MONITORAMENTO E CONTROLE DE PROCESSOS
PARA VALIDAÇÃO
PETROBRAS ABASTECIMENTO EIDER P RUDENTE DE A QUINO Diretor – Gerente do A bastecimento LUIZ E DUARDO V ALENTE M OREIRA Gerente Geral de Tecnologia Tecnologia de Refino
AUGUSTO F ARIAS Gerente de Recursos Humanos de Abastecimento
MAURÍCIO L IMA Coordenador de Formação, Capacitação e Certificação no Abastecimento
CONFEDERAÇÃO NACIONAL DA INDÚSTRIA – CNI Conselho Nacional do SENAI
CARLOS E DUARDO M OREIRA F ERREIRA Presidente
COMISSÃO DE APOIO TÉCNICO E ADMINISTRATIVO AO PRESIDENTE DO CONSELHO NACIONAL DO SENAI
DAGOBERTO L IMA G ODOY Vice-Presidente Vice-Presidente da CNI FERNANDO C IRINO G URGEL Diretor – 1º Tesoureiro da CNI
MAX S CHRAPPE Vice-Presidente Vice-Presidente da Federação das Indústrias do Estado de São Paulo
SENAI – DEPARTAMENTO NACIONAL
JOSÉ M ANUEL DE A GUIAR M ARTINS Diretor-Geral MÁRIO Z ANONI A DOLFO C INTRA Diretor de Desenvolvimento
EDUARDO O LIVEIRA S ANTOS Diretor de Operações ALBERTO B ORGES DE A RAÚJO Coordenador da COTED
MONITORAMENTO E CONTROLE DE PROCESSOS Jair Ferreira Filho Renato Cosenza Rodrigues
TOMO 1
B R A S Í L I A 2003
MONITORAMENTO E CONTROLE DE PROCESSOS ©
2003 Jair Ferreira Ferreira Filho Renato Cosenza Rodrigues
Todos os direitos reservados SENAI Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Nacional
PETROBRAS Petróleo Brasileiro S. A. Avenida Chile, 65 – 20º andar 20035-900 – Rio de Janeiro – RJ Tel.: (21) 2534-6013
Setor Bancário Norte – Quadra 1 – Bloco C Edifício Roberto Simonsen 70040-903 – Brasília – DF Tel.: (61) 317-9001 – Fax: (61) 317-9190 http://www.dn.senai.br
Série Qualificação Básica de Operadores 1. VIDA E A MBIENTE 2. MONITORAMENTO E C ONTROLE DE P ROCESSOS 3. S ISTEMAS DE P ROCESSOS I NDUSTRIAIS 4. O PERAÇÃO E P ROCESSOS 5. GESTÃO DA QUALIDADE 6. O PERAÇÃO SEM R ISCOS
A publicação desta série é uma co-edição entre o Senai e a Petrobras
SENAI DEPARTAMENTO NACIONAL
PETROBRAS DIRETORIA DE ABASTECIMENTO
UNIDADE DE CONHECIMENTO E TECNOLOGIA DA EDUCAÇÃO – COTED
SENAI-RJ DIRETORIA DE EDUCAÇÃO GERÊNCIA DE EDUCAÇÃO PROFISSIONAL – GEP
F I C H A C A TA TA L O G R Á F I C A
Ferreira Filho, Jair. Monitoramento e controle de processos, 2 / Jair Ferreira Filho, Renato Cosenza Rodrigues. — Rio de Janeiro: Petrobras ; Brasília : SENAI/DN, 2003. 249 p. : il. — (Série Qualificação Básica de Operadores). TÍTULO
CDU 65:504.05
Sumário Lista de ilustrações Apresentação U NIDADE 1 Equipamentos estáticos
9
13
17
Introdução
19
Tubulações e seus acessórios
21
Classificação das tubulações
22
Materiais Dimensões comerciais Acessórios e meios de ligação Drenos e respiros
Válvulas Classificação quanto quanto à finalidade e ao tipo Construção das válvulas Particularidades Particularidades dos principais tipos de válvulas
Purgadores de vapor
Classificação dos purgadores Particularidades Particularidades de alguns tipos de purgadores
27 30 31 37
39 39 41 44
55 55 56
Filtros e outros dispositivos separadores
61
Outros dispositivos separadores
63
Permutadores de calor
65
Classificação geral dos permutadores quanto à finalidade Tipos construtivos de permutadores de calor Cuidados na operação Manutenção Testes
Tanques Finalidades Classificação quanto à função
66 67 75 76 77
81 81 82
Classificação Classificação quanto ao tipo Principais acessórios Materiais Diques
Vasos
Finalidades do vaso de pressão Construção Classificação quanto quanto ao tipo e à descrição Acessórios Materiais
Torres Construção Classificação quanto quanto ao tipo e à descrição
Fornos Classificação quanto à utilização Principais partes de um forno Combustíveis Construção dos fornos Principais tipos de fornos Operação
Caldeiras Classificação das caldeiras Elementos principais de uma caldeira aquatubular Princípios básicos de funcionamento funcionamento da caldeira aquatubular Outros componentes importantes das caldeiras aquatubulares Causas de deterioração de caldeiras Água de alimentação para caldeiras
U NIDADE 2 Equipamentos dinâmicos
82 84 85 85
89 89 90 90 90 91
95 87 95 87 96
103 104 104 105 106 110 112
117 117 120 122 124 126 128
131
Introdução
133
Acoplamentos
135
Acoplamentos Acoplamentos rígidos Acoplamentos flexíveis
Mancais Mancais de deslizamento Mancais de rolamentos
135 136
139 140 142
Lubrificação Principais propriedades Classificação da lubrificação Classificação dos lubrificantes lubrificantes de acordo com seu estado físico Métodos de aplicação dos óleos lubrificantes
Turbinas a vapor
Conceito Tipos Outras classificações de turbinas Vantagens Turbinas de uso industrial Componentes Operação de turbinas a vapor
Bombas
Bombas volumétricas ou de deslocamento deslocamento positivo Bombas dinâmicas ou turbobombas Características Características gerais das turbobombas Operação de bombas centrífugas
Compressores Utilização em refinarias Classificação dos compressores
Ejetores Princípio de funcionamento Usos dos ejetores
U NIDADE 3 Equipamentos elétricos
151 152 153 154 156
161 161 162 164 165 166 169 175
181 183 186 196 204
211 211 213
223 223 225
227
Introdução
229
Equipamentos elétricos
231
Condutor Transformador Painéis Disjuntor Inversor Carregador de corrente contínua
Acessórios elétricos Baterias Capacitores
231 231 233 234 235 236
237 237 237
Pára-raios Transformadores de corrente e de potencial Fusíveis Isoladores Relés
Gerador ou alternador
Conexões de circuitos trifásicos Construção do alternador Excitatrizes Motor elétrico
238 239 239 241 241
243 244 245 247 248
Lista de Ilustrações
U NIDADE 1 FIGURA 1 – Acessórios e meios de ligação /32 FIGURA 2 – Ligações para solda de topo e de encaixe /33 FIGURA 3 – Ligações rosqueadas /33 FIGURA 4 – Ligações flangeadas flangeadas /33 FIGURA 5 – Acessórios e meios de ligação /36 FIGURA 6 – Isolamento térmico térmico externo /37 FIGURA 7 – Válvula de agulha /41 FIGURA 8 – Acionador pneumático /44 FIGURA 9 – Válvulas: operação manual e motorizada /50 FIGURA 10 – Alguns tipos de válvulas /51 FIGURA 11 – Purgadores de bóias /56 FIGURA 12 – Purgadores de panelas invertidas /57 FIGURA 13 – Purgador termodinâmico /58 FIGURA 14 – Filtro provisório /61 FIGURA 15 – Filtros permanentes /62 FIGURA 16 – Permutador de calor /67 FIGURA 17 – Exemplo de permutador de calor /68 FIGURA 18 – Vários tipos de permutadores de calor /69 FIGURA 19 – Trocadores de placas /74 FIGURA 20 – Permutadores Permutadores espirais /75 FIGURA 21 – Parques de tanques /86 FIGURA 22 – Vaso horizontal /91
FIGURA 23 – Vaso vertical /91 FIGURA 24 – Conjunto de vasos de pressão /92 FIGURA 25 – Torres /95 FIGURA 26 – Recheios estruturados /99 FIGURA 27 – Suporte para recheios /99 FIGURA 28 – Fornos /106 FIGURA 29 – Caldeira flamotubular /118 FIGURA 30 – Caldeiras aquatubulares aquatubulares /120 FIGURA 31 – Arranjos comuns das caldeiras aquatubulares /123 FIGURA 32 – Caldeira aquatubular – três tambores /125 FIGURA 33 – Corte de uma caldeira aquatubular /125 FIGURA 34 – Soprador de fuligem /126 FIGURA 35 – Caldeira com tambor transversal /127
U NIDADE 2 FIGURA 1 – Acoplamentos rígidos /136 FIGURA 2 – Acoplamentos flexíveis lubrificados /137 FIGURA 3 – Acoplamentos flexíveis não-lubrificados não-lubrificados /137 FIGURA 4 – Mancais de deslizamento /140 FIGURA 5 – Mancal axial /141 FIGURA 6 – Sistemas básicos de lubrificação /142 FIGURA 7 – Rolamentos rígidos de esfera /144 FIGURA 8 – Rolamentos de rolos cilíndricos /144 FIGURA 9 – Rolamentos de rolos cônicos /145 FIGURA 10 – Rolamentos combinados combinados de agulhas /145 FIGURA 11 – Rolamentos axiais de esfera de contato angular /146 FIGURA 12 – Rolamentos axiais de esferas /146 FIGURA 13 – Esforços na lubrificação /153
FIGURA 14 – Turbinas de ação (tipos de estágios) /163 FIGURA 15 – Turbinas de reação (tipos de estágios) /164 FIGURA 16 – Bomba alternativa /183 FIGURA 17 – Bomba de engrenagens /184 FIGURA 18 – Bomba de palhetas deslizantes deslizantes /185 FIGURA 19 – Bomba de parafusos /185 FIGURA 20 – Peças das turbobombas /186 FIGURA 21 – Partes da bomba centrífuga centrífuga /187 FIGURA 22 – Curvas de carga (H) x vazão (Q) /188 FIGURA 23 – Curvas reais /189 FIGURA 24 – Curvas das bombas centrífugas /192 FIGURA 25 – Curvas da bomba e do sistema /194 FIGURA 26 – Anéis de desgaste /196 FIGURA 27 – Detalhe de uma turbobomba turbobomba /197 FIGURA 28 – Impelidor de dupla sucção /198 FIGURA 29 – Carcaça partida axialmente /199 FIGURA 30 – Caixa de gaxetas /200 FIGURA 31 – Vedação por selo mecânico /201 FIGURA 32 – Selos de ação simples /203 FIGURA 33 – Selos de ação dupla /203 FIGURA 34 – Compressor rotativo de palhetas deslizantes /216 FIGURA 35 – Ejetor /223 FIGURA 36 – Esquema da queda de pressão /224
U NIDADE 3 FIGURA 1 – Condutor /231 FIGURA 2 – Transformador /233 FIGURA 3 – Transformador com elevador de tensão /233
FIGURA 4 – Painel de alta tensão com dutos de barramentos superiores de entrada e saída de energia /234 FIGURA 5 – Chave desligadora utilizada no primário dos transformadores /235 FIGURA 6 – Chave seccionadora com fusível e utilizada nas redes de alta tensão /235 FIGURA 7 – Chave magnética utilizada na partida de motores /235 FIGURA 8 – Inversor de corrente contínua para alternada alternada /236 FIGURA 9 – Retificador de corrente alternada para contínua /236 FIGURA 10 – Bateria com vários elementos: ácida ou alcalina /237 FIGURA 11 – Pára-raios para rede elétrica de alta tensão /238 FIGURA 12 – Transformador /239 FIGURA 13 – Composição de um fusível /240 FIGURA 14 – Fusível de cartucho /240 FIGURA 15 – Isoladores de porcelana /241 FIGURA 16 – Elementos do relé /242 FIGURA 17 – Corrente alternada /243 FIGURA 18 – Alternador de quatro pólos /244 FIGURA 19 – Alternador /245 FIGURA 20 – Motor elétrico /248
Apresentação s o s s e c o r p
A dinâmica social dos tempos de globalização exige atualização constante dos profissionais. Mesmo as áreas área s tecnológicas de ponta ficam obsoletas em ciclos cada vez mais curtos, trazendo desafios, renovados a cada dia, e tendo como conseqüência para a educação a necessidade de encontrar novas e rápidas respostas. Nesse cenário, impõe-se a educação continuada, exigindo que os profissionais busquem atualização constante durante toda a vida; e os operadores das U NIDADES
DE
NEGÓCIOS
DO
SISTEMA PETROBRAS
incluem-se nessas novas demandas sociais. É preciso, pois, promover para esses profissionais as condições que propiciem o desenvolvimento de novas aprendizagens, favorecendo o trabalho de equipe, a pesquisa e a iniciativa, entre outros, ampliando suas possibilidades de atuar com autonomia, de forma competente. Seguindo essa linha de pensamento, o S ENAI e a PETROBRAS organizaram o curso QUALIFICAÇÃO B ÁSICA DOS O PERADORES DAS UNIDADES DE NEGÓCIOS DO SISTEMA PETROBRAS .
Seu objetivo principal é propi-
ciar aos operadores em exercício da função condições de rever conceitos, atualizar e/ou aperfeiçoar conhecimentos, visando à in..........
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e d e l o r t n o c e o t n e m a r o t i n o M
clusão do processo de certificação profissional e nacional da P ETROBRAS ,
que ocorrerá na formação específica.
Para realizar o curso, você tem à sua disposição, além dos professores e um ambiente de sala de aula apropriado, este material didático, também bastante útil para orientar sua aprendizagem. Nele, você vai encontrar os temas a serem trabalhados durante a realização do curso. Por essa razão, é importante ler, atentamente, cada parte que compõe o material, pois, assim, terá mais facilidade de acompanhar as aulas e organizar os conhecimentos adquiridos. Lembramos, no entanto, que será necessário, ainda, que você tenha uma participação efetiva nas atividades de sala de aula, aula , apresentando suas idéias, fazendo perguntas aos professores e demais colegas, assim como ouvindo o que eles têm a dizer, pois também é através dessa troca de experiências que vamos aprendendo sempre e cada vez mais.
JOSÉ MANUEL DE AGUIAR MARTINS
EIDER PRUDENTE DE AQUINO
Diretor-Geral
Diretor – Gerente do Abastecimento
SENAI/DN
PETROBRAS
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APRESENTAÇÃ0
Uma palavra inicial
A unidade industrial, também chamada de órgão operacional, é uma instalação onde se realiza um conjunto de atividades e operações que tem como objetivo a transformação de matérias-primas em produtos. As unidades industriais cujos processos proc essos transformam trans formam matérias-primas, matéria s-primas, tais como como metais, metais, plásticos e outros, em produtos, como máquinas, ferramentas e equipamentos para uso final do consumidor (carros, eletrodomésticos etc.), são chamadas de fábricas ou unidades fabris. Já aquelas cujos processos têm “fluidos”, como matérias-primas e/ou produtos, são chamadas de indústrias de processo.
s o s s e c o r p e d e l o r t n o c e o t n e m a r o t i n o M
Vista noturna de uma refinaria
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P E T R O
Esse tipo de indústria utiliza equipamentos (estáticos, dinâmicos e elétricos) e seus acessórios, que compõem os sistemas de uma unidade industrial. O funcionamento com qualidade dos processos industriais exige um controle permanente, sendo necessário manter constantes algumas variáveis (pressão, vazão, temperatura, nível, pH, condutividade, velocidade, umidade etc.). Nesta publicação, apresentamos os principais equipamentos que compõem os sistemas de uma unidade industrial (estáticos, dinâmicos e elétricos) e seus acessórios. Para isso temos os seguintes objetivos: Compreender a função dos equipamentos estáticos e dinâmicos e seus acessórios Definir e classificar os equipamentos e seus acessórios Compreender seus princípios de funcionamento funcionamento Reconhecer e identificar as características gerais dos equipamentos equipamentos Diferenciar os tipos através da identificação identificação de características características específicas relevantes Analisar comparativamente as principais características dos diferentes tipos Reconhecer os termos usuais Esperamos assim fornecer o conhecimento teórico básico para a compreensão dos problemas práticos prátic os enfrentados no dia-a-dia de uma unidade industrial, além de desenvolver nos participantes participantes desse curso uma visão crítica e o auto-aprendizado.
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