O documento apresenta a aplicação da metodologia Pinch para integração de uma rede de trocadores de calor em um sistema composto por uma corrente fria e três correntes quentes. O método identifica o consumo mínimo de utilidades, que é de 80 kW de vapor, através da construção da tabela de oportunidades, algoritmo da tabela problema e diagrama de cascata de calor. As curvas compostas quentes e frias são construídas para visualizar graficamente o ponto de estrangulamento térmico.

1. Universidade Federal da Bahia
Escola Politécnica
Departamento de engenharia química
METODOLOGIA “PINCH”:
DEMONSTRAÇÃO DE INTEGRAÇÃO
DE REDE DE TROCADORES DE
CALOR
Autor: Adriano Brito de Sena Freitas
Salvador, Bahia, Brasil, domingo, 23 de fevereiro de 2014.

2. 2 de 28
METODOLOGIA
“PINCH”:
INTEGRAÇÃO DE REDE
DEMONSTRAÇÃO
DE
EP - UFBA
DE TROCADORES DE
CALOR
Sumário
Sumário ...................................................................................................................... 2
1
INTRODUÇÃO .......................................................................................... 3
2
OBJETIVO ................................................................................................. 4
3
SISTEMA EM ESTUDO ............................................................................ 5
4
PREMISSAS PARA O CÁLCULO DA REDE ............................................ 6
5
5.1
5.2
5.3
5.4
5.4.1
5.4.2
5.5
5.5.1
5.5.2
5.5.3
5.5.3.1.
5.5.3.2.
5.5.3.3.
5.5.3.4.
5.5.4
IDENTIFICAÇÃO DO MÍNIMO CONSUMO DE UTILIDADES .................. 7
TABELA DE OPORTUNIDADES............................................................... 7
ALGORITMO DA TABELA PROBLEMA ................................................... 8
DIAGRAMA DE CASCATA DE CALOR .................................................. 10
CURVAS COMPOSTAS .......................................................................... 11
Curvas compostas quentes e frias .......................................................... 12
Grande curva composta .......................................................................... 14
SÍNTESE DE REDES DE TROCADORES DE CALOR .......................... 16
Custo da rede de trocadores sem integração .......................................... 16
Redução do custo de utilidades com integração energética ................... 18
Rede com mínimo consumo de utilidades ............................................... 19
Intervalos 1 e 2 ........................................................................................ 19
Intervalo 3 ................................................................................................ 20
Intervalo 4 ................................................................................................ 23
Intervalos 5 e 6 ........................................................................................ 24
Rede final de trocadores de calor ............................................................ 26
6
CONCLUSÕES ....................................................................................... 27
7
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................ 28
Adriano Brito de Sena Freitas

3. Capítulo Error! Use the Home tab to apply Título 1 to the text
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1 INTRODUÇÃO
O aumento da competitividade entre as empresas num âmbito global, as
variações no preço dos combustíveis além da pressão da sociedade pela redução
dos impactos ambientais têm impulsionado as indústrias a elevarem sua eficiência
energética através de técnicas que promovam otimização do consumo de utilidades.
A otimização do consumo de utilidades promove uma redução na geração de
efluentes líquidos (produção e descarte de água de resfriamento) e gasosos (gases
de efeito estufa da queima de combustíveis) diminuindo custos operacionais e
impactos ambientais.
A necessidade de utilidades (vapor e água de resfriamento) em processos
industriais provém da existência de correntes que necessitam ser aquecidas e
resfriadas.
Para redução do consumo de utilidades em plantas industriais foram
desenvolvidas técnicas de integração energética através de um conjunto de
premissas estabelecidas para a aplicação da Primeira e Segunda Lei da
Termodinâmica.O modelo de transbordo, conhecido na literatura como Tecnologia
“Pinch”,
Esta técnica visa a encontrar o consumo mínimo de utilidades necessárias para
o processo e sintetizar a rede de trocadores que satisfaça as premissas do método
permitindo a determinação dos custos totais da rede.
Adriano Brito de Sena Freitas

4. 4 de 28
METODOLOGIA
“PINCH”:
INTEGRAÇÃO DE REDE
DEMONSTRAÇÃO
DE
EP - UFBA
DE TROCADORES DE
CALOR
2 OBJETIVO
O presente trabalho tem por objetivo apresentar a aplicação da técnica de
integração energética de rede de trocadores de calor pelo método do transbordo,
mostrando a redução do consumo de utilidades na rede e dos custos totais após a
evolução da rede.
Adriano Brito de Sena Freitas

5. Capítulo Error! Use the Home tab to apply Título 1 to the text
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3 SISTEMA EM ESTUDO
O sistema em estudo é composto de uma corrente fria (que necessita de
aquecimento) e três correntes quentes (que necessitam de resfriamento). Suas
temperaturas de origem (To) e destino (Td) assim como suas taxas de capacidade
calorífica (W.Cp) se encontram na Tabela 1.
Tabela 1: Sistema em estudo
corrente
W.Cp (kW/°C)
To (°C)
Td (°C)
F1
7
-5
215
Q1
2
260
45
Q2
5
220
110
Q3
3
205
45
Para atender as especificações de temperatura das correntes de processo, são
utilizados vapor saturado a 250 °C e água. Suas especificações utilizadas para o
cálculo da rede são apresentadas na Tabela 2.
Tabela 2: Utilidades para o sistema em estudo
Tentrada
(°C)
Vapor saturado
250
Água
30
Utilidades
Tsaída
(°C)
250
60*
Calor latente
(kWh/kg)
0,48
-
Adriano Brito de Sena Freitas
Calor específico
(kWh/(kg.°C))
0,00116

6. 6 de 28
METODOLOGIA
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INTEGRAÇÃO DE REDE
DEMONSTRAÇÃO
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DE TROCADORES DE
CALOR
4 PREMISSAS PARA O CÁLCULO DA REDE
As premissas consideradas para o desenvolvimento da rede de trocadores de
calor foram:
 O ΔTmin utilizado para foi de 10°C.
 O número mínimo de unidades de troca térmica será igual ao número de
correntes de processo mais o número de utilidades disponíveis menos
1,ou seja, 4+2-1=5.
 Os calores específicos foram considerados constantes.
 Não utilizar utilidades quentes abaixo do “pinch”.
 Não utilizar utilidades frias acima do “pinch”.
 Os coeficientes globais de troca térmica utilizados serão os da Tabela 3.
Tabela 3: Coeficientes globais
Equipamento
Trocador
Resfriador
aquecedor
U
(kW/(m².°C))
0,75
0,75
1,00
 Os trocadores de calor serão casco-e-tubo com escoamento em contracorrente com 1 passe no casco e 1 passe no tubo.
 Temperatura máxima de saída da água para resfriamento será de 60°C.
Adriano Brito de Sena Freitas

7. Capítulo Error! Use the Home tab to apply Título 1 to the text
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5 IDENTIFICAÇÃO DO MÍNIMO CONSUMO DE UTILIDADES
A seguir serão apresentados os passos para encontrar o mínimo consumo de
utilidades para o processo em estudo.
5.1
TABELA DE OPORTUNIDADES
A tabela de oportunidades, conhecida também na literatura como tabela
problema, é a ferramenta chave para a aplicação da tecnologia “Pinch”.As
temperaturas de entrada (Te) e saída (Ts) assim como as taxas de capacidade
calorífica (W.Cp) são listadas nesta tabela. A carga térmica de cada corrente é
calculada pelas equações:
deltaT Ts Te
Q W .Cp deltaT
Tabela 4: Tabela de oportunidades
Corrente
F1
Q1
Q2
Q3
Te
K
268,15
533,15
493,15
478,15
Ts
K
488,15
318,15
383,15
318,15
delta T
W.Cp
o
C
kW/oC
220
7
-215
2
-110
5
-160
3
Déficit energético
Q
kW
1540
-430
-550
-480
80
Tipo
fria
quente
quente
quente
A soma das taxas de calor de cada corrente fornece o déficit energético do
processo, 80 kW, o que indica uma necessidade de aquecimento do processo.
Adriano Brito de Sena Freitas

8. METODOLOGIA
8 de 28
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DEMONSTRAÇÃO
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5.2
ALGORITMO DA TABELA PROBLEMA
Visando visualizar de forma simplificada as possibilidades de redução do
consumo de utilidades é construído o algoritmo da tabela problema. As temperaturas
das correntes quentes (em vermelho) e as temperaturas da corrente fria em azul,
forma organizadas em ordem crescente e, obedecendo ao ΔTmin de 10°C foram
inseridas as outras temperaturas (em preto). Foram identificadas as correntes
envolvidas em cada intervalo e calculadas as taxas de calor nestes. Os cálculos das
taxas de calor para os seis intervalos são apresentados a seguir.
Qint ervalo1
Qint ervalo2
Qint ervalo3
Qint ervalo4
3
kW
C
Qint ervalo5
Qint ervalo6
kW
C
kW
2
C
kW
2
C
kW
2
C
2
260 225 C
kW
C
kW
220 205 C 7
C
kW
205 110 C 7
C
225 220 C 7
205 110 C
2
70kW
215 210 C
25kW
kW
C
kW
195 100 C 5
C
210 195 C 5
220 205 C
0kW
205 110 C
285kW
kW
kW
kW
110 45 C 7
100 35 C 3
C
C
C
kW
7
35 ( 5) C
280kW
C
Adriano Brito de Sena Freitas
110 45 C
130kW

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To
Correntes Q1
Q2
Correntes
Envolvidas no
intervalo
Q(kW) no intervalo
Td
Q3
F1
260
250
225
215
220
210
205
195
Q1
Q1,F1
Q1,Q2,F1
Q1,Q2,Q3,F1
110
-5
0
285
35
5
-25
100
45
70
Q1,Q3,F1
-130
F1
-280
Figura 1: Algoritmo da tabela problema
O algoritmo da tabela problema corresponde a uma integração sem cascata de
calor, transferindo calor de alto nível de temperatura para utilidade fria, não sendo
transferido calor de um intervalo de temperatura para outro. A quantidade de
utilidades quentes e frias que deve ser utilizada nessa configuração é de 355 kW e
de 435 kW, respectivamente.
Adriano Brito de Sena Freitas

10. 10 de 28
METODOLOGIA
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INTEGRAÇÃO DE REDE
DEMONSTRAÇÃO
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DE TROCADORES DE
CALOR
5.3
DIAGRAMA DE CASCATA DE CALOR
Nesta etapa iremos obter o mínimo consumo de utilidades devido a
recuperação de energia entre os intervalos de temperatura. Na figura 2 temos que d
lado esquerdo se encontra a fonte de utilidades quentes e do lado direito a fonte de
utilidades frias. Para o processo com integração sem cascata temos as cargas
térmicas em vermelho. Para o processo com integração com cascata temos as
cargas térmicas em azul. Note que com integração com cascata de calor, não há
necessidade do uso de utilidade fria, sendo usado somente 80 kW de utilidade
quente.
70
U
T
I
L
I
D
A
D
E
70
25
70
-25
45
0
45
285
U
T
I
L
I
D
A
D
E
285
Q
U
E
N
T
E
130
330
-130
280
F
R
I
A
200
-280
80
Figura 2: Diagrama de Cascata de Calor
A redução do consumo de utilidades quentes e frias é apresentada na tabela 5.
Nesta fica evidente a eficácia da integração com cascata no sentido de alcançar o
mínimo consumo de utilidades.
Adriano Brito de Sena Freitas

11. Capítulo Error! Use the Home tab to apply Título 1 to the text
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Tabela 5: Utilidades quentes e frias usadas em cada etapa
Opções:
Sem integração
Integração sem cascata
Integração com cascata
5.4
UQ (kW) UF (kW)
1460
1540
435
355
80
0
CURVAS COMPOSTAS
A construção das curvas compostas permite a observação gráfica da
quantidade de utilidades que o processo necessita além da identificação do ponto de
estrangulamento térmico.
A seguir são apresentados os procedimentos para a construção das curvas
compostas quentes e frias, e da grande curva composta.
Adriano Brito de Sena Freitas

12. METODOLOGIA
12 de 28
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DEMONSTRAÇÃO
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DE TROCADORES DE
CALOR
5.4.1
Curvas compostas quentes e frias
Para a construção das curvas compostas quentes e frias, as temperaturas das
correntes quentes e fria foram colocadas em ordem crescente e tomando como
referência a temperatura mais baixa, foram calculadas as taxas de calor cumulativas
para cada intervalo. O cálculo é representado a seguir e os resultados constam na
tabela 6.
Qf1
0kW
Q q1
kW
C
0kW
Qq 2
(2 3)
Qq3
Qq 2
Qq 4
Qq3
Qf1
Qq 4
Qf2
7
215 ( 5) C 1540kW
kW
C
110 45 C
325kW
kW
205 110 C 1275kW
C
kW
(2 5)
220 205 C 1380kW
C
kW
2
260 220 C 1460kW
C
(2 5 3)
Tabela 6: Tabela para a construção das curvas compostas quente e fria.
Tf (ºC)
-5
215
-
Qf (kW)
0
1540
-
Tq (ºC) Qq (kW)
45
0
110
325
205
1275
220
1380
260
1460
Adriano Brito de Sena Freitas

13. Capítulo Error! Use the Home tab to apply Título 1 to the text
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As curvas compostas quente e fria são apresentadas na figura 3.O ponto mais
próximo entre estas é o ponto de estrangulamento ou “pinch”. Na região mais baixa
das curvas não existe diferença de energia não havendo a necessidade de utilidades
frias. Na região de maior temperatura das curvas é evidenciado um déficit energético
caracterizando a necessidade de utilidades quentes.
290
240
T (°C)
190
Curva composta
quente
140
90
Curva composta fria
40
-10 0
300
600
900
Q (kW)
1200
1500
1800
Figura 3: Curvas compostas quentes e frias
Adriano Brito de Sena Freitas

14. METODOLOGIA
14 de 28
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DEMONSTRAÇÃO
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DE TROCADORES DE
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5.4.2
Grande curva composta
Para a construção da Grande curva composta, GCC, foi construída a tabela 7 a
qual apresenta as temperaturas das correntes quentes e das correntes frias
deslocadas em ( -ΔTmin/2) e ( +ΔTmin/2), respectivamente.
Tabela 7: Tabela inicial para a construção da Grande curva composta
Corrente
Tinicial
(ºC)
Tfinal
(°C)
Tipo
W.Cp
(kW/ºC)
Tinicial +/-(ΔTmin/2)
Q1
Q2
Q3
F1
260
220
205
-5
45
110
45
215
Quente
Quente
Quente
Fria
2
5
3
7
255
215
200
0
(
°
C
)
Tfinal +/-(ΔTmin/2)
(
°
C
)
40
105
40
220
Na segunda etapa da construção da GCC, as cargas térmicas de cada
passagem de intervalo foram calculadas tendo como referência no para o intervalo 1
o valor de 80 kW para o Qgcc valor este obtido no diagrama de cascata de calor. Foi
calculado o ΔQ de cada intervalo a partir da equação:
Q
W .Cp quente
W .Cp fria
T
Onde ΔT é a diferença entre a temperatura do intervalo atual e a temperatura
do intervalo anterior. O Qgcc do intervalo atual é igual ao Qgcc do intervalo anterior
somado ao ΔQ do intervalo atual. Note que no último intervalo o Qgcc é nulo
evidenciando a não existência de utilidades frias.
Adriano Brito de Sena Freitas

15. Capítulo Error! Use the Home tab to apply Título 1 to the text
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Tabela 8: Tabela final para a construção da Grande curva composta
Intervalo
1
2
3
4
5
6
7
Tdeslocada
(°C)
255
220
215
200
105
40
0
∑W.Cpquente
(kW/ºC)
∑W.Cpfrio
(kW/ºC)
35
2
0
70
5
15
95
65
40
2
7
10
5
0
7
7
7
7
7
-25
0
285
-130
-280
ΔT
(
°
C
)
ΔQ
(
k
W
)
Qgcc
(kW)
80
150
125
125
410
280
0
Com isto a Grande curva composta é construída. Com esta pode ser observado
o ponto de “Pinch” na parte mais inferior da curva o que evidencia a não utilização
de utilidades frias. O formato desta em “maior que” evidencia um grande potencial de
integração energética entre as correntes de processo. A região circulada é onde é
T (°C)
necessária a inserção de utilidades quentes.
300
250
200
150
100
50
0
0
200
400
Q (kW)
Figura 4: Grande curva composta
Adriano Brito de Sena Freitas
600

16. 16 de 28
METODOLOGIA
“PINCH”:
INTEGRAÇÃO DE REDE
DEMONSTRAÇÃO
DE
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DE TROCADORES DE
CALOR
5.5
SÍNTESE DE REDES DE TROCADORES DE CALOR
Nesta etapa serão apresentados os custos da rede inicial, com integração sem
cascata e com integração com cascata. Posteriormente, será construída a rede com
o mínimo consumo de utilidades (RMCU) e finalizaremos com a evolução desta rede
a partir da aglutinação de trocadores em série.
5.5.1
Custo da rede de trocadores sem integração
O cálculo do custo do consumo de utilidades foi realizado com base nas taxas
de calor necessárias para o aquecimento da corrente fria utilizando vapor (1540 kW),
e resfriamento das correntes quente utilizando água (1460 kW).Os resultados estão
listados na tabela 9.
Adriano Brito de Sena Freitas

17. Capítulo Error! Use the Home tab to apply Título 1 to the text
17 de 28
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Tabela 9: Custos das utilidades sem integração energética por hora
Utilidades
Vapor sat.
Água resfr.
Te
o
K
523,15
303,15
Ts
o
K
523,15
333,15
delta T
o
C
0
30
Q
kW
1540
1460
Cp
kWh/(kg.°C)
0,00116
Lf
kWh/kg
0,48
Preço
R$/ton
1,50
0,50
Custo de Utilidades (R$/h)
Custo Util.
R$/h
4,81
20,98
25,79
O investimento anual para cada trocador de calor sem integração energética foi
obtido pela fórmula:
O custo de investimento total foi obtido pela relação:
Assim temos que para o trocador 1:
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18. METODOLOGIA
18 de 28
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DEMONSTRAÇÃO
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DE TROCADORES DE
CALOR
Tabela 10: Custo anual dos trocadores de calor sem integração energética
Trocador
1
2
3
4
Tqe
o
K
523,15
533,15
493,15
478,15
Tqs
o
K
523,15
318,15
383,15
318,15
Tfe
o
K
268,15
303,15
303,15
303,15
Tfs
o
K
488,15
333,15
333,15
333,15
delta Tln
o
K
111
71
115
57
U
Q
Área
Custo inv.
W/m2K
m2
kW
R$/ano
1000
1540
13,90
958,68
750
430
8,03
9.461,34
750
550
6,35
9.408,39
750
480
11,17
9.536,63
Custo de investimento total (R$/ano) 2.936,50
O custo operacional com as utilidades será:
O resumo dos custos anuais é apresentado na tabela 11.
Tabela 11: Custos anuais
Custo operacional com Utilidades (R$/ano)
Custo de capital (R$/ano)
Custo Total (R$/ano)
5.5.2
219.210,85
2.936,50
222.147,35
Redução do custo de utilidades com integração energética
Os custos com as utilidades sem nenhuma integração energética estavam em
R$25,79/h. Através do algoritmo da tabela problema foi possível reduzir esse custo
para R$ 6,46/h conforme apresentado na tabela 12. A integração com cascata,
através da transferência de calor entre os intervalos de temperatura permitiu uma
redução dos custos com utilidades para R$ 0,25/h o que equivale a 0,97% do valor
inicial. Este resultado é apresentado na tabela13.
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19. Capítulo Error! Use the Home tab to apply Título 1 to the text
19 de 28
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Tabela 12: Cálculo do custo com utilidades sem cascata
Utilidades
Vapor sat.
Água resfr.
Te
o
K
523,15
303,15
Ts
o
K
523,15
333,15
delta T
o
C
0
30
Q
Cp
Lf
Preço Custo Util.
kW kWh/(kg.°C) kWh/kg R$/ton
R$/h
435
0,48
1,50
1,36
355
0,00116
0,50
5,10
Custo de Utilidades (R$/h)
6,46
Tabela 13: Cálculo do custo com utilidades com cascata
Utilidades
Vapor sat.
Água resfr.
5.5.3
Te
o
K
523,15
303,15
Ts
o
K
523,15
333,15
delta T
o
C
0
30
Q
Cp
Lf
Preço Custo Util.
kW kWh/(kg.°C) kWh/kg R$/ton
R$/h
80
0,48
1,50
0,25
0
0,00116
0,50
0,00
Custo de Utilidades (R$/h)
0,25
Rede com mínimo consumo de utilidades
A construção da rede com o mínimo consumo de utilidades deve obedecer ao
∆Tmin de 10°C, que é uma das premissas do cálculo. Para a construção da rede,
será feita uma divisão em intervalos facilitando a sua construção.
5.5.3.1.Intervalos 1 e 2
Como no primeiro intervalo só existe a corrente Q1, os intervalos 2 e 3 serão
agrupados de forma que irá englobar a corrente F1 agora. A corrente F1 entra a
210°C e sai a 215°C do trocador enquanto que a corrente Q1 entre a 260°C. Por
balanço temos que:
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20. 20 de 28
METODOLOGIA
“PINCH”:
INTEGRAÇÃO DE REDE
DEMONSTRAÇÃO
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DE TROCADORES DE
CALOR
F1
Q1
210
T-01
242,5
260
215
Figura 5: Configuração dos intervalos 1 e 2.
Logo, a temperatura de saída será de Q1 do trocador T-01 será de 242,5°C que
é acima dos 220 °C do limite inferior do segundo intervalo. Com isto esta corrente
tem potencial para aquecimento em outros intervalos.
5.5.3.2.Intervalo 3
Neste intervalo iremos testar duas configurações para levar a corrente F1 de
195°C para 210°C.
 Configuração 1
Nesta primeira configuração, a corrente Q1 entra com sua temperatura
de 242,5°C, conforme intervalo anterior e vai até a sua temperatura limite
no intervalo 3, 205°C, sendo o restante da energia suprida pela corrente
Q2.
A temperatura de saída de F1 do trocador T-02 será:
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Assim a corrente F1 entra no trocador T-03 a 205,7°C e sai a 210°C
enquanto Q2 entra neste trocador a 220°C e sai com a temperatura
calculada abaixo:
Q1
242,5
Q2
220
T-02
F1
T-03
205,7
195
210
205
213,98
Figura 6: Configuração 1 para o intervalo 3.
O custo de capital para esta configuração é apresentado na tabela 14.
Tabela 14: Custo de capital para a configuração 1 do intervalo 3
Trocador
2
3
Área
m2
4,86
4,40
Custo inv.
R$/ano
93,48
93,26
Adriano Brito de Sena Freitas

22. 22 de 28
METODOLOGIA
“PINCH”:
INTEGRAÇÃO DE REDE
DEMONSTRAÇÃO
DE
EP - UFBA
DE TROCADORES DE
CALOR
 Configuração 2
Nesta primeira configuração, a corrente Q2 entra com sua temperatura
de 220°C e vai até a sua temperatura limite no intervalo 3, 205°C, sendo
o restante da energia suprida pela corrente Q1.
A temperatura de saída de F1 do trocador T-02 será:
Assim a corrente F1 entra no trocador T-03 a 205,7°C e sai a 210°C
enquanto Q1 entra neste trocador a 242,5°C e sai com a temperatura
calculada abaixo:
Q2
F1
195
220
T-02
Q1
242,5
P-13
205,7
205
T-03
210
227,5
Figura 7: Configuração 2 para o intervalo 3.
O custo para esta configuração é apresentado na tabela 15
Adriano Brito de Sena Freitas

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Tabela 15: Custo de capital para a configuração 2 do intervalo 3
Trocador
2
3
Área
m2
8,31
1,50
Custo inv.
R$/ano
94,69
90,88
Assim a configuração 2 será escolhida por apresentar o menor custo de
capital.
5.5.3.3.Intervalo 4
Neste intervalo inicialmente será dado prioridade a correnete quente de maior
taxa de capacidade calorífica, Q2, a qual entrará no trocador T-04 a 205°C e sairá a
110°C. A corrente F1 entrará neste trocador a 100°C e sairá na temperatura
calculada abaixo.
Numa segunda etapa a corrente F1 será dividida de forma a permitir a troca
térmica com as correntes Q1 e Q3. A proporção de divisão da energia da corrente
F1 foi de 0,286 para o trocador T-05, e 0,714 para o trocador T-06.
Adriano Brito de Sena Freitas

24. METODOLOGIA
24 de 28
“PINCH”:
INTEGRAÇÃO DE REDE
DEMONSTRAÇÃO
DE
EP - UFBA
DE TROCADORES DE
CALOR
Q1
227,5
X=0,286
T-05
217,5
Q2
177,86
205
T-04
F1
167,86
100
195
110
Q3
205
T-06
186,01
174,76
Figura 8: Configuração para o intervalo 4.
5.5.3.4.Intervalos 5 e 6
Nos intervalos 5 e 6 foi inserido o trocador T-09 com vapor saturado a 250°C,
conforme previsto nas análises anteriores fornecendo 80 kW para o sistema.
250
Q1
F1
177,86
T-07
Q3
174,76
T-08
32,96
-5
45
250
88,57
T-09
100
45
Figura 9: Configuração para os intervalos 5 e 6.
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A rede com o mínimo consumo de utilidades é obtida através da interligação
dos intervalos corrente a corrente. A rede se encontra na figura
Q1
X=0,286
227,5
T-05
217,5
177,86
250
Q3
Q1
F1
T-07
32,96
-5
250
110
45
T-08
88,57
Q2
T-04
T-09
F1
167,86
100
Q2
45
195
Q3
220
T-02
242,5
Q1
T-03
205,7
205
210
F1
260
T-01
215
242,5
T-06
186,01
174,76
174,76
205
Figura 10: Rede com o mínimo consumo de utilidades
O custo de capital referente a cada trocador, além da carga térmica e da área
de troca térmica destes se encontram listados na tabela 16
Tabela 16: Dados da RMCU
Q
Área Custo cap.
kW
m2
R$/ano
1
35
1,21
90,42
2
74,9
8,31
94,69
3
30,1
1,50
90,88
4
475,02
30,62
97,70
5
347,48
9,33
94,96
6
127,05
14,19
95,92
7
265,72
3,97
93,03
8
389,27
13,78
95,85
9
80,01
0,69
89,19
Custo de capital total (R$/ano)
842,63
Trocador
Adriano Brito de Sena Freitas

26. METODOLOGIA
26 de 28
“PINCH”:
INTEGRAÇÃO DE REDE
DEMONSTRAÇÃO
DE
EP - UFBA
DE TROCADORES DE
CALOR
5.5.4
Rede final de trocadores de calor
É a RMCU evoluída através de quebras de ciclos visando minimizar o custo
total anual. Como os trocadores T-01 e T-03 estavam em série, estes foram
aglutinados formando um novo T-01 com uma maior área de troca térmica.
Q1
X=0,286
227,5
T-05
217,5
177,86
250
Q3
Q1
F1
T-07
32,96
-5
250
110
45
T-08
88,57
Q2
T-04
T-09
F1
167,86
100
Q2
45
195
Q3
220
T-02
205,7
Q1
260
T-01
215
205
T-06
186,01
174,76
174,76
205
Figura 11: Rede evoluída a partir da retirada da aglutinação do T-01 com o T-03
A redução do custo de capital pode ser observada na tabela 17 assim como a
elevação da área de troca térmica do T-01.
Tabela 17: Dados da RMCU evoluída.
Q
Área Custo cap.
kW
m2
R$/ano
1
65,1
2,71
92,18
2
74,9
8,31
94,69
4
475,02
30,62
97,70
5
347,48
9,33
94,96
6
127,05
14,19
95,92
7
265,72
3,97
93,03
8
389,27
13,78
95,85
9
80,01
0,69
89,19
Custo de capital total (R$/ano)
753,51
Trocador
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27. Capítulo Error! Use the Home tab to apply Título 1 to the text
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6 CONCLUSÕES
A rede obtida pelo método do transbordo se mostrou satisfatória observando-se
a redução do consumo de utilidades e dos custos totais.
O custo de capital sofreu um decréscimo de R$ 2.936,50 / ano para R$ 753,51 /
ano, ou seja, uma redução de 74,34%. Além disso, conforme já explicitado o custo
com utilidades caiu 99,03%.
Não houve a necessidade de utilização de utilidades frias, e o consumo de
utilidades quentes foi amplamente reduzido com relação a situação original. Isto foi
possível devido ao grande potencial de integração energética entre as correntes
evidenciado na grande curva composta.
Logo, o método se mostrou satisfatório para a construção de um sistema
conceitual de redes de integração energética atingindo os objetivos esperados com
relação à redução de custos totais tendo uma facilidade de aplicação devido aos
dados já terem sido coletados.
Adriano Brito de Sena Freitas

28. 28 de 28
METODOLOGIA
“PINCH”:
INTEGRAÇÃO DE REDE
DEMONSTRAÇÃO
DE
EP - UFBA
DE TROCADORES DE
CALOR
7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
INCROPERA, F.P., DEWITT, D.P. Fundamentos de Transferência de Calor e de
Massa. São Paulo: Ed. LTC, 2003.
LUBISCO, Nídia Maria Lienert; VIEIRA, Sônia Chagas; SANTANA, Isnaia Veiga.
Manual de Estilo Acadêmico: Monografias, Dissertações e Teses. Salvador:
EDUFBA, 2008. 145 p.
PERLINGEIRO,C.A.G. Engenharia de Processos. São Paulo: Ed. Edgar
Blucher,2005.
Adriano Brito de Sena Freitas