Análise e otimização de uma rede de condutas de ventilação da Bresfor

Abstract

O consumo de energia gerado por sistemas ineficientes é cada vez mais uma preocupação nos processos industriais de qualquer indústria. Sendo a Bresfor – Indústria do Formol S.A. uma empresa integrante da indústria química e consumidora intensiva de energia, tem a preocupação de tornar os seus processos de produção cada vez mais eficientes, quer energeticamente quer economicamente, permitindo à empresa não só cumprir com metas estabelecidas para a sua certificação energética como também ser competitiva no mercado onde opera. Tendo isto em mente, a equipa de engenharia da Bresfor tenta diariamente procurar possíveis melhorias nos seus processos produtivos. O processo de produção de formol ocorre da oxidação do metanol, pelo que é necessário introduzir oxigénio para a produção deste composto. Para este efeito é utilizado ar atmosférico, o qual é constituído por oxigénio, que é introduzido no processo com recurso a um sistema de ventilação. Este sistema de ventilação, em específico do sistema 1 da Fábrica de Formol 1, devido à idade e às geometrias que apresenta, levantou questões para a equipa de engenharia quanto à sua eficiência de operação, o que levou à origem da proposta do presente estágio. Neste trabalho foi efetuada uma modelação CAD e caracterização do sistema de ventilação, o qual por motivos de falta de informação sobre o mesmo, foi caracterizado com base em recolhas de dados experimentais, quer por dados recolhidos pelo sistema de controlo de produção quer por dados recolhidos a partir de medições experimentais realizadas localmente. Com esta caracterização foi possível analisar o comportamento deste sistema, percebendo qual a sua eficiência de operação e se existiria realmente a necessidade de melhoria a realizar sobre o mesmo. Desta análise concluiu-se que o sistema apresenta algumas ineficiências e que podem ser realizadas melhorias, tanto na linha de condutas como nos equipamentos de ventilação. Passou-se então para o desenvolvimento de dois projetos com propostas de melhoria, um primeiro onde a pedido da empresa apenas se altera a linha de condutas existente sem que haja alteração dos equipamentos de ventilação, e um segundo onde para além da alteração da linha de condutas se efetua a troca dos equipamentos de ventilação. Em ambos os projetos propostos elaborou- se uma análise do escoamento do fluido no interior das condutas de forma a estabelecer as geometrias que minimizam as perdas de carga e quais as consequentes necessidades de consumo associadas. Por fim, realizou-se uma análise económica e de sensibilidade a cada projeto de forma a perceber a viabilidade da implementação, sendo que a tomada de decisão por parte da empresa na implementação de um projeto de melhoria partiria para valores de payback até 5 anos.

The energy consumption generated by inefficient systems is increasingly a concern in the industrial processes of any industry. As Bresfor – Indústria do Formol S.A. is a company that is part of the chemical industry and an intensive consumer of energy, it is concerned with making its production processes increasingly efficient, both energy and economically, allowing the company not only to meet the goals set for its energy certification but also to be competitive in the market where it operates. With this in mind, Bresfor’s engineering team tries daily to look for possible improvements in its production processes. The process of producing formaldehyde occurs from the oxidation of methanol, so it is necessary to introduce oxygen for the production of this compound. Atmospheric air, which is made up of oxygen, is used for this purpose and is introduced into the process using a ventilation system. This ventilation system, more specifically the system 1 of the Formaldehyde Factory 1, due to its age and geometries, raised questions for the engineering team regarding its operating efficiency, which led the origin of the proposal to the present stage. In this work, a CAD modelation and a characterization of the ventilation system was carried out. Due to lack of information about it, was characterized based on experimental data collection, from data collected by the production control system or from experimental measurements carried out locally. With this characterization it was possible to analyze the behavior of this system, understanding its operating efficiency and if there was a need for improvement to be made about it. From this analysis, it was concluded that the system has some inefficiencies and improvements can be made, both in the duct line and in the ventilation equipment. It was then moved on to the development of two projects with proposals for improvement, a first where, at the request of the company, only the existing duct line is changed without changing the ventilation equipment, and a second where, in addition to changing the duct line, ventilation equipment is changed. In both projects, an analysis of the flow of the fluid inside the ducts was elaborated to establish the geometries that minimize pressure losses and the consequent associated consumption needs. Finally, an economic and sensitivity analysis was carried out for each project to understand the feasibility of the implementation, where the decision-making by the company in the implementation of an improvement project would start from payback values up to 5 years.