Capítulo 6 Estimativa de Custos Operacionais

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Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
Os custos associados à operação diária de uma planta química devem ser estimados antes da construção da fábrica
para que a viabilidade econômica do processo proposto possa ser avaliada. Este capítulo apresenta os fatores que
afetam o custo de fabricação e fornece métodos para estimar cada fator.
Para estimar o custo de produção (OPEX), precisamos de informações do processo fornecidas no PFD, uma estimativa
do custo de capital (CAPEX) e uma estimativa do número de operadores necessários para operar a planta.
O custo de capital é igual ao custo total do módulo (CTM) ou ao custo de uma planta nova (Grass Root Cost – CGR)
definido no Capítulo 5.
Os custos de fabricação são expressos em unidades de moeda por unidade de tempo ($/ano) em contraste com os
custos de capital que são expressos em unidades de moeda ($).
Bibliografia
• Turton, R., Bailie, R. C., Whiting, W. B. & Shaeiwitz, J. A. (2009). Analysis, Synthesis and Design of Chemical
Processes (3rd Edition). Massachusetts: Prentice Hall. (Capítulo 8).
Uma vez que se tem informações obtidas de um PFD, incluindo o sumário das correntes e equipamentos podemos:
• Determinar quanto custa construir a planta (Custo de Capital);
• Determinar quanto custa operar a planta (Custo Operacional);
• Determinar qual o melhor processo dentre as alternativas competitivas da árvore de síntese;
• Conduzir uma análise de rentabilidade da planta.
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
6.1 Fatores que Afetam o Custo de Fabricação de um Produto Químico
Os seguintes elementos influenciam os custos de operação de uma planta química:
• Custos Diretos de Manufatura: São custos que dependem do volume de produção da planta. Quando a
demanda por produtos cai a produção é reduzida e a quantidade produzida é menor que a capacidade da
planta. Os custos diretos são igualmente afetados. Estas reduções podem ser diretamente proporcionais ao
volume de produção, como para as matérias-primas, ou podem ser reduzidas ligeiramente, como por
exemplo, custos de manutenção ou mão-de-obra.
• Custos Fixos de Manufatura: São custos independentes do volume de produção da planta. Exemplo:
Impostos de propriedades, seguros, depreciação de equipamentos, etc. que são cobrados mesmo quando a
planta não está em operação.
• Despesas Gerais: São despesas gerais necessárias para conduzir as funções de negócio da empresa.
Raramente variam com o volume de produção da planta. Exemplo: Gerenciamento, vendas, distribuição,
financiamento, pesquisa e desenvolvimento. Alguns destes podem ser cortados se a demanda cair por um
período longo, tal como as despesas com P&D.
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Fator Descrição do Fator
1. Custos Diretos de Manufatura (Variam com a produção) 
a. Matéria prima Custos com a compra da matéria prima usada no
processo. Vazões obtidas do PFD
b. Tratamento de rejeitos Custos com o tratamento de rejeitos para atender as
normas e regulamentos ambientais de descarte
c. Utilidades i. Óleo e gás combustível e carvão
ii. Eletricidade
iii. Vapor (todas as pressões)
iv. Água de resfriamento
v. Água de processo
vi. Água de caldeira
vii. Ar comprimido
viii. Gás Inerte (ex: N2)
ix. Refrigeração
d. Mão-de-obra de operadores Custos com pessoal de operação da planta
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
6.1 Fatores que Afetam o Custo de Fabricação de um Produto Químico
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Fator Descrição do Fator
1. Custos Diretos de Manufatura (Cont.) 
e. Supervisão e pessoal de 
escritório
Custos com pessoal administrativo, engenheiros e
pessoal de suporte.
f. Manutenção e reparos Custos com mão-de-obra e materiais associados à
manutenção da planta.
g. Suprimentos de operação Demais suprimentos não considerados matéria-
prima. Exemplo: lubrificantes, aditivos químicos
gerais, filtros, EPIs, etc.
h. Laboratório Custos envolvidos com os testes de rotina de
laboratório para o controle da qualidade e
troubleshooting.
i. Patentes e royalties Custos com patentes ou tecnologias licenciadas.
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6.1 Fatores que Afetam o Custo de Fabricação de um Produto Químico
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Fator Descrição do Fator
2. Custos Fixos (Não variam com a produção) 
a. Depreciação Custos associados a planta física (prédios,
equipamentos, etc.). São despesas de operação
legais decorrentes de taxações.
b. Impostos locais e seguros Custos com impostos de propriedades e seguros.
c. Despesas gerais da planta Inclui todas as despesas auxiliares de suporte de
operação da planta. Exemplo: Salários, proteção
contra incêndio, serviços de segurança, serviços
médicos, restaurante, etc.
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
6.1 Fatores que Afetam o Custo de Fabricação de um Produto Químico
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Fator Descrição do Fator
3. Despesas gerais (Associadas ao nível de gerenciamento e administração não
relacionadas diretamente ao processo de manufatura)
a. Custos administrativos Custos de administração da planta, gerentes,
secretárias, RH, etc.
b. Custos de venda e distribuição Custos incorridos com o processo de venda e
distribuição de produtos, assim como marketing.
Inclui salários e outras miscelâneas.
c. Pesquisa e desenvolvimento Custos com atividades de pesquisa relacionadas a
produtos e processo. Inclui salários e fundos para
compra de equipamentos e suprimentos, etc.
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
6.1 Fatores que Afetam o Custo de Fabricação de um Produto Químico
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A equação para o cálculo do custo de operação baseada nos custos apresentados é:
Custo de Operação (COM) = Custo Direto de Manufatura (DMC) + Custo Fixo de Manufatura (FMC) + Despesas Gerais (GE) 
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
6.2 Cálculo do Custo de Operação
O custo de operação (COM) pode ser estimado se os seguintes custos são conhecidos:
• Custo fixo de Capital de Investimento (FIC): (CTM ou CGR);
• Custo com Operadores (COL);
• Custo de Utilidades (CUT);
• Custo de Matéria-Prima (CRM);
• Custo de Tratamentode Resíduos (CWT). 
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Fator
Intervalo típico dos fatores de 
multiplicação
Valor a ser 
considerado
1. Custos Diretos
a. Matéria Prima CRM
Estimados à partir das 
informações do PFDb. Tratamento de Resíduos CWT
c. Utilidades CUT
d. Mão de Obra COL COL
e. Supervisão e Escritório (0,1 – 0,25)COL 0,18COL
f. Manutenção e Reparo (0,02 – 0,1)FCI 0,06FCI
g. Suprimentos de Operação (0,1 – 0,2)(Linha 1.f) 0,009FCI
h. Laboratório (0,1 – 0,2)COL 0,15COL
i. Patente e Royalties (0 – 0,06)COM 0,03COM
Total Diretos CRM + CWT + CUT + 1,33COL + 0,03COM + 0,069FCI 
Representa 
um intervalo
Se nenhuma outra 
informação estiver 
disponível, o valor do 
ponto médio para cada 
uma dessas faixas será 
utilizado para estimar 
os custos envolvidos.
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
6.2 Cálculo do Custo de Operação
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Fator Equação Básica
Valor a ser 
considerado
2. Custos Fixos
a. Depreciação 0,10FCI 0,10FCI (aproximado)
b. Imposto local e Seguro (0,014 – 0,05)FCI 0,032FCI
c. Despesas Gerais (0,5 – 0,7)(Linha 1.d + 1.e + 1.f) 0,708COL + 0,036CFI
Total Fixos 0,708COL + 0,068FCI + depreciação
3. Despesas Gerais
a. Administrativo 0,15(Linha 1.d +1.e + 1.f) 0,177COL + 0,009FCI
b. Venda e Distribuição (0,02 – 0,2)COM 0,11COM
c. Pesquisa e 
Desenvolvimento
0,05COM 0,05COM
Total Gerais 0,177COL + 0,16COM + 0,009FCI 
Total CRM + CWT + CUT + 2,215COL + 0,190COM + 0,146FCI + 
depreciação 
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
6.2 Cálculo do Custo de Operação
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Da tabela anterior tem-se que:
GE = 0,177COL + 0,16COM + 0,009FCI 
DMC = CRM + CWT + CUT + 1,33COL + 0,03COM + 0,069FCI 
FMC = 0,708COL + 0,068FCI + depreciação
COM = CRM + CWT + CUT + 2,215COL + 0,190COM + 0,146FCI + depreciação 
+
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
6.2 Cálculo do Custo de Operação
Como:
Custo de Operação (COM) = Custo Direto de Manufatura (DMC) + Custo Fixo de Manufatura (FMC) + Despesas Gerais (GE) 
Na Equação acima é resolvida para COM usando-se uma provisão para depreciação de 0,10 FCI. Assim:
COM = 1,23(CRM + CWT + CUT) + 2,73COL + 0,280FCI (com depreciação)
COMd = 1,23(CRM + CWT + CUT) + 2,73COL + 0,180FCI (sem depreciação)
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Os seguintes custos foram obtidos de um projeto de uma planta de ácido nítrico com capacidade para produzir
92.000 t/ano.
Capital de investimento : $ 11.000.000
Matéria prima : $ 7.950.000/ano
Tratamento de resíduos : $ 1.000.000/ano
Utilidades : $ 356.000/ano
Mão de obra direta : $ 300.000/ano
Determine:
1. O custo de operação em $/ano e $/t de ácido nítrico;
2. A percentagem do custo de manufatura resultante de cada categoria de custo, como apresentado nos slides
anteriores.
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
6.3 Exemplo
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Solução:
1. O custo de operação sem depreciação é dado por:
COM = 1,23(CRM + CWT + CUT) + 2,73COL + 0,180FCI
COM = 1,23($7.950.000 + $1.000.000 + $356.000) + 2,73($300.000) + 0,180($11.000.000 )
COM = $14.245.000/ano
COM = ($14.245.000/ano) ÷ (92.000 t/ano) = $155/t
COM = $155/t
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
6.3 Exemplo
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2. Custos Diretos de Manufatura:
DMC = CRM + CWT + CUT + 1,33COL + 0,03COM + 0,069FCI
DMC = $7.950.000 + $1.000.000 + $356.000 + 1,33( $300.000 ) + 0,03( 14.245.000 ) + 0,069( $11.000.000 )
DMC = $10.891.000/ano
% do COM = ($10.891.000 ano-1/$14.245.000 ano-1)x100%
% do COM = 76%
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6.3 Exemplo
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2. Custos Fixos de Manufatura:
FMF = 0,708COL + 0,068FCI sem depreciação
FMF = 0,708( $300.000 ) + 0,068( $11.000.000 )
FMC = $960.000/ano
% do COM = ($960.000 ano-1/$14.245.000 ano-1)x100%
% do COM = 7%
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2. Custos Gerais de Manufatura:
GE = 0,177COL + 0,16COM + 0,009FCI 
GE = 0,177($300.000 ) + 0,16( $14.245.000 ) + 0,009( $11.000.000 )
GE = $2.431.000/ano
% do COM = ($2.431.000 ano-1/$14.245.000 ano-1)x100%
% do COM = 17%
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
6.3 Exemplo
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Custos Gerais de Manufatura:
GE = $ 2.431.000/ano
Custos Fixos de Manufatura:
FMF = $ 960.000/ano
Custos Diretos de Manufatura:
DMC = $ 10.891.000/ano = 76%
= 7%
= 17%
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
6.3 Exemplo
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COM = 1,23(CRM + CWT + CUT) + 2,73COL + 0,180FCI sem depreciação
• Custos dominantes do custo total de operação;
• Insensíveis aos fatores da tabela de custos apresentada e, por isso, podemos usar 
o valor médio para outros componentes de custo.
Matéria Prima
Tratamento de Resíduos
Utilidades
DMC = $ 10.891.000/ano
76% de COM
$ 9.000.000
DMC = CRM + CWT + CUT+ 1,33COL + 0,03COM + 0,069FCI
6.4 Custos Dominantes dos Custos de Operação 
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
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NOL = (6,29 + 31,7P
2 + 0,23Nnp)
0,5
Em que:
NOL número de operadores por turno para todas as tarefas;
P número de passos envolvidos no manuseio de particulados sólidos – ex: transporte e distribuição,
controle de tamanho de partícula;
Nnp número de passos de processamento de sistemas não particulados e inclui compressão, aquecimento,
resfriamento, mistura e reação.
Em geral, para os processos considerados neste texto, o valor de P é zero e o valor de Nnp é dado por:
Compressores, torres, reatores, trocadores de calor. Não se deve incluir
nem vasos nem bombas neste somatório.
6.5 Custos de Mão de Obra de Operadores
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
A técnica utilizada para estimar os requisitos de mão-de-obra operacional é baseada em dados obtidos de cinco
empresas químicas e correlacionadas por Alkayat e Gerrard [1]. De acordo com este método, o requisito de mão-de-
obra operacional para plantas de processamento químico é fornecido pela Equação a seguir:
= osEquipamentNnp
[1]. Alkhayat, W. A., and A. M. Gerrard, Estimating Manning Levels for Process Plants, AACE Transactions, I.2.1–I.2.4, 1984.
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6.5 Custos de Mão de Obra de Operadores
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
Um operador trabalha em média:
Semanas: 48 semanas por ano (4 semanas de férias)
Turnos: 5 turnos de 8 horas por semana (40h).
Isso equivale a (48 semanas/ano × 5 turnos/semana) = 240 turnos por operador por ano.
Uma fábrica de produtos químicos normalmente opera 24 horas por dia. Assim ela requer:
N. Turnos = 365 dias/ano x 3 turnos/dia = 1095 turnos de operação por ano.
O número de operadores necessários para fornecer esse número de turnos é:
N. Operadores = [(1095 turnos/ano)/(240 turnos/operador/ano)] = ou aproximadamente 4,6 operadores.
Isso representa o número de operadores necessários por ano como se tivesse apenas um operador por turno. Logo,
4,6 operadores devem ser contratados para cada operador necessário na planta a qualquer momento. Isso fornece o
trabalho operacional necessário, mas não inclui nenhum suporte ou equipe de supervisão.
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6.5 Custos de Mão de Obra de Operadores
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
Para estimar o custo do trabalho operacional é necessário conhecer o salário horário médio de um operador. Os
operadores de instalações químicas são relativamente bem pagos e os dados do Bureau of Labor and Statistics [1]
dão a custo horário para operadores de sistemas e instalações diversas na região da Costa do Golfo em Us$26,48/h
em maio de 2006.
Isso corresponde a:
Us$52.900 por um ano de 2.000 horas.
O custo do trabalho depende consideravelmente da localização da planta e deve ser esperada variação significativa
do valor acima. Historicamente, os níveis salariais para operadoras de plantas químicas cresceram ligeiramente acima
do que os outros índices de custo para o equipamento de planta de processo, conforme indicado no Capítulo 5.
O Oil and Gas Journal e o Engineering News Record fornecem índices adequados para corrigir os custos trabalhistas
pela inflação, ou referência [1] pode ser consultada. A estimativa dos custos operacionais é ilustrada no Exemplo a
seguir.
[1]. Bureau of Labor and Statistics, U.S. Department of Labor, http://www.data.bls.gov.
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Estime o número de operadores e o custo de mão-de-obra para operar uma planta de Hidrodealquilação de Tolueno 
(PFD apresentado em capítulos anteriores no módulo de diagramas).
6.5.1 Exemplo
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
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Tipo de Equipamento Número de Equipamentos Nnp
Compressores 2 1
Trocadores de Calor 7 7
Aquecedores/ Fornos 1 1
Bombas 2 -
Reatores 1 1
Torres 1 1
Vasos 4 -
Total 11
NOL = 6,29 + 31,7 0( )
0,1
+ 0,23 11( ) 
0,5
= 2,97
NOL = (6,29 + 31,7P
2 + 0,23Nnp)
0,5
Operador/ turno
Mão de Obra de Operação = (4,6)(2,97) = 13,7 ~ 14
Custo da Mão de Obra (2006) = (14)($52.900) =$740.600/ano 
6.5.1 Exemplo
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
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6.6 Custo de Utilidades
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
Os custos dos utilidades são diretamente influenciados pelo custo do combustível. Surgem dificuldades específicas ao
estimar o custo do combustível, como eletricidade, vapor e outros fluídos térmicos. A Figura abaixo mostra as
tendências gerais para os custos de combustíveis fósseis de 1991 a 2006. Os custos apresentados representam
valores médios e não são específicos. Cabe ressaltar que existe grande variabilidade de custo e disponibilidade de
vários combustíveis em todo o mundo. Uma análise local/regional é sempre recomendada.
Valores variam 
de acordo com 
a localização e 
disponibilidade
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6.6.1 Informações básicas sobre utilidades
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
Carvão mineral: Representa o combustível fóssil de menor custo. A maior parte das vezes o carvão é consumido perto
da "boca da mina" em grandes usinas para produzir eletricidade. A eletricidade é transportada por linhas de
transmissão para o consumidor. Em locais distantes das minas, tanto a disponibilidade quanto o custo do transporte
reduzem e/ou eliminam grande parte da vantagem de custo do carvão. O carvão sofre ainda com seu impacto
ambiental negativo, teor de enxofre relativamente alto e proporção relativamente alta de CO2 produzido por unidade
de energia.
Óleo Combustível n. 6 (BPF): Tem alto teor de enxofre. É a segunda fonte mais barata de energia. É um óleo
combustível derivado de petróleo, de baixo ponto de fluidez, também chamado óleo combustível pesadoou óleo
combustível residual, é a parte remanescente da destilação das frações do petróleo, designadas de modo geral como
frações pesadas, obtidas em vários processos de refino. A composição bastante complexa dos óleos combustíveis
depende não só do petróleo que os originou, como também do tipo de processo e misturas que sofreram nas
refinarias, de modo que pode-se atender as várias exigências do mercado consumidor numa ampla faixa de
viscosidade. No Brasil os óleos combustíveis são classificados de acordo com os limites de viscosidade e teor de
enxofre, conforme segue segunda a ANP:
• Óleo combustível (OCA1): óleos de maior teor de enxofre e menor limite de viscosidade;
• Óleo combustível (OCA2): óleos de maior teor de enxofre e maior limite de viscosidade;
• Óleo combustível (OCB1): óleos de menor teor de enxofre e menor limite viscosidade;
• Óleo combustível (OCB2): óleos de menor teor de enxofre e maior limite viscosidade;
• Óleo combustível (OC3): óleos com viscosidade ou teor de enxofre superior aos limites especificados.
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6.6.1 Informações básicas sobre utilidades
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
Gás Natural: É a terceira fonte de combustível de menor custo mostrada. É o combustível fóssil menos prejudicial em
relação ao meio ambiente. É transportado por gasodutos em grande parte do país. O custo é mais uniforme do que o
carvão. No entanto, permanecem regiões no país que ainda não são atendidas pelo sistema de distribuição de gás
natural. Nessas regiões, o uso de dele não é uma opção que pode ser considerada. Embora o gás natural seja uma
mistura de vários hidrocarbonetos leves, consiste predominantemente em metano. Para os cálculos utilizados neste
texto, presume-se que o metano e o gás natural são equivalentes.
Óleo combustível n. 2 (BPF): Tem alto teor de enxofre mais baixo. É o combustível fóssil que é comumente usado
como uma fonte de energia na indústria química. É mais prontamente disponível perto das regiões costeiras onde o
petróleo entra no país e ocorre o refino. Incertezas na disponibilidade, altos custos de armazenamento e grandes
flutuações no custo tornam essa fonte de energia menos atrativa em muitas situações. No entanto, recentemente, o
custo do gás natural aumentou substancialmente ao ponto de o óleo combustível n. 2 ser agora uma alternativa viável
ao gás natural em muitas plantas.
A Figura anterior mostrou que os custos de combustíveis aumentaram um pouco mais rapidamente e de forma
menos previsível do que o índice de custos (CEPCI) que usamos anteriormente para corrigir os custos de inflação.
Como resultado das variações regionais de disponibilidade e dos custos dos combustíveis fósseis, juntamente com a
incapacidade do índice de custos para representar os custos de energia, consideramos que a informação de custo e
disponibilidade específica do local em estudo deve ser fornecida para uma estimativa de válida dos custos de energia.
Assumiremos neste texto que o gás natural será o combustível de escolha, salvo indicação em contrário.
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Processo
Gás 
Natural
Óleo 
Comb.
Vapor Refrigeração Água
Utilidadades
Resíduos
Descarte 
de sólidos
Limite de bateriaTancagem
Serviços
Refeitório
Engenharia
Manutenção
Laboratório
Escritório
Despacho
Vendas
6.6.2 Meios de Suprimentos de Utilidades
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
O PFD para um processo
representa o limite de bateria de
uma planta química. Os
equipamentos necessários para
produzir as várias correntes de
utilidade que são utilizados no
processo e são necessários para
que a planta funcione, não são
mostrados no PFD. No entanto,
as correntes de utilidade, como
água de refrigeração e vapor
para aquecimento, são
mostradas no PFD. Essas
correntes são denominadas utili-
dades. Esses serviços podem ser
fornecidos de várias maneiras.
Layout básico de instalações de
uma plantaquímicas
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6.6.2 Meios de Suprimentos de Utilidades
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
1. Comprada de uma Fonte Pública ou Privada: Nessa situação não há custos de capital e as tarifas de serviços
cobrados são baseadas no consumo. Além disso, a utilidade é entregue nos limites da bateria em condições
conhecidas.
2. Fornecida pela empresa: Uma instalação abrangente off-site fornece as necessidades de utilidade para muitos
processos em um local comum. Nesse caso, as taxas cobradas para uma unidade de processo refletem o capital
fixo e os custos operacionais necessários para produzir a utilidade.
3. Auto-geração e usado por uma Unidade de Processo Único: Nesta situação o custo de capital para compra e
instalação passa a fazer parte do custo de capital fixo da unidade de processo. Da mesma forma, os custos
operacionais relacionados para a produção dessa utilidade específica são diretamente cobrados da unidade de
processo.
As utilidades que provavelmente seriam fornecidas em um complexo industrial abrangente de plantas químicas são
mostradas na Tabela a seguir.
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6.6.2 Meios de Suprimentos de Utilidades
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
(Continua)
Utilidades fornecidas para uma planta com várias unidades de processo (utilidades entregues no limite da 
bateria de um processo).
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6.6.2 Meios de Suprimentos de Utilidades
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
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6.6.2 Meios de Suprimentos de Utilidades
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
(Continua)
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6.6.2 Meios de Suprimentos de Utilidades
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
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6.6.2 Meios de Suprimentos de Utilidades
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
O cálculo dos custos de utilidade pode ser bastante complicado e o custo real delas é muitas vezes difícil de
estimar em uma grande instalação. O custo de investimento para produzir as utilidades como por exemplo, uma
torre de resfriamento, uma caldeira a vapor e assim por diante não entra nestes custo uma vez que este
investimento já foi feito estimado no Capex.
Os custos associados ao fornecimento de uma determinada utilidade são então obtidos calculando os custos
operacionais para gerar a utilidade.
Estes são os custos que foram apresentados na Tabela dos slides anteriores e as seções a seguir mostram como
essas estimativas de custo foram obtidas para as principais utilidades fornecidas na Tabela.
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6.6.3 Água da torre de resfriamento
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
Na maioria das grandes instalações químicas, petroquímicas e refinarias, a água de refrigeração é fornecida para
processo de uma instalação central. Esta instalação consiste em uma torre de resfriamento (ou muitas torres),
reposição de água, sistema de injeção de químicos e bombas de alimentação de água de refrigeração. Uma
instalação típica de água de resfriamento é mostrada na Figura abaixo.Pr
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6.6.3 Água da torre de resfriamento
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
O resfriamento da água ocorre na torre de resfriamento onde parte da água é evaporada. Reposição de água é
necessária para compensa a perda por evaporação. Quando a água é evaporada há uma tendência de material
inorgânico se acumular no circuito circulante. Portanto, há uma purga de água ou uma purga do sistema. Esta
reposição de água também compensa a perda por “deriva” ou spray da torre (arraste eólico) e também pela purga
de água. O arraste eólico típico de torres mecânicas estão entre 0,1% e 0,3% da vazão circulante. Os produtos
químicos são adicionados para reduzir incrustação em superfícies de trocadores de calor. Em operações típicas de
torres de refrigeração o fator de concentração de sal (inorgânico) máximo admissível (S) da água circulante em
comparação com a água de reposição está entre 3 a 7. Podemos estimar o custo para fornecer água de
resfriamento se forem conhecidos os seguintes parâmetros:
• Carga de calor e vazão de recirculação requerida pelo processo;
• Composições e limite de saturação de produtos químicos inorgânicos na água de alimentação;
• Taxa de adição de químicos requerida;
• Temperatura desejada de fornecimento e retorno (tipicamente 30° C e 40° C respectivamente);
• Custo da torre de resfriamento e das bombas de água de resfriamento;
• Custos de fornecimento de produtos químicos, eletricidade para bombas e ventiladores de torre de resfriamento
e água de reposição
A estimativa dos custos operacionais associados a um sistema típico de água de resfriamento está ilustrada no
Exemplo a seguir.
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6.6.3 Água da torre de resfriamento
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Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
Exemplo: Estimar o custo de água de refrigeração circulante usando uma torre de resfriamento mecânica para
remoção de 1 GJ/h de energia das unidades de processo e que ocorre 0,3% de arraste eólico e um fator de
concentração de sal máximo admissível é de 5. São dados: custo dos produtos químicos é de Us$0,156/1000 kg.
Solução:
Custo da água de refrigeração = custo da eletricidade + custo dos produtos químicos + custo da água de reposição
custo da eletricidade ➔ potência da bomba + ventilador
Vazão da torre:
➔
Vazão de água de evaporada:
Latente vap. (Tmed = 35°C)➔ DHvap = 2417 kJ/kg➔
Para calcular a vazão de purga devemos conhecer o fator de concentração de sal (inorgânico) máximo admissível,
S, da água circulante em comparação com a água de reposição. A definição de S é dada na seguinte equação:
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6.6.3 Água da torre de resfriamento
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
Um balanço de massa global (água) e para o sal na torre leva a:
Como SLoop é 5Sin então:
WBD = 31,8 kg/h
Logo: WMU = Wtower + Wwind + WBD = 413,7+0,003.23,923+31,8 ➔WMU = 517,3 kg/h
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6.6.3 Água da torre de resfriamento
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
Potência da bomba: A queda de pressão em torno do circuito de água de refrigeração é estimada da seguinte
forma:
ΔPloop = 15 psi (perdas de tubo) + 5 psi (perdas nos trocadores) + 10 psi (perda de válvula de controle) + 8,7 psi de
carga estática (porque a água deve ser bombeada para o topo de Torre de água de refrigeração, estimada em 20
pés acima da entrada da bomba) = 38,7 psi = 266,7 kPa.
Assumindo uma eficiência um rendimento da bomba de 75%, a potência é dada por:
Potência do ventilador: a partir da literatura a área de superfície necessária na torre = 0,5 ft2/gpm (isto pressupõe
que a temperatura do bulbo úmido é 26,7°C. Da mesma referência, a potência do ventilador por metro quadrado
da área da torre é de 0,041 hp/ft2:
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6.6.3 Água da torre de resfriamento
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
Finalmente,
Custo da água de refrigeração = custo da eletricidade + custo dos produtos químicos + custo da água de reposição
Tabela 8.3 do livro-texto:
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6.6.3 Água da torre de resfriamento
Capítulo 6: Estimativa de CustosOperacionais (OPEX)
Comparando com a Tabela 8.3 do livro:
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6.6.4 Refrigeração
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
O ciclo básico de refrigeração consiste na circulação de um fluido de trabalho em torno de um circuito constituído
por um compressor, evaporador, válvula de expansão ou turbina e condensador. Este ciclo é mostrado na Figura
abaixo. As fases do fluido de trabalho (L-líquido e V-vapor) são mostradas no diagrama.
A eficiência de Carnot de um sistema de refrigeração mecânica
pode ser expressa pelo coeficiente de desempenho reversível,
COPREV:
Como todos os processos para uma máquina de Carnot devem ser reversíveis, o COPREV oferece o maior
desempenho teórico de um sistema de refrigeração. Assim, a potência necessária líquida (turbina compressora-
expansão) será sempre maior do que a predita pela equação acima usando COPREV. No entanto, é claro que à
medida que a diferença de temperatura entre o evaporador e o condensador aumenta, o trabalho necessário por
unidade de energia removida no evaporador (refrigerador) aumenta. Portanto, os custos operacionais de
refrigeração aumentarão à medida que a temperatura à qual é necessária a refrigeração diminui.
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6.6.4 Refrigeração
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
A Figura abaixo ilustra o efeito da temperatura do evaporador no trabalho reversível necessário para uma
determinada carga de resfriamento. Esta figura fornece um guia aproximado para o custo relativo da refrigeração.
Os custos relativos da refrigeração a diferentes temperaturas são explorados no Exemplo a seguir.
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6.6.4 Refrigeração – Exemplo 1
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
Usando a Figura anterior, calcule os custos relativos de fornecimento de refrigeração a 5 °C, -20 °C e -50 °C.
Solução: A partir da figura podemos tirar os valores:
Portanto, em comparação com o resfriamento a 5 °C, o
resfriamento:
• para -20 °C é 1, 78 (0,257/0,144) vezes mais caro.
• para -50 °C é 2,96 (0,426/0,144) vezes mais caro.
Esta análise pressupõe que os dois sistemas de refrigeração funcionem de forma igualmente eficiente em relação 
ao limite reversível e que o maior custo é devido à potência dos compressores.
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6.6.4 Refrigeração – Exemplo 2
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
Obtenha uma estimativa de custo de uma utilidade fria para operar a 5 °C. Considere um sistema de refrigeração
de um estágio para fornecer refrigeração a 5 °C utilizando 1,1-difluoroetano (R-152a) como refrigerante. O
diagrama de fluxo do processo e as condições operacionais são dados na Figura e Tabela abaixos.
Para uma carga térmica 1 GJ/h no evaporador é necessára uma vazão de 65,3 kmol/h de de R-152a . O
compressor tem uma eficiência de 75% eficiente e as cargas no equipamento são as seguintes:
Potência do compressor: 66,5 kW (com 75% de eficiência) 
Carga térmica do condensador: 1,24 GJ/h 
Carga térmica do evaporador: 1,00 GJ/h
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6.6.4 Refrigeração – Exemplo 2
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
Solução:
Trabalho do compressor por unidade de resfriamento = (66,5 kW)(3600 s/h)/(106 kJ/h) = 0,2394
Esse valor é comparado com 0,144 para o ciclo de Carnot do exemplo anterior. As principais diferenças são
devidas às irreversibilidades do processo.
O custo da refrigeração a 5 °C = Motor do Compressor + água resfriamento condensador
O custo da refrigeração a 5 °C = (66,5kW) ($0,06/kWh)+(1,24 GJ/h) ($0,354/GJ) = 3,99+0,44 = $4,43/h = $4,43/GJ
Utilizando os resultados do Exemplo 6.4, podemos prever o custo da refrigeração a -20 ° C e -50 ° C como: 
O custo da refrigeração a -20 ° C = (4,43) (1,78) = $7,89/GJ 
O custo da refrigeração a -50 ° C = (4,43) (2,96) = $13,11/GJ
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6.6.5 Geração de Vapor
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
O combustível que é usado para fornecer a energia para produzir vapor é o principal custo da operação. Os custos
de tratamento de água podem ser substanciais dependendo da composição da água de abastecimento e do grau
de recuperação de vapor condensado nos trocadores de calor de processo.
Muitas vezes vapor de alta pressão é gerado e produzem energia elétrica em turbinas.
Um sistema de troca iônica pode ser empregado para tratar a água. O tratamento minucioso da água é
necessário, pois qualquer contaminante que entre com a água finalmente depositará sobre superfícies do
trocador de calor e tubos da caldeira e causará incrustações e outros danos.
Desaerador muitas vezes é necessário para remover oxigênio dissolvido e o dióxido de carbono que entram com a
água. Eles provocam corrosão das superfícies metálicas na planta. Aminas também podem ser adicionadas à água
para neutralizar qualquer ácido carbônico residual formado a partir de dióxido de carbono dissolvido.
Uma instalação típica de geração de vapor é mostrada na Figura a seguir.
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6.6.5 Geração de Vapor
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
Vapor de alta 
pressão para 
média pressão 
com crédito de 
energia
Vapor de alta 
pressão para 
média pressão 
sem crédito de 
energia
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6.6.5 Geração de Vapor
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
Para estimar os custos de geração de vapor podemos seguir os passos:
1. Determine os níveis de pressão para o vapor na planta. Geralmente são 41 barg (600 psig), entre 10 barg (150
psig) e 15,5 barg (225 psig) e entre 3,4 barg (50 psig) e 6.1barg (90 psig).
2. Determine o número total de usuários do processo dos diferentes níveis de vapor. Esses números tornam-se a
base para o balanço do vapor.
3. Determine qual dos usuários retornará condensado para o sistema de água de alimentação da caldeira (BFW).
Se a injeção de vapor vivo for necessária para o processo não haverá condensado retornado desse serviço.
Para alguns usuários o retorno do condensado pode não ser economicamente viável.
4. Determine a pressão de retorno de condensado.
5. Estime as perdas de purga.
6. Faça um balanço de vapor e condensado e determine a água de reposição necessária no sistema de vapor.
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6.6.5 Geração de Vapor
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
Para estimar os custos de geração de vapor podemos seguir os passos:
7. Determine a capacidade de geração de vapor da caldeira a vapor. A lógica usada aqui é que todo o vapor será
gerado no nível de pressão mais alta e será baixado através de turbinas ou válvulas para pressões média e
baixa. O vapor de alta pressão pode também ser gerado a 44,3 barg (650 psig) para permitir perdas e
superaquecido a 400°C (752°F) para produzir energia de maneira mais eficiente nas turbinas.
8. A geração de energia adicional pode ser realizada através da operação de turbinas usando o vapor de alta
pressão e turbinas usando vapor de média e baixa pressão. Todas essas opções são mostradas na Figura
anterior. Para equilibrar as necessidades elétricas e de vapor de uma planta, a determinação da quantidade
correta de vapor a gerar é um processo iterativo.
Exemplo: Determine o custo da produção de vapor de alta, média e baixa pressão usando gás natural como
combustível. Para a produção de vapor de média e baixa pressão, suponha que o vapor é produzido no nível de
pressão mais alto e considere o caso quando este vapor é enviado através de uma turbina para produzir
eletricidade e quando é simplesmente expandido através de uma válvula. O gás natural custa Us$11,10/GJ e o
consumo de energia elétrica no soprador de ar da caldeira é de 14 kWh/1000 kg de vapor produzido. O custo da
água de reposição da caldeira é baseado no pressuposto de que 10% de reposição é necessária.
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6.6.5 Geração de Vapor - Exemplo
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
Solução:
Vapor de alta pressão (41,0 barg):
Custo total do vapor de alta = custo GN + custo água caldeira + custo Ventilador + custo água reposição
A base é 1000 kg de vapor de alta gerado a 41 barg e saturado➔ h41 barg, sat = 2797,6 kJ/kg (T
sat = 254°C)
Suponha que a água de alimentação da caldeira provém de um desaerador que opera na pressão de vapor de
exaustão de 0,7 barg (Tsat = 115°C e 10 psig)➔ hBFW = 483,0 kJ/kg.
ΔHBFW-HP Steam = (2797,6 – 483,0) = 2314,6 kJ/kg
Energia necessária para produzir vapor = (2314,6) (1000) = 2,3146 GJ
O custo do gás natural para produzir 1000 kg de vapor sat HP (assumindo uma eficiência de 90% da caldeira) é
dado por:
Cost = (2,3146 GJ/0,9) x 11,1 $/GJ = $28,55 (por 1000 kg de vapor de alta)
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6.6.5 Geração de Vapor - Exemplo
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
Solução:
Custos de tratamento da água de alimentação da caldeira = $0,15/1000 kg
O custo da água de alimentação da caldeira é baseado no pressuposto de que 10% de reposição é necessária.
Custo de eletricidade para alimentar ventiladores de ar fornecendo ar de combustão para caldeira:
Uso de gás natural = (2,315/0,9)GJ 38.333,3 (kJ/m3) = 67,1 std m3 = 67,1/22,4 = 2,99 kmol (METANO)
Uso de oxigênio (com base em excesso de 3% estequiométrico) = (2,99) (2) (1,03) = 6,17 kmol de oxigênio
Ar = (6,17)/(0,21) = 29,38 kmol de ar.
Suponha que esse ar deve ser pressurizado 0,5 bar para superar as perdas de atrito na caldeira e na fornalha e 
assumindo que o soprador tenha eficiente de 60%:
O consumo elétrico para ventilador = (14 kWh/1000 kg) ($0,06/kWh) = $0,84/1000 kg de vapor.
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6.6.5 Geração de Vapor - Exemplo
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
Solução:
O custo do BFW baseia-se na reposição da água, nos produtos químicos de tratamento e na energia térmica no
desaerador, para uma base de 1000 kg de BFW:
Custo da água de reposição = $0,067/1000 kg
Custo dos produtos químicos para tratamento = $0,15/1000 kg
Energia no desaerador = rqcpDt = 1000.4,18.(115-25) = 0,367 GJ/1000 kg
Custo da energia = ($11,10) (0,376) = $4,17/1000 kg
BFW custo = 4,17 + 0,067 + 0,15 = $4,39/1000 kg
Custo da água de reposição BFW = (0,1) (4,39) = $0,439
Finalmente,
Custo total do vapor de alta = custo GN + custo água caldeira + custo Ventilador + custo água reposição
Custo total do vapor de alta = $28,54 + $0,15 + $0,84 + $0,439 = $29.97/1000 kg de vapor de alta.
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6.6.5 Geração de Vapor - Exemplo
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
Solução:
Vapor de média pressão (10,0 barg): (Com crédito de energia)
Primeiramente abordaremos o caso onde o vapor de alta é rebaixado a vapor de média com crédito de energia
(geração de energia).
Custo total do vapor de média = Custo total do vapor de alta – crédito de energia gerado
A energia gerada (kWh) para esta situação é encontrada primeiramente assumindo uma expansão do vapor da
condição de alta pressão (HP: 41 barg e 400°C) para o nível de pressão média (MP: 10 barg e 184°C). Assim, temos
as seguintes informações:
h41 barg, 400°C = 3209,9 kJ/kg and e h10 barg, 184°C = = 2781,0 kJ / kg (Tabelas de vapor)
Logo: W = Δh = (3209,9 – 2781,0) = 428,9 kJ/kg➔ Trabalho teórico
Portanto, 1000 kg de vapor HP produzem 428,9 MJ ou 119,14 kWh de eletricidade. Assumindo uma eficiência de
turbina de 75%, a o trabalho produzido é (0,75) (119,14) = 89,4 kWh. Assim,
Crédito de energia elétrica = (89,4) (0,06) = $5,36 (por 1000 kg de vapor)
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6.6.5 Geração de Vapor - Exemplo
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
Solução:
Vapor de média pressão (10,0 barg): (Com crédito de energia)
Logo,
Custo total do vapor de média = 29,97 – 5,36 = 24.61/1000 kg de vapor de médiaVapor de média pressão (10,0 barg): (Sem crédito de energia)
Usa-se uma válvula de expansão isoentálpica no lugar de uma turbina. Neste caso não há produção de trabalho
para o rebaixamento da pressão e consequentemente não há crédito de energia. Neste caso o custo será o
mesmo do vapor de alta.
Custo total do vapor de média = 29,97/1000 kg de vapor de média
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6.6.5 Geração de Vapor - Exemplo
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
Solução:
Vapor de baixa pressão (5,0 barg): (Com crédito de energia)
Novamente abordaremos o caso onde o vapor de alta é rebaixado a vapor de baixa com crédito de energia
(geração de energia).
Custo total do vapor de baixa = Custo total do vapor de alta – crédito de energia gerado
A energia gerada (kWh) para esta situação é encontrada primeiramente assumindo uma expansão do vapor da
condição de alta pressão (HP: 41 barg e 400°C) para o nível de pressão baixa (MP: 5 barg e 160°C). Assim, temos
as seguintes informações:
h41 barg, 400°C = 3209,9 kJ/kg and e h5 barg, 160°C = = 2759,3 kJ / kg (Tabelas de vapor)
Logo: W = Δh = (3209,9 – 2759,3) = 450,6 kJ/kg➔ Trabalho teórico
Portanto, 1000 kg de vapor HP produzem 450,6 MJ ou 125,2 kWh de eletricidade. Assumindo uma eficiência de
turbina de 75%, a o trabalho produzido é (0,75) (125,2) = 93,9 kWh. Assim,
Crédito de energia elétrica = (93,9) (0,06) = $5,63 (por 1000 kg de vapor)
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6.6.5 Geração de Vapor - Exemplo
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
Solução:
Vapor de baixa pressão (5,0 barg): (Com crédito de energia)
Logo,
Custo total do vapor de baixa = 29,97 – 5,63 = 24.34/1000 kg de vapor de média
Vapor de baixa pressão (5,0 barg): (Sem crédito de energia)
Usa-se uma válvula de expansão isoentálpica no lugar de uma turbina. Neste caso não há produção de trabalho
para o rebaixamento da pressão e consequentemente não há crédito de energia. Neste caso o custo será o
mesmo do vapor de alta.
Custo total do vapor de média = 29,97/1000 kg de vapor de baixa
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6.7 Custo de Matéria-Prima
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
O custo das matérias-primas pode ser estimado usando o preço atual listado em publicações como o Chemical
Market Reporter (CMR) [1].
Uma lista de produtos químicos comuns e seu preço de venda, a partir de agosto de 2006, são apresentados na
Tabela a seguir.
Os preços atuais da matéria-prima e dos produtos químicos podem ser obtidos a partir da edição atual da CMR.
Para localizar custos para itens individuais, não basta olhar exclusivamente para a edição atual, porque nem todos
os produtos químicos estão listados em cada edição.
É necessário explorar vária edições mais recentes. Além disso, para certos produtos químicos, podem existir
grandes flutuações de preços sazonais e pode ser aconselhável observar o preço médio ao longo de vários meses.
[1]. Chemical Market Reporter (now incorporated into ICIS Chemical Business, additional chemical prices are available at
http://www.icis.com/StaticPages/a-e.htm#top).
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Tabela: Custos de alguns produtos químicos comuns *
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
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Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
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Tabela: Custos de alguns produtos químicos comuns *
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
Outro fator relevante para matéria-primas é que algumas vezes empresas “travam” um preço de venda ou compra
através de um contrato de curto ou longo prazo. Tais contratos geralmente renderão preços que são
significativamente menores do que os dados na CMR. Além disso, ao fazer avaliações econômicas para diferentes
processos químicos o preço de compra e venda de produtos químicos nem sempre estará disponível no CMR. Por
exemplo, em janeiro de 2001 a CMR deixou de publicar o preço do éter dimetílico. Da mesma forma, os preços do
álcool alílico não foram publicados por vários anos. Os preços apresentados na Tabela apresentada foram obtidos a
partir das citações dos fabricantes. Ao fazer avaliações econômicas para plantas novas, existentes ou futuras é
aconselhável estabelecer o verdadeiro preço de venda ou compra de todas as matérias-primas e produtos. Porque o
maior custo operacional é quase sempre o custo das matérias-primas. Logo, é fundamental obter preços realmente
atualizados.
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6.8 Fator de Utilização de uma Planta (Stream Factor)
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
Os custos de fabricação e os custos associados são mais frequentemente relatados em termos de moeda/ano
(exemplo: em Us$/ano). As informações sobre um PFD são frequentemente relatadas em termos de kg ou kmol por
hora ou por segundo. Para calcular o custo anual de matérias-primas ou utilidades, a fração de tempo que a planta
está operando em um ano deve ser conhecida. Esta fração é conhecida como o fator de utilização (SF):
Os valores típicos do fator de utilização (SF) estão na faixa de 0,96 a 0,90. Mesmo as plantas mais confiáveis e bem
geridas normalmente param por duas semanas por ano para manutenção agendada, dando SF = 0,96.
Processos menos confiáveis podem exigir mais tempo de inatividade e, portanto, menores valores de SF. O fator
de utilização (SF) representa a fração de tempo que a unidade de processo está operando em capacidade de
projeto.
Ao se projetar equipamentos deve-se ter cuidado para usar o fator de utilização (SF) para um dia de operação
típico e não um dia de calendário. O exemplo a seguir ilustra o uso do fator de utilização (SF).
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6.8 Fator de Utilização de uma Planta (Stream Factor)
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
Exemplo:
Para o processo já estudado de fabricação de benzeno a partir da hidroalquilação do tolueno, usando com fator de 
utilização de 0,95, determine:
a. O custo anual do tolueno.
b. O consumo anual de tolueno.
c. A receita anual da venda de benzeno.
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6.8 Fator de Utilização de uma Planta (Stream Factor)
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
Solução:
Do diagrama de blocos Ao lado tiramos que:
Consumo de tolueno = 10.000 kg/h
Produção de benzeno = 8.210 kg/h
Da Tabela ao lado:
Custo do tolueno = $0,648/kg
Custo do benzeno = $0,657/kg
Tabela: Custos de alguns produtos químicos comuns.
a. Custo anual do tolueno = (24) (365) (10.000) (0,648) 
(0,95) = $53.927.000/ano.
b. Consumo anual de tolueno = (24) (365) (10.000) 
(0,95) /1000 = 83.200 toneladas/ano.
c. Receita anual das vendas de benzeno = (24) (365) 
(8.210) (0,657) (0,95) = $44.889.000/ano.
• Com os preços da Tabela não é econômico produzir benzeno a
partir de tolueno.
• A diferença de preços entre o benzeno e o tolueno já foi maior do
que os Us$0,009/kg da Tabela. Essa foi a razão pela qual este
processo foi usado e atualmente está sendo usado.
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6.9 Estimando Custos de Utilidades com Dados do PFD
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
Na maioria das vezes as utilidades não entram em contato diretamente fluxos de processo. Em vez disso, eles
trocam energia térmica (gás combustível, vapor, água de refrigeração e água de alimentação da caldeira) em
equipamentos como trocadores de calor e aquecedores de processo, ou fornecem trabalho (energia elétrica ou
vapor) para bombas, compressores e outros equipamentos rotativos.
Na maioria dos casos as demandas por utilidades podem ser encontradas por inspeção (PFD) ou fazendo um
balanço de energia simples em torno do equipamento.
Por exemplo, vapor pode ser usado para mover equipamentos rotativos tais como bombas, compressores e
turbinas. Neste caso, tanto a demanda teórica por vapor quanto a eficiência deles são necessárias. A Tabela a
seguir fornece os requisitos teóricos de vapor em função da pressão de entrada de vapor e da pressão de escape
para turbinas a vapor.
As eficiências mecânicas de diferentes unidades são também mostradas na Figura a seguir usando dados de Walas
[1].
[1]. Walas, S. M., Chemical Process Equipment: Selection and Design (Boston: Butterworths Publ., 1988).
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6.9 Estimando Custos de Utilidades com Dados do PFD
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
Tabela: Necessidade teórica de vapor (kg de vapor/kWh)
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6.9 Estimando Custos de Utilidades com Dados do PFD
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
Figura: Eficiências para bombas, compressores e turbinas (Dados de Walas [1]).
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6.9 Estimando Custos de Utilidades com Dados do PFD
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
Exemplo:
Estime as quantidades e os custos anuais das utilidades apropriadas para os seguintes equipamentos em relação
ao PFD de hidrodealquilação de tolueno. Assuma que o fator de utilidade é 0,95. As demandas de utilidades estão
das na Tabela 1.7 do livro texto.
.
a. E-101, pré-aquecedor de alimentação.
b. E-102, resfriador do reator.
c. H-101, forno/aquecedor.
d. C-101, compressor de gás do reciclo assumindo acionamento elétrico.
e. C-101, compressor de gás do reciclo, assumindo acionamento a vapor a 10 barg e descarga à pressão
atmosférica.
f. P-101, bomba de alimentação de tolueno.
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6.9 Estimando Custos de Utilidades com Dados do PFD
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
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6.9 Estimando Custos de Utilidades com Dados do PFD
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
Tabela: Resumo do equipamento para hidrodealquilação de tolueno PFD
Exemplo:
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6.9 Estimando Custos de Utilidades com Dados do PFD
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
Tabela: Resumo do equipamento para hidrodealquilação de tolueno PFD
a. E-101, pré-aquecedor da alimentação:
Carga Térmica = 15.190 MJ/h (Tabela)
Custo do vapor de alta pressão (42 bar) = 17,70 $/GJ
Balanço de Energia:
15.190 (1.000) kJ/h = mvapor ΔHvap = mvapor(1699,3kJ/kg)
mvapor = 8.939 kg/h
mvapor = 8.939 kg/h x (24h) x (365dias) x (0,95)/(1.000 kg/t) = 74.390 t/ano
Custo Anual = (15,19 GJ/h) x (24h) x (365dias) x (0,95) x (17,70$/GJ)
Custo Anual = 2.237.478 $/ano
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b. E-102, resfriador do reator.
Carga Térmica = 46.660 MJ/h
Custo da água de resfriamento = 0,354 $/GJ
Balanço de Energia:
46.660 (1.000) kJ/h = mcw CpcwΔTcw = mcw(4,18kJ/kg.K)(10 K)
mcw = 1.116.268 kg/h
mcw = 1.116,3 t/h x 24h x 365dias x 0,95 = 9.289.849 t/ano
Custo Anual = (46,66 GJ/h) x (24h) x (365dias) x (0,95) x (0,354$/GJ)
Custo Anual = 137.460 $/ano
6.9 Estimando Custos de Utilidades com Dados do PFD
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
Exemplo:P
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6.9 Estimando Custos de Utilidades com Dados do PFD
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
Exemplo:
c. H-101, forno/aquecedor (Assumir eficiência de 90%)
Carga Térmica = 27.040 MJ/h = 7.511 kW
Custos com gás natural = 11,10 $/GJ
PCI (LHV) = 0,0377 GJ/m3
Balanço de Energia:
27,040 GJ/h = vgas x PCI x Eficiência = vgas x 0,0377GJ/m3 x 0,9
vgas = 797 m
3/h
vgas = 797 m
3/h x 24h x 365dias x 0,95
vgas = 6.632.634 m
3/ano
Custo Anual = (27,040 GJ/h) x (24h) x (365dias) x (0,95) x (11.10 $/GJ)/0,90
Custo Anual = 2.775.331 $/ano
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6.9 Estimando Custos de Utilidades com Dados do PFD
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
Exemplo:
d. C-101, compressor de gás do reciclo assumindo acionamento elétrico.
Potência = 49,1 kW
Eficiência = 90%
Custo de Energia Elétrica = 0,06 $/kWh
Potência Elétrica:
Potência Elétrica = Potência/Eficiência
Potência Elétrica = 49,1 kW/0,9
Potência Elétrica = 54,6 kW
Custo Anual = (54,6) x (24h) x (365 dias) x (0,95) x (0,06 $/kWh)
Custo Anual = 27.263 $/ano
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e. C-101, compressor de gás do reciclo, assumindo acionamento a vapor a 10 barg e descarga à pressão
atmosférica.
Pressão descarga = 10 barg
Pressão entrada = 0 barg (atm)
Necessidade de vapor
8,79 kg de vapor/kWh de energia
A eficiência do compressor
Eficiência = 35% (extrapolando a Figura)
Vapor p/ compressor = Quant. Vapor/Eficiência
Vapor p/ compressor = (49,1) x (8,79)/0,35 = 1.233 kg/h
Custo de vapor = 28,31 $/1.000 kg
Custo Anual = (1.233kg/h) x (24h) x (365dias) x (0,95) x (28,31.10-3 $/kg)
Custo Anual = 290.490 $/ano
6.9 Estimando Custos de Utilidades com Dados do PFD
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
Exemplo:
Tabela: Necessidade teórica de vapor (kg de vapor/kWh)
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6.9 Estimando Custos de Utilidades com Dados do PFD
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
Exemplo:
f. P-101, bomba de alimentação de tolueno.
Potência = 14,2 kW
Custo de Energia Elétrica = 0,06 $/kWh
Eficiência = 86%
Necessidade de Energia:
Energia = 14,2 kW/0,86
Energia = 16,5 kW
Custo Anual = (16,5kW) x (24h) x (365dias) x (0,95) x (0,06 $/kWh)
Custo Anual = 8.239 $/ano
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À medida que as regulamentações ambientais continuam se tornar mais rígidas, os problemas e os custos
associados ao tratamento de correntes de resíduos irão aumentar.
Nos últimos anos, houve uma tendência de tentar reduzir ou eliminar a geração de resíduos. Tais estratégias
envolvem a utilização de tecnologia alternativas ou o uso de etapas de recuperação adicionais para reduzir ou
eliminar as correntes de resíduos.
Embora a minimização dos resíduos se torne cada vez mais importante, a necessidade de tratar resíduos
continuará.
Alguns custos típicos associados a este tratamento são dados na Tabela a seguir e as vazões podem ser obtidos no
PFD.
Vale ressaltar que os custos associados à eliminação de fluxos de resíduos sólidos, especialmente resíduos
perigosos, cresceram imensamente nos últimos anos e os valores indicados na Tabela dada são apenas números
aproximados médios. O uso desses custos deve ser feita com extrema cautela.
6.10 Custo do tratamento de resíduos líquidos e sólidos
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
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6.10 Custo do tratamento de resíduos líquidos e sólidos
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
Tabela: Utilidades fornecidas off-sites para uma planta com várias unidades de processo (os custos representam 
cobranças por utilidades entregues no limite da bateria de um processo).
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6.10 Estimativa do Custo de Manufatura de Benzeno
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
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6.10 Estimativa do Custo de Manufatura de Benzeno
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
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Custo Anual de Utilidades:
i. Vapor = 3.412.000 $/ano
ii. Água de Resfriamento = 165.000 $/ano
iii. Gás Combustível = 2.771.000 $/ano
iv. Eletricidade = 37.400 $/ano
Total = 6.385.000 $/ano
Custo Anual de Matéria Prima:
i. Tolueno = 53.927.000 $/ano
ii. Hidrogênio = 6.622.000 $/ano
Total = 60.549.000 $/ano
6.10 Estimativa do Custo de Manufatura de Benzeno
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
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Custo Anual de Tratamento de Resíduos:
Não há tratamento de resíduo de acordo com o PFD
Custo Anual de Mão de Obra:
14 operadores: COL = 740.600 $/ano
Custo de Capital de Investimento (CGR ou FCI):
Do módulo anterior: FCI = 11.700.000 $
6.10 Estimativa do Custo de Manufatura de Benzeno
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
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