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CAPÍTULO 4 AVALIAÇÃO ECONÔMICA PRELIMINAR

ENGENHARIA DE PROCESSOS Análise, Simulação e Otimização de Processos Químicos. CAPÍTULO 4 AVALIAÇÃO ECONÔMICA PRELIMINAR. 10 de julho de 2014. PROJETO. SÍNTESE  ANÁLISE. ANÁLISE. SÍNTESE. 2. 6. INTRODUÇÃO À. INTRODUÇÃO À. ANÁLISE DE PROCESSOS. SÍNTESE DE PROCESSOS. 8. 7. 3.

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CAPÍTULO 4 AVALIAÇÃO ECONÔMICA PRELIMINAR

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Presentation Transcript

  1. ENGENHARIA DE PROCESSOS Análise, Simulação e Otimização de Processos Químicos CAPÍTULO 4 AVALIAÇÃO ECONÔMICA PRELIMINAR 10 de julho de 2014

  2. PROJETO SÍNTESE  ANÁLISE

  3. ANÁLISE SÍNTESE 2 6 INTRODUÇÃO À INTRODUÇÃO À ANÁLISE DEPROCESSOS SÍNTESE DE PROCESSOS 8 7 3 4 5 SÍNTESE DE SÍNTESE DE SISTEMAS DE INTEGRAÇÃO ENERGÉTICA ESTRATÉGIAS AVALIAÇÃO SISTEMAS DE SEPARAÇÃO OTIMIZAÇÃO DE CÁLCULO ECONÔMICA

  4. SÍNTESEGeração de todos os fluxogramas possíveis ANÁLISEPrevisão e avaliação de cada fluxograma PROJETO: encontrar a melhor solução no meio do conjunto numeroso e desordenado das soluções viáveis.

  5. Otimizar cada fluxograma Determinando os valores ótimos das dimensões dos equipamentos e das vazões das correntes (otimização paramétrica)(Capítulo 5)

  6. Identificar o fluxograma ótimo

  7. UM DOS PROCEDIMENTOS MAIS UTILIZADOS ORGANIZAR AS ETAPAS NA FORMA DE UMA ÁRVORE DE ESTADOS (REPRESENTAÇÃO) E PERCORRE-LA SISTEMATICAMENTE

  8. Decomposição, Representação e Resolução do Problema de Projeto por Busca Orientada por Árvore de Estados ? P ? ? A,B P,C D,E P,F A+B P+C D+E P+F ?? ?? 4 A 1 P 2 D 3 P A P D P x x B C E F x x B C E F T D M D T A M E ? ? ? ? L L L L 6 8 10 7 x* x* x* x* x x o = 3 x o = 4 x o = 6 x o = 5 x x x Raiz Rota Química ? Fluxograma ? Dimensões ? Nível Tecnológico Seleção de uma Rota Fluxograma ? Dimensões ? Nível Estrutural Síntese de um Fluxograma Dimensões ? Lucro? Nível Paramétrico Análise do Fluxograma Dimensionamento dos Equipamentos e das Correntes. Lucro. Solução Ótima:Reagentes = D,E; Fluxograma = 3; x = 4

  9. UMA PEÇA-CHAVE NA ANÁLISE

  10. Resumoda Análise de Processos Correspondência dos Capítulos com os Módulos Computacionais 2 INTRODUÇÃO À ANÁLISE DE PROCESSOS 3 4 5 ESTRATÉGIAS AVALIAÇÃO OTIMIZAÇÃO DE CÁLCULO ECONÔMICA Variáveis Especificadas Parâmetros Econômicos ParâmetrosFísicos MODELOFÍSICO Dimensões Calculadas Lucro MODELOECONÔMICO OTIMIZAÇÃO Variáveis de Projeto 

  11. Simular Extrator Dimensionar Extrator Simular Evaporador Dimensionar Evaporador Dimensionar Condensador Simular Condensador Resolver Problema Dimensionar Resfriador Simular Resfriador Dimensionar Misturador Simular Misturador Dimensionar Processo Simular Processo Otimizar Processo Calcular Lucro

  12. ORGANIZAÇÃO DA DISCIPLINA ANÁLISE SÍNTESE 2 INTRODUÇÃO À ANÁLISE DE PROCESSOS 6 INTRODUÇÃO À SÍNTESE DE PROCESSOS 3 5 ESTRATÉGIAS OTIMIZAÇÃO DE CÁLCULO 8 7 SÍNTESE DE SÍNTESE DE SISTEMAS DE INTEGRAÇÃO ENERGÉTICA SISTEMAS DE SEPARAÇÃO 4 AVALIAÇÃO ECONÔMICA

  13. FINALIDADE DO CAPÍTULO Apresentar um procedimento aproximadopara a Avaliação Econômica de processos condizente com o estágio preliminar do projeto. (quando são examinadas muitas alternativas de fluxogramas).

  14. 4. AVALIAÇÃO ECONÔMICA DE PROCESSOS 4.2 Estimativas Econômicas 4.2.1 Estimativa de Custos 4.2.2 Estimativa de Investimento 4.3 Dados para a Estimativa de Custos e de Investimento 4.3.1 Rudd & Watson 4.3.2 Douglas 4.1 Introdução

  15. 4.1 INTRODUÇÃO Objetivo da Análise Avaliação do desempenho econômico de um processo.

  16. Um sistema pode exibir dois tipos de desempenhoRealPrevisto Desempenho Realo processo se encontra em operação Desempenho Físico Real: medições (instrumentação) e cálculos (modelos). Desempenho Econômico Real: contabilidade Desempenho Previstoo processo ainda se encontra em fase de projeto ou em fase de operação em novas condições. Desempenho Físico Previsto: modelos físicos Desempenho Econômico Previsto: modelos econômicos.

  17. Critério adotado nesta disciplina (Rudd & Watson: Strategy of Process Engineering) Happel: Venture Profit  Lucro do Empreendimento (LE) É o Lucro Relativo àquele proporcionado por um investimento “padrão” Sejam: L1: Lucro previsto para o processo, com: - retorno estimado j ($/ano) / ($ investido) - comrisco comercial. L0: Lucro proporcionado por um investimento “padrão” com: - retorno garantido i ($/a) / ($ investido) - sem risco comercial. Lucro do Empreendimento: LE = L1 - L0

  18. Lucro do Empreendimento LE = L1 - L0 LE > 0: empreendimento vantajoso LE = 0: empreendimento indiferente LE < 0: empreendimento desvantajoso

  19. Outros Critérios Uma vez escolhidos processos mais promissores visando a uma possível implantação • Valor presente líquido (VPL) • Taxa interna de retorno (TIR) • Tempo de retorno (payback period) EQE 486 PLANEJAMENTO E AVALIAÇÃO DE PROJETOS

  20. Fluxograma Ilustrativo do Lucro do Empreendimento Lucro doEmpreendimento Lucro do Empreendimento: LE = LB - (D + IR ) - RIR $/a Receita Lucro Líquido Lucro Líquido Lucro Líquido R $/a Após o I.R. antes do I.R. Após o Risco Lucro Bruto LA = LB - D $/a LD = LA - IR $/a LL = LD - CR $/a LB = R - Ctotal $/a Itotal $ Itotal $ Instalações h e e t i Físicas RIR Depreciação D = e Idireto $/a Imposto de Renda Custo Total Retorno garantidosobre o investimento IR = t (LB - D) $/a Ctotal $/a Compensação pelo Risco CR = h Itotal $/a RI = i Itotal $/a Retorno sobre o Investimento + Risco RIR = (i + h) Itotal = im Itotal $/a h, i: subjetivos

  21. Valores Típicos da Taxa de Retorno sobre o Investimento(Rudd & Watson) Provenientes do mercado

  22. Valores Típicos para a Taxa de Risco(Rudd & Watson) Definidos pelo Investidor

  23. 4. AVALIAÇÃO ECONÔMICA DE PROCESSOS 4.1 Introdução 4.2.1 Estimativa de Custos 4.2.2 Estimativa de Investimento 4.3 Dados para a Estimativa de Custos e de Investimento 4.3.1 Rudd & Watson 4.3.2 Douglas 4.2 Estimativas Econômicas

  24. 4.2 ESTIMATIVAS ECONÔMICAS Dois tipos extremos de estimativas de custos: Estimativa aproximada Utiliza correlações e fatores empíricos. Uso nos estágios preliminares do projeto (erros até 35%). Estimativa detalhada Baseada em desenhos e especificações detalhadas de equipamentos e tubulações . Inclui negociação com fabricantes de equipamentos.

  25. Objetivo do Capítulo (refinando...) Desenvolver umaexpressão simples para a estimativa aproximada em função de - Receita (R) - Custos de matérias primas (Cmatprim),e de utilidades (Cutil) - Custos de Investimento (I) Que são calculados facilmente a partir dos resultados do dimensionamento e da simulação LE = a R – b (Cmatprim + Cutil) - c I

  26. MISTURADOR RESFRIADOR CONDENSADOR W14 = 1.080 kg/hT*14 = 25 oC 14 W12 = 59.969 kg/hT*12 = 30 oC W12 = 228.101 kg/hT*12 = 30 oC 12 9 13 10 W13 = 36.345 kg/hT13 = 25 oC W10 =36.345 kg/hT*10 = 80 oC Ar = 361 m2 Ac = 119 m2 11 8 W11 = 59.969 kg/hT*11 = 15 oC W8 = 228.101 kg/hT*8 = 15 oC W5 = 36.345 kg/hT*5 = 80 oC 15 W15 = 37.425 kg/hT13 = 25 oC W3 = 37.544 kg/hx13 = 0,002 T3 = 25 oCf13 = 120 kg/hf23 = 37.424 kg/h 5 EXTRATOR BOMBA EVAPORADOR Ae = 124 m2 3 1 Vd = 11.859 l W6 =8.615 kg/hT*6 = 150 oC *= 0,0833 h Extrato W*1 = 100.000 kg/hx*11 = 0,002 T*1 = 25 oCf11 = 200 kg/hf31 = 99.800 kg/h r* = 0,60 7 6 W2 = 99.880 kg/hx12 = 0,0008 T2 = 25 oCf12 = 80 kg/hf32 = 99.800 kg/h W4 = 1.200 kg/hx*14 = 0,1 T4 = 80 oCf14 = 120 kg/hf24 = 1.080 kg/h W7 = 8.615 kg/hT*7 = 150 oC 2 4 Rafinado LE = a R – b (Cmatprim + Cutil) - c I

  27. PROCESSO ILUSTRATIVO W1 x11,x14 T1,T2,T5,T6,T7,T8,T10,T11,T14,  VARIÁVEIS ESPECIFICADAS W4,W6,W8,W11,W14 Vd,Ae,Ac,Ar MODELOFÍSICO AVALIAÇÃO ECONÔMICA INCÓGNITAS L r,T9,T12 OTIMIZAÇÃO VARIÁVEIS DE PROJETO 

  28. 4. AVALIAÇÃO ECONÔMICA DE PROCESSOS 4.1 Introdução 4.2 Estimativas Econômicas 4.2.2 Estimativa de Investimento 4.3 Dados para a Estimativa de Custos e de Investimento 4.3.1 Rudd & Watson 4.3.2 Douglas 4.2.1 Estimativa de Custos

  29. 4.2.1 ESTIMATIVA DOS CUSTOS Em azul, as variáveis que figuram na expressão final. LE = LB - D - IR – RIR $/a LB = R – CtotalD = e Idireto IR = t (LB - D) RIR = RI + CR = (i + h) Itotal = im Itotal LE = (1- t) (R – Ctotal – e Idireto) – im Itotal $/a O que são Ctotal ??? Idireto??? Itotal ???

  30. Na estimativa aproximada, diversos custos são, agilmente, correlacionados a outros, com base na experiência acumulada em avaliação econômica de processos. Em Peters & Timmerhaus, são apresentadas faixas de valores para diversas correlações. 09. PLANT DESIGN AND ECONOMICS FOR CHEMICAL ENGINEERS Timmerhaus,K.D. e Peters,M.S. - McGraw-Hill, 1980 (3a. Ed.). Segue-se um resumo com os valores médios das faixas apresentadas por Peters & Timmerhaus.Detalhes: Tabela 4.3 do Livro.

  31. Ctotal Ctotal= Cprod + Cgerais $/a Cprod = Cdiretos + Cfixos Cdiretos = (Cmatprim + Cutil) + Cmanut + Csupr + (Cmobra + Cadm + Clab) + CroyCdiretos = (Cmatprim + Cutil) + 0,046 Ifixo + 0,27Ctotal Cfixos = Cimpost + Csegur + Calug + Cjur Cfixos = 0,03 Ifixo Cprod = (Cmatprim + Cutil) + 0,076 Ifixo + 0,27 Ctotal Cgerais = 0,025 R Ctotal = (Cmatprim + Cutil) + 0,076 Ifixo + 0,27 Ctotal + 0,025 R $/a Ctotal = 1,37 (Cmatprim +Cutil) + 0,104Ifixo + 0,034 R $/a

  32. Retornando a LE LE = (1- t) (R – Ctotal – e Idireto) – im Itotal $/a Aplicando: e = 0,10 t = 0,5 im = 0,15 LE = 0,5 (R – Ctotal – 0,1 Idireto) – 0,15 Itotal $/a em que: Ctotal = 1,37 (Cmatprim + Cutil) + 0,104 Ifixo + 0,034 R LE = 0,5 (R – 1,37 (Cmatprim + Cutil) - 0,104 Ifixo - 0,034 R – 0,1 Idireto) – 0,15 Itotal $/a LE = 0,48 R - 0,68 (Cmatprim + Cutil) - 0,05 Ifixo – 0,05 Idireto- 0,15Itotal $/a O que são I fixo ????? I direto ??? I total ??????

  33. 4. AVALIAÇÃO ECONÔMICA DE PROCESSOS 4.1 Introdução 4.2 Estimativas Econômicas 4.2.1 Estimativa de Custos 4.3 Dados para a Estimativa de Custos e de Investimento 4.3.1 Rudd & Watson 4.3.2 Douglas 4.2.2 Estimativa de Investimento

  34. 4.2.2 ESTIMATIVA DO INVESTIMENTO ISBL: Equipamentos que participam diretamente do processamento Inside Battery Limits OSBL: Equipamentos e instalações periféricas matériaprima produto Outside Battery Limits

  35. 4.2.2 ESTIMATIVA DO INVESTIMENTO Itotal = Ifixo + Igiro + Ipartida $ Ifixo = Idireto + Iindireto Idireto = ISBL + OSBL ISBL:custo instalado dos equipamentos diretamente envolvidos na produção ("Inside Battery Limits") OSBL = 0,45 ISBL (custo de investimento "Outside Battery Limits") Idireto = 1,45 ISBL Iindireto = 0,25 Idireto Ifixo = 1,81 ISBL Igiro = 0,15 Itotal Ipartida = 0,10 Ifixo Itotal = 2,34 ISBL $

  36. Retornando... LE = 0,48 R - 0,68 (Cmatprim + Cutil) - 0,05 Ifixo – 0,05 Idireto- 0,15Itotal $/a Acrescentando... Ifixo = 1,81 ISBLIdireto =1,45 ISBL Itotal = 2,34 ISBL LE = 0,48 R - 0,68 (Cmatprim + Cutil) - 0,46 ISBL $/a

  37. LE = 0,48 R - 0,68 (Cmatprim + Cutil) - 0,46 ISBL $/a Os coeficientes não são universais.Eles dependem(a) dos custos pertinentes a cada projeto(b) das correlações utilizadas intermediariamente que variam com a experiência do avaliador e com a região em que se desenvolve o projeto. Aproximação prática para a discriminação de muitos fluxogramas alternativos gerados na Síntese, com um mesmo nível de erro: LE = 0,5 R - 0,7 (Cmatprim + Cutil) - 0,5 ISBL $/a Esticando... LE = 0,5 (R - Cmatprim - Cutil – ISBL) $/a Como se estima ISBL ???

  38. ISBL = fT fD fLIEi Q i: dimensão característica do equipamento i, calculada ou especificada (volume , área, pressão...). Qbi: valor-base da dimensão característica do equipamento i cujo custo de investimento IEbi é conhecido. Mi: fator de escala para o equipamento i, válido para uma faixa de valores de Qi IEi : preço de compra do equipamento i para a dimensão Qi. IEbi, Qbi, Mi: gráficos (Guthrie) e tabelas. São função de local e data.

  39. ExemploTrocador de Calor casco-e-tubo I = 1.350 (A / 50)0,48 $ (50 < A < 300 ft2)

  40. ISBL = fT fD fLIEi fT, fD, fL : fatores empíricos. fT: transforma o preço de compra na região em que foi levantado no preço de compra na região em que será construída a planta. (considera frete, armazenamento, alfândega, etc.) fD : transforma preço de compra levantado no ano A no preço de comprano ano em que está sendo executado o projeto. (utiliza Índices de Preços IC. Ex.: Ch.Eng. Cost Index) f D = IC a / IC b (a: ano da avaliação; b: ano da tabela)Exemplo: preço tabelado em 1960: 1.350 $ preço estimado em 2000: 1.350 x (IC2000 / IC1960) = 1.350 (394/102) = 5.215 $ fL (fator de Lang): transforma preço de compra em custo instalado. (inclui estrutura, pintura, instalação elétrica, instrumentação,...)

  41. 4. AVALIAÇÃO ECONÔMICA DE PROCESSOS 4.1 Introdução 4.2 Estimativas Econômicas 4.2.1 Estimativa de Custos 4.2.2 Estimativa de Investimento 4.3.1 Rudd & Watson 4.3.2 Douglas 4.3 Dados para a Estimativa de Custos e de Investimento

  42. 4.3 DADOS PARA A ESTIMATIVA DE CUSTOS DE INVESTIMENTO Correlações de Custo para Alguns Equipamentos Típicos(Rudd & Watson)

  43. ExemploTrocador de Calor casco-e-tubo I = 1.350 (A / 50)0,48 $ (50 < A < 300 ft2)

  44. Exemplo: Processo Ilustrativo

  45. MISTURADOR RESFRIADOR CONDENSADOR W14 = 1.080 kg/hT*14 = 25 oC 14 W12 = 59.969 kg/hT*12 = 30 oC W12 = 228.101 kg/hT*12 = 30 oC 12 9 13 10 W13 = 36.345 kg/hT13 = 25 oC W10 =36.345 kg/hT*10 = 80 oC Ar = 361 m2 Ac = 119 m2 11 8 W11 = 59.969 kg/hT*11 = 15 oC W8 = 228.101 kg/hT*8 = 15 oC W5 = 36.345 kg/hT*5 = 80 oC 15 W15 = 37.425 kg/hT13 = 25 oC W3 = 37.544 kg/hx13 = 0,002 T3 = 25 oCf13 = 120 kg/hf23 = 37.424 kg/h 5 EXTRATOR BOMBA EVAPORADOR 3 Ae = 124 m2 1 Vd = 11.859 l W6 =8.615 kg/hT*6 = 150 oC *= 0,0833 h Extrato W*1 = 100.000 kg/hx*11 = 0,002 T*1 = 25 oCf11 = 200 kg/hf31 = 99.800 kg/h r* = 0,60 7 6 W2 = 99.880 kg/hx12 = 0,0008 T2 = 25 oCf12 = 80 kg/hf32 = 99.800 kg/h W4 = 1.200 kg/hx*14 = 0,1 T4 = 80 oCf14 = 120 kg/hf24 = 1.080 kg/h W7 = 8.615 kg/hT*7 = 150 oC 2 4 Rafinado LE = aR - b(Cmatprim + Cutil) - c I

  46. PROCESSO ILUSTRATIVO R = pAB f14 Fop $/a Investimento:Ib = Ibb (20/Pbb) Mb $Id = Idb (Vd/Vdb) Md $Ie = Ieb (Ae/Aeb) Me $Ic = Icb (Ac/Acb) Mc $ Ir = Irb (Ar/Arb) Mr $ISBL = fT fD fL (Ib + Id + Ie + Ic + Ir) $ Custos:Cagua = pa (W8 + W11) $/hCvapor = pv W6 $/hCsolvente = ps W14 $/hCbomba = 0,15 $/hC = Fop (Cagua + Cvapor + Csolvente + Cbomba) $/a Expressão adaptada para o Processo IlustrativoLE = 0,7 R – 0,8 C – 0,4 ISBL $/a

  47. Relembrando: Happel: Venture Profit  Lucro do Empreendimento (LE) É o Lucro Relativo ao proporcionado por um investimento “padrão”: Sejam: L1: Lucro previsto para o processo, com: - retorno estimado j ($/ano) / ($ investido) - comrisco comercial. L0: Lucro proporcionado por um investimento com: - retorno garantido i ($/a) /($ investido) - sem risco comercial. Lucro do Empreendimento: LE = L1 - L0 O projeto é economicamente vantajoso se LE  0

  48. Fluxograma Ilustrativo do Lucro do Empreendimento Lucro doEmpreendimento Lucro do Empreendimento: LE = LB - (D + IR ) - RIR $/a Receita Lucro Líquido Lucro Líquido Lucro Líquido R $/a Após o I.R. antes do I.R. Após o Risco Lucro Bruto LA = LB - D $/a LD = LA - IR $/a LL = LD - CR $/a LB = R - Ctotal $/a Itotal $ Itotal $ Instalações h e e t i Físicas RIR Depreciação D = e Idireto $/a Imposto de Renda Custo Total Retorno garantidosobre o investimento IR = t (LB - D) $/a Ctotal $/a Compensação pelo Risco CR = h Itotal $/a RI = i Itotal $/a Retorno sobre o Investimento + Risco RIR = (i + h) Itotal = im Itotal $/a LE = LL – im Itotal = j Itotal – im Itotal j = im + LE / Itotal

  49. FIM

  50. LE = L1 (j, h >0) - L0 (i, h = 0) = LD (j, h > 0) – RIR [(i + h)] LE = j Itotal – (i + h) Itotal ( j = ?)LE = [j– (i + h)]Itotal j = (i + h) + LE / Itotal PROJETO LEANDRO OXITENO

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