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

SÍNTESE  ANÁLISE PROJETO

INTRODUÇÃO À SÍNTESE DE PROCESSOS 8 6 SÍNTESE DE SISTEMAS DE SEPARAÇÃO 7 SÍNTESE SÍNTESE DE SISTEMAS DE INTEGRAÇÃO ENERGÉTICA INTRODUÇÃO À ANÁLISE DE PROCESSOS 2 ESTRATÉGIAS DE CÁLCULO 3 OTIMIZAÇÃO AVALIAÇÃO ECONÔMICA 45 ANÁLISE

PROJETO: encontrar a melhor solução no meio do conjunto numeroso e desordenado das soluções viáveis. SÍNTESE Geração de todos os fluxogramas possíveis ANÁLISE Previsão e avaliação de cada fluxograma

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

Identificar o fluxograma ótimo

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

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 Raiz Rota Química ? Fluxograma ? Dimensões ? Decomposição, Representação e Resolução do Problema de Projeto por Busca Orientada por Árvore de Estados P ? ? D+E P+F D,EP,F ?? A+B P+C A,BP,C ?? 1PA BC x ? TD 2 PA BC x ? TA P3D EF x ? DM P F 4 D E x ? ME L x 6 x o = 3 x* 8 L x x o = 4 x* L 10 x x o = 6 x* L x 7 x o = 5 x*

UMA PEÇA-CHAVE NA ANÁLISE

MODELO ECONÔMICO AVALIAÇÃO ECONÔMICA 4 ESTRATÉGIAS DE CÁLCULO 3 INTRODUÇÃO À ANÁLISE DE PROCESSOS 2 OTIMIZAÇÃO 5    Resumo da Análise de Processos Correspondência dos Capítulos com os Módulos Computacionais OTIMIZAÇÃO Variáveis Especificadas Variáveis de Projeto Parâmetros Econômicos Parâmetros Físicos MODELO FÍSICO Dimensões Calculadas Lucro

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

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

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

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

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

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

Critério adotado nesta disciplina (Rudd & Watson: Strategy of Process Engineering) Happel: Venture Profit  Lucro do Empreendimento (LE) Lucro do Empreendimento: LE = L 1 - L 0 L 0 : Lucro proporcionado por um investimento “padrão” com: - retorno garantido i ($/a) / ($ investido) - sem risco comercial. L 1 : Lucro previsto para o processo, com: - retorno estimado j ($/ano) / ($ investido) - com risco comercial. É o Lucro Relativo àquele proporcionado por um investimento “padrão” Sejam:

LE > 0: empreendimento vantajoso LE = 0: empreendimento indiferente LE < 0: empreendimento desvantajoso Lucro do Empreendimento LE = L 1 - L 0

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

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

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

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

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

4.2 ESTIMATIVAS ECONÔMICAS 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. Dois tipos extremos de estimativas de custos:

Desenvolver uma expressão simples para a estimativa aproximada em função de LE = a R – b (C matprim + C util ) - c I Objetivo do Capítulo (refinando...) - 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

W 6 =8.615 kg/h T * 6 = 150 o C W 10 = kg/h T * 10 = 80 o C W 13 = kg/h T 13 = 25 o C W 11 = kg/h T * 11 = 15 o C W 8 = kg/h T * 8 = 15 o C W * 1 = kg/h x * 11 = 0,002 T * 1 = 25 o C f 11 = 200 kg/h f 31 = kg/h W 7 = kg/h T * 7 = 150 o C W 5 = kg/h T * 5 = 80 o C W 3 = kg/h x 13 = 0,002 T 3 = 25 o C f 13 = 120 kg/h f 23 = kg/h W 4 = kg/h x * 14 = 0,1 T 4 = 80 o C f 14 = 120 kg/h f 24 = kg/h W 12 = kg/h T * 12 = 30 o C W 12 = kg/h T * 12 = 30 o C W 14 = kg/h T * 14 = 25 o C W 2 = kg/h x 12 = 0,0008 T 2 = 25 o C f 12 = 80 kg/h f 32 = kg/h EXTRATOR Extrato Rafinado EVAPORADOR CONDENSADORRESFRIADORMISTURADOR BOMBA V d = l  * = 0,0833 h r * = 0,60 A e = 124 m 2 A c = 119 m 2 A r = 361 m 2 W 15 = kg/h T 13 = 25 o C LE = a R – b (Cmatprim + Cutil) - c I

PROCESSO ILUSTRATIVO INCÓGNITAS L AVALIAÇÃO ECONÔMICA V d,A e,A c,A r VARIÁVEIS DE PROJETO r,T 9,T 12 OTIMIZAÇÃO W 4,W 6,W 8,W 11,W 14 MODELO FÍSICO VARIÁVEIS ESPECIFICADAS W1W1 x 11,x 14 T 1,T 2,T 5,T 6,T 7,T 8,T 10,T 11,T 14,  

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

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

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

C total = (C matprim + C util ) + 0,076 I fixo + 0,27 C total + 0,025 R $/a C total = 1,37 (C matprim + C util ) + 0,104 I fixo + 0,034 R $/a C total = C prod + C gerais $/a C prod = C diretos + C fixos C diretos = (C matprim + C util ) + C manut + C supr + (C mobra + C adm + C lab ) + C roy C diretos = (C matprim + C util ) + 0,046 I fixo + 0,27C total C fixos = C impost + C segur + C alug + C jur C fixos = 0,03 I fixo C prod = (C matprim + C util ) + 0,076 I fixo + 0,27 C total C gerais = 0,025 R C total

LE = (1- t) (R – C total – e I direto ) – i m I total $/a C total = 1,37 (C matprim + C util ) + 0,104 I fixo + 0,034 R LE = 0,48 R - 0,68 (C matprim + C util ) - 0,05 I fixo – 0,05 I direto - 0,15 I total $/a O que são I fixo ????? I direto ??? I total ?????? Aplicando: e = 0,10 t = 0,5 i m = 0,15 LE = 0,5 (R – C total – 0,1 I direto ) – 0,15 I total $/a LE = 0,5 (R – 1,37 (C matprim + C util ) - 0,104 I fixo - 0,034 R – 0,1 I direto ) – 0,15 I total $/a Retornando a LE em que:

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

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

I total = I fixo + I giro + I partida $ ESTIMATIVA DO INVESTIMENTO OSBL = 0,45 ISBL (custo de investimento "Outside Battery Limits") ISBL: custo instalado dos equipamentos diretamente envolvidos na produção ("Inside Battery Limits") I direto = ISBL + OSBL I fixo = I direto + I indireto I total = 2,34 ISBL $ I giro = 0,15 I total I partida = 0,10 I fixo I fixo = 1,81 ISBL I indireto = 0,25 I direto I direto = 1,45 ISBL

LE = 0,48 R - 0,68 (C matprim + C util ) - 0,05 I fixo – 0,05 I direto - 0,15 I total $/a I fixo = 1,81 ISBL I direto = 1,45 ISBL I total = 2,34 ISBL LE = 0,48 R - 0,68 (C matprim + C util ) - 0,46 ISBL $/a Retornando... Acrescentando...

LE = 0,48 R - 0,68 (C matprim + C util ) - 0,46 ISBL $/a Como se estima ISBL ??? 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. LE = 0,5 R - 0,7 (C matprim + C util ) - 0,5 ISBL $/a Esticando... LE = 0,5 (R - C matprim - C util – ISBL) $/a Aproximação prática para a discriminação de muitos fluxogramas alternativos gerados na Síntese, com um mesmo nível de erro:

Q i : dimensão característica do equipamento i, calculada ou especificada (volume, área, pressão...). Q b i : valor-base da dimensão característica do equipamento i cujo custo de investimento I Ebi é conhecido. M i : fator de escala para o equipamento i, válido para uma faixa de valores de Q i I Ei : preço de compra do equipamento i para a dimensão Q i. ISBL = f T f D f L  I Ei I Ebi, Q bi, M i : gráficos (Guthrie) e tabelas. São função de local e data.

Exemplo Trocador de Calor casco-e-tubo I = (A / 50) 0,48 $ (50 < A < 300 ft 2 )

ISBL = f T f D f L  I Ei f T, f D, f L : fatores empíricos. f L (fator de Lang): transforma preço de compra em custo instalado. (inclui estrutura, pintura, instalação elétrica, instrumentação,...) f D : transforma preço de compra levantado no ano A no preço de compra no 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: $ preço estimado em 2000: x (IC 2000 / IC 1960 ) = (394/102) = $ f T : 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.)

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

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

Exemplo Trocador de Calor casco-e-tubo I = (A / 50) 0,48 $ (50 < A < 300 ft 2 )

Exemplo: Processo Ilustrativo

W 6 =8.615 kg/h T * 6 = 150 o C W 10 = kg/h T * 10 = 80 o C W 13 = kg/h T 13 = 25 o C W 11 = kg/h T * 11 = 15 o C W 8 = kg/h T * 8 = 15 o C W * 1 = kg/h x * 11 = 0,002 T * 1 = 25 o C f 11 = 200 kg/h f 31 = kg/h W 7 = kg/h T * 7 = 150 o C W 5 = kg/h T * 5 = 80 o C W 3 = kg/h x 13 = 0,002 T 3 = 25 o C f 13 = 120 kg/h f 23 = kg/h W 4 = kg/h x * 14 = 0,1 T 4 = 80 o C f 14 = 120 kg/h f 24 = kg/h W 12 = kg/h T * 12 = 30 o C W 12 = kg/h T * 12 = 30 o C W 14 = kg/h T * 14 = 25 o C W 2 = kg/h x 12 = 0,0008 T 2 = 25 o C f 12 = 80 kg/h f 32 = kg/h EXTRATOR Extrato Rafinado EVAPORADOR CONDENSADORRESFRIADORMISTURADOR BOMBA V d = l  * = 0,0833 h r * = 0,60 A e = 124 m 2 A c = 119 m 2 A r = 361 m 2 W 15 = kg/h T 13 = 25 o C LE = aR - b(Cmatprim + Cutil) - c I

R = p AB f14 Fop $/a Investimento: I b = I bb (20/P bb ) Mb $ I d = I db (V d /V db ) Md $ I e = I eb (A e /A eb ) Me $ I c = I cb (A c /A cb ) Mc $ I r = I rb (A r /A rb ) Mr $ ISBL = f T f D f L (I b + I d + I e + I c + I r ) $ Custos: C agua = p a (W 8 + W 11 ) $/h C vapor = p v W 6 $/h C solvente = p s W 14 $/h C bomba = 0,15 $/h C = Fop (C agua + C vapor + C solvente + C bomba ) $/a Expressão adaptada para o Processo Ilustrativo LE = 0,7 R – 0,8 C – 0,4 ISBL $/a PROCESSO ILUSTRATIVO

Relembrando: Happel: Venture Profit  Lucro do Empreendimento (LE) Lucro do Empreendimento: LE = L 1 - L 0 O projeto é economicamente vantajoso se LE  0 L 0 : Lucro proporcionado por um investimento com: - retorno garantido i ($/a) /($ investido) - sem risco comercial. L 1 : Lucro previsto para o processo, com: - retorno estimado j ($/ano) / ($ investido) - com risco comercial. É o Lucro Relativo ao proporcionado por um investimento “padrão”: Sejam:

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

FIM

LE = L 1 (j, h >0) - L 0 (i, h = 0) = LD (j, h > 0) – RIR [(i + h)] j = (i + h) + LE / I total LE = j I total – (i + h) I total ( j = ?) LE = [j – (i + h)] I total PROJETO LEANDRO OXITENO