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TECNOLOGIA ORGÂNICA AULA 1 Prof.ª Ana Carolina Tedeschi Gomes Abrantes 2 CONVERSA INICIAL A leitura e a interpretação de desenhos e fluxogramas industriais é de extrema importância para quem atua na área industrial. Para isso, faz-se necessário aprender alguns conceitos de desenho técnico, além de aplicá-los à realidade industrial. Nesta etapa, vamos aprender como os equipamentos podem ser detalhados em suas vistas em corte e explodida, assim como o desenho isométrico pode ser útil na representação das tubulações. TEMA 1 – VISTAS EM CORTE Com o objetivo de detalhar e compreender os equipamentos internamente, o desenho técnico utiliza-se de um recurso chamado vista em corte, que é uma maneira de representar um objeto de três dimensões em um desenho capaz de mostrar características internas desse objeto. Com base em um corte imaginário, em planos virtuais, tem-se o detalhamento do que pode ser visto na superfície do plano exposto. A Figura 1 demonstra, de uma forma simples, como a peça é apresentada ao observador do desenho. Figura 1 – Representação da vista em corte visualizada pelo observador Crédito: Wasteresley Lima. De acordo com a norma NBR 10067/1995, que rege os princípios gerais de representação em desenho técnico: Quando a localização de um plano de corte for clara, não há necessidade de indicação da sua posição e identificação. [...] Quando a localização não for clara, ou quando for necessário distinguir entre vários planos de corte, a posição do plano de corte deve ser indicada 3 por meio de linha estreita-traço-ponto, larga nas extremidades e na mudança de direção. O plano de corte deve ser identificado por letra maiúscula e o sentido de observação por meio de setas (Figura 2). (ABNT, 1995a) Figura 2 – Vista em corte com identificação do plano de corte no eixo horizontal 1.1 Hachuras Ao fazer o desenho de um equipamento em corte, a parte maciça que foi cortada pelo plano imaginário é representada com linhas conhecidas como hachuras. De acordo com a NBR 12298/1995, hachuras são “linhas ou figuras com o objetivo de representar tipos de materiais em áreas de corte em desenho 4 técnico” (ABNT, 1995b). Essas linhas são desenhadas a 45° das linhas principais de contorno ou dos eixos de simetria (Figura 3). Figura 3 – Exemplos de aplicação de hachuras a 45° Fonte: ABNT, 1995b. De acordo com a NBR 12298/1995, “As hachuras podem ser utilizadas, em alguns casos, para indicar o tipo de material” (ABNT, 1995b). A Figura 4 apresenta algumas hachuras específicas: Figura 4 – Hachuras para diferentes tipos de materiais 5 Crédito: Jackeline Souza. 1.2 Corte pleno (total) No corte pleno, também conhecido como total, o plano secante atravessa toda a extensão da peça ou equipamento. As vistas são escolhidas em função dos detalhes que se deseja destacar. Na Figura 5(a), podemos observar o plano imaginário cortando um adaptador/redutor de diâmetro na sua longitudinal. Na vista frontal, Figura 5(c), o plano está representado por uma linha vertical, identificado por letra maiúscula (A) e com setas no sentido de observação. Por fim, a vista em corte está retratada na Figura 5(b), com a parte maciça que foi cortada hachurada a 45° em relação as linhas horizontais de contorno horizontais. Figura 5 – Vista em corte pleno de um adaptador/redutor de diâmetro 6 Crédito: Wasteresley Lima. 1.3 Meio-corte Quando se deseja representar o detalhamento de um equipamento simétrico, pode-se realizá-lo por meio de uma vista em meio-corte, em que metade do desenho aparece em corte e a outra metade na vista externa. Com esse tipo de representação, é possível apresentar, simultaneamente, as formas interna e externa do equipamento. A Figura 5 apresenta o mesmo adaptador da Figura 4, porém com vista em meio corte. Nesse caso, são passados dois planos imaginários (a), deixando à vista a parte interna da região selecionada (b). Figura 6 – Vista em meio-corte pelo de um adaptador/redutor de diâmetro 7 Crédito: Wasteresley Lima. Um corte também pode ser apresentado em um desenho 3D e em um equipamento real de demonstração. Veja como é possível identificar as peças da bomba centrífuga a seguir, como o eixo e os rotores. Figura 7 – Bomba centrífuga Crédito: ShutterStockStudio/Shutterstock. 1.4 Corte em desvio Também conhecido como corte composto, o corte em desvio apresenta a imagem de várias superfícies obtidas por um plano secante que muda de 8 direção. Sua aplicação é o destaque de detalhes que estão desalinhados. Na Figura 8 é possível verificar o corte realizado pelo plano A. As hachuras representam as partes maciças da peça que foram cortadas pelo plano A. Figura 8 – Representação de corte em desvio Crédito: Wasteresley Lima. A próxima representação (Figura 9) segue o mesmo raciocínio, com o plano de corte sendo representado pelo plano AB. Como há simetria na peça, a representação em um sentido é válida também para o outro. 9 Figura 9 – Representação de corte em desvio em flange Crédito: Wasteresley Lima. 1.5 Corte parcial Corte parcial, ou ruptura, evidencia as partes internas da peça de forma a mostrar os detalhes em uma parte específica. Assim, não é preciso realizar um corte completo e a linha de corte é irregular. Vejam que, na Figura 10, o detalhe de redução de diâmetro é destacado no desenho. Figura 10 – Representação de corte parcial Crédito: Wasteresley Lima. 10 TEMA 2 – VISTAS EXPLODIDAS Também conhecida como perspectiva explodida, é uma imagem, um desenho técnico, que mostra as peças de um determinado equipamento separadamente e na sequência de montagem. As peças que compõem o equipamento são apresentadas separadas, porém próximas aos seus lugares de origem, como se houvesse uma explosão. Com isso, é possível compreender como é realizada a montagem das peças e o funcionamento do equipamento. Um exemplo são o trocador de calor de placas e a bomba de engrenagens representados na Figura 11, onde conseguimos visualizar seus principais componentes. Figura 11 – Representação de vista explodida de um trocador de calor de placas Fonte: Como..., [S.d.]. 11 Figura 12 – Representação de vista explodida de uma bomba de engrenagens Crédito: Wasteresley Lima. TEMA 3 – DESENHO ISOMÉTRICO O desenho isométrico (ou perspectiva isométrica) é realizado considerando-se a largura, a profundidade e a altura dos objetos – ou seja, a visão tridimensional dos objetos. Nessa representação, o plano de projeção cruza os três eixos do espaço com ângulos iguais, mantendo as mesmas escalas entre eles. Considerando que uma circunferência tem 360° e que temos 3 eixos para a representação tridimensional (x, y, z), o distanciamento entre os eixos é de α = 120°. 12 Figura 13 – Representação tridimensional Crédito: Flávio Oliveira. 3.1 Malha isométrica Para a realização de um croqui a mão livre, costuma-se utilizar como base a malha isométrica (Figura 14), com base na qual é possível identificar os três eixos. Usualmente, utilizamos um papel isométrico que já apresenta os traços nos quais o desenho deve ser realizado. Figura 14 – Malha isométrica Crédito: Ana Carolina Tedeschi Gomes Abrantes. 13 Veja a seguir como um paralelepípedo é representado na malha isométrica, utilizando as três coordenadas cartesianas. Figura 15 – Representação de paralelepípedo em malha isométrica Exemplos de acessórios de tubulações estão representados a seguir. Figura 16 – Representação isométrica de acessórios de linha Crédito: Wasteresley Lima. 14 TEMA 4 – DIAGRAMAS DE PROCESSO E SIMBOLOGIA 4.1 Diagramas de processo O diagrama de processo mais simples para a indústriaé o fluxograma de blocos (BFD – Block Flow Process). Nele, os processos são apresentados de forma padronizada em uma sequência lógica de ocorrência. Costuma-se utilizar um retângulo para representar cada etapa do processo. Se considerarmos a Figura 17, que apresenta as etapas da produção de açúcar, identificamos que primeiramente a cana é recepcionada e limpa, passando por preparo e moagem. Da moagem, o bagaço é utilizado para geração de vapor e o caldo é encaminhado para tratamento, aquecimento e decantação. O caldo clarificado é extraído da decantação, passando por evaporação, cozimento, cristalização, centrifugação e secagem, resultando no açúcar. Ainda na decantação, é gerado lodo, o qual é filtrado. A torta é destinada para tratamento de resíduos e o caldo retorna ao processo na etapa de tratamento do caldo. Figura 17 – Diagrama de blocos – Produção de açúcar Outro tipo de diagrama de processos muito utilizado na indústria química é o fluxograma de processos conhecido como PFD (Process Flow Diagram), o qual ilustra o vínculo entre os equipamentos e os acessórios. É utilizado para registrar o processo produtivo a fim de conhecer, melhorar e/ou modelar estas relações. Utilizam símbolos e notações para representar o processo industrial. Esses símbolos podem variar de acordo com o local, empresa ou simulador. 15 No fluxograma de processos, algumas informações são fornecidas, como a composição e o estado físico das correntes, além de todos os equipamentos que compõem o sistema. Figura 18 – Fluxograma de processos – Tratamento de gases Crédito: Wasteresley Lima. Figura 19 – Diagrama de processos e instrumentação 16 4.2 Simbologia Os diagramas de processos utilizam símbolos e notações para representar o processo industrial. Esses símbolos podem variar de acordo com o local, empresa ou simulador. Seguem exemplos utilizados em dois simuladores diferentes. O simulador COCO (Cape-Open to Cape-Open) utiliza-se da ferramenta COFE (Cape-Open Flowsheet Environment), apresentando simbologia conforme exemplos a seguir: Figura 20 – Simbologia do programa COCO Crédito: Jefferson Schnaider. No caso do programa DWSIM, programa compatível com o Cape-Open, os símbolos dos equipamentos aparentam ser mais simples (Figura 21). 17 Figura 21 – Simbologia do programa DWSIM Crédito: Elias Dahlke. Fonte: DWSIM – Version 6.6.3 Em relação à instrumentação apresentada em alguns fluxogramas, os símbolos são padronizados, assim como a nomenclatura. Figura 22 – Equipamentos e funções dos instrumentos Nr. Display compartilhado, controle compartilhado (1) A B C D Escolha principal ou Sistema Básico de Controle de Processo Escolha Alternativa ou Sistema Instrumentado de Segurança Sistemas e Programas de Computador (4) Discreto (5) 18 1 ◼ Localizado no campo. ◼ Não em painel, gabinete ou console. ◼ Visível no local do campo. ◼ Normalmente acessível ao operador 2 ◼ Localizado na frente do painel central ou principal ou console ◼ Visível na frente do painel ou vídeo ◼ Normalmente acessível ao operador na frente do painel ou console 3 ◼ Localizado atrás do painel central ou principal ◼ Localizado em gabinete atrás do painel ◼ Não visível na frente do painel ou vídeo ◼ Normalmente não acessível ao operador no painel ou console 4 ◼ Localizado na frente ou interior de painel secundário ou local ou console ◼ Visível na frente de painel ou vídeo ◼ Normalmente acessível ao operador no painel frontal ou console 5 ◼ Localizado atrás de painel secundário ou painel local ◼ Localizado em gabinete de campo ◼ Não visível na frente de painel ou vídeo 19 ◼ Normalmente não acessível ao operador em painel ou console Fonte: AISI/ISA, 2009. Figura 23 – Letras de identificação Nota: Números em parêntesis se rederem às notas explanatórias em 4.2 Primeiras letras (1) Letras sucessivas (15) Coluna 1 Variável Medida Inicializada Coluna 2 Modificador variável (10) Coluna 3 Função leitura- passiva Coluna 4 Função saída-ativa Coluna 5 Modificador função A Análise (2)(3)(4) Alarme B Queimador, combustão (2) Escolha do usuário (5) Escolha do usuário (5) Escolha do usuário (5) C Escolha do usuário (3a)(5) Controle (23a)(23e) Fechado (27b) D Escolha do usuário (3a)(5) Diferença, diferencial, (11a)(12a) Desvio (28) E Tensão elétrica (2) Sensor, elemento primário F Vazão (2) Relação, fração (12b) G Escolha do usuário Visor, gauge, dispositivo visão (16) H Manual (2) Alto (27a)(28ª)(29) I Corrente (2) Indicar (17) J Potência (2)r Varredura (18) K Tempo, Schedule (2) Taxa de variação (12c)(13) Estação de controle (24) L Nível (2) Lâmpada (19) Baixo (27b)(28)(29) M Escolha do usuário (3a)(5) Médio, intermediário 20 (27b)(28)(29) N Escolha do usuário (5) Escolha do usuário (5) Escolha do usuário (5) Escolha do usuário (5) O Escolha do usuário (5) Orifício, restrição Aberto (27a) P Pressão (2) Ponto (conexão de teste) Q Quantidade (2) Integrar, totalizar (11b) Integrar, totalizar R Radiação (2) Registrar (20) Rodar S Velocidade, frequência (2) Segurança (14) Chave (23b) Parar T Temperatura (2) Transmitir U Multivariável (2)(6) Multifunção (21) Multifunção (21) V Vibração, análise mecânica (2)(4)(7) Válvula, basculante (23c)(23e) W Peso, força (2) Poço, Probe X Não-classificado (8) Eixo X (11c) Equipamentos Acessórios (22), não- classificado (8) Não- classificado (8) Não- classificado (8) Y Evento, Estado, Presença (2)(9) Eixo Y (11c) Equipamentos auxiliares (23d)(25)(26) Z Posição, Dimensão (2) Eixo Z (11c), Sistema Instrumentado Segurança (30) Driver, atuador, elemento final controle não- classificado Não- classificado Fonte: AISI/ISA, 2009. TEMA 5 – EXEMPLOS DE DIAGRAMAS DE PROCESSOS Vamos começar nossos exemplos com uma representação simples de processo, um diagrama de blocos, o qual tem a intenção de fornecer uma visão 21 geral de um processo. Na Figura 24, temos a exposição de um processo para produção de blocos de concreto. A matéria-prima é recebida e inspecionada, sendo estocada em seguida. Para a produção do concreto, faz-se a separação das quantidades necessárias dos produtos que continuem esta matéria-prima. O concreto é então encaminhado para os moldes, curado e estocado. A expedição é realizada após a estocagem. Figura 24 – Diagrama de blocos – produção de blocos de concreto Uma representação que apresenta um maior número de detalhes, como equipamentos envolvidos na produção e principais acessórios, é o fluxograma de processos. Como exemplo, temos o processo pré-tratamento de nafta, derivado do petróleo. A finalidade da seção de pré-tratamento é a de proteger o catalisador da seção de reforma de impurezas presentes na carga da unidade tais como enxofre, nitrogênio, oxigênio, metais e olefinas. Estas impurezas contaminam o catalisador de reforma, reduzindo sua atividade e, em consequência, diminuindo o rendimento do reformado final. (Petrobras, 2002) O pré-tratamento ocorre da seguinte forma: A carga selecionada, ao entrar na unidade, recebe um reciclo de gás rico em hidrogênio, é aquecida em trocadores de calor e em uma fornalha e, então, introduzida no reator de pré-tratamento, numa faixa de temperatura de 260 a 340°C e pressão de 300 a 500 psi. [...] O efluente do reator de pré-tratamento pré-aquece a carga e o reciclo de gás rico em H2. Posteriormente,é introduzido num tambor separador, onde se obtém, na fase gasosa, um gás combustível bastante rico em H2. [...] A fase líquida proveniente do tambor separador segue para um stripper, que consiste em uma torre de remoção do H2S, NH3, H2O e das impurezas voláteis, juntamente com alguns hidrocarbonetos leves e o hidrogênio restante. (Petrobras, 2002) Inspeção e recebimento da matéria-prima Estocagem da matéria-prima Produção do concreto Moldagem dos blocos Proporcionamento dos materiais Cura dos blocos Estocagem Expedição 22 Figura 25 – Fluxograma de processos – Seção de pré-tratamento de nafta Crédito: Jackeline Souza. Um diagrama mais complexo é o fluxograma de processo e instrumentação. No exemplo a seguir (Figura 26), de um sistema de controle de temperatura de um trocador de calor, identificamos: • 1 válvula de controle de temperatura (TCV); • 1 controlador e indicador de temperatura (TIC); • 1 transmissor de temperatura (TT); • 1 elemento primário (TE), normalmente um termopar. Todos os instrumentos estão localizados no campo. O elemento primário “lê” a temperatura no fluido aquecido (T2), o transmissor repassa esta informação para o controlador e indicador, que informa à válvula o quanto ela deve estar aberta para manter a temperatura T2 dentro do esperado. 23 Figura 26 – Sistema de controle da temperatura de um trocador de calor FINALIZANDO Nesta etapa aprendemos alguns tipos de representação de equipamentos e processos muito utilizados na área industrial. É mais fácil entender como os equipamentos estão projetados e seus componentes quando utilizamos os desenhos em corte e as vistas explodidas. Com base em um desenho isométrico, entendemos onde os equipamentos estão instalados com proporção dimensional e os fluxogramas que apresentam o sequenciamento com as principais informações para o entendimento da operação em si. 24 REFERÊNCIAS ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 10067: Princípios gerais de representação em desenho técnico. Rio de Janeiro: ABNT, 1995a. _____. NBR 12298: Representação de área de corte por meio de hachuras em desenho técnico. Rio de Janeiro: ABNT, 1995b. ANDRADE, J. J. de O.; DIEHL, C. Avaliação do processo de fabricação de blocos de concreto através do emprego do controle estatístico de processo. In: XXXI ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO. Anais..., Belo Horizonte, 2011. ANSI/ISA-5.1. Símbolos e Identificação de Instrumentação. Tradução livre de Marco Antonio Ribeiro, 2009. CATAPAN, M. F. Apostila de desenho técnico. UFPR, 2016. Disponível em: <http://www.exatas.ufpr.br/portal/degraf_marcio/wp- content/uploads/sites/13/2014/09/Ap ostila-Desenho-T%C3%A9cnico-II-Parte- Eng-Eletrica.pdf>. Acesso em: 9 jun. 2022. CHAVES, C. R. Curso de Formação de Operadores de Refinaria: instrumentação básica. Petrobrás: UnicenP, 2002. COMO é feito um trocador de calor? VaporTec, S.d. Disponível em: <https://www.vaportec.com.br/ind/2020/07/15/como-e-feito-um-trocador-de- calor/>. Acesso em: 9 jun. 2022. DWSIM. Disponível em: <https://dwsim.org/>. Acesso em: 9 jun. 2022. PETROBRAS. Curso de formação de operadores de refinaria – Processos de refino. Curitiba: Petrobras, 2002. STAFF, M. F. Desenho técnico – Aula 4. Uninter, S.d. VILSEKE, A. J. et al. Desenho técnico mecânico. Porto Alegre: Sagah, 2018.
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