de funcionamento para uma bomba centrífuga específica 19 Figura 8 - Esquema de associação de bombas em série 20 Figura 9 - Curva da associação x curva do sistema de duas bombas iguais em série 21 Figura 10 - Esquema de associação de bombas em paralelo 22 Figura 11 - Curva da associação x curva do sistema de duas bombas iguais em paralelo 22 Figura 12 - Enquadramento dos subgrupos da estrutura tarifária do Grupo A 25 Figura 13 - Curva de eficiência versus vazão da associação de bombas 4x6 13 30 Figura 14 - Curva de eficiência versus vazão para cada sistema possível de bombeamento 31 Figura 15 - Divisão ao longo de 24h para horários de consumo de ponta e fora de ponta 34

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Lista de Tabelas

Tabela 1- Descrição critérios de seleção das bombas pelo PSS 29 Tabela 2 - Dados de potência e eficiência por conjunto de associação de bombas em diferentes vazões 29 Tabela 3 - Extrapolação orientativa preços de aquisição das bombas 33 Tabela 4 - Comparação entre CAPEX de conjuntos associados e não associado 34 Tabela 5 - Custos de tarifa azul anual para os conjuntos associados e para bomba única em diferentes vazões 35 Tabela 6 – Eficiência e Opex para os conjuntos associados e para bomba única em diferentes vazões 37

Tabela 7 – Custo total em valor presente no período para os conjuntos associados e para bomba única em diferentes vazões 38 Tabela 8 - Custo total médio em valor presente no período para os conjuntos associados e para bomba única em diferentes vazões

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