Gestão de energia : 2010/2011 Aula # P7 Análise de sistemas energéticos - 2 Prof. Miguel Águas miguel.aguas@ist.utl.pt Prof.ª Tânia Sousa taniasousa@ist.utl.pt
Enunciado Problema: Produção de mola de laminas Considere o fabrico de molas para automóvel. Cada mola é composta por um conjunto de laminas de aço, conforme se representa na figura, presas mecanicamente por dois grampos. A lamina de topo designa-se por lamina de olhal e as outras por laminas de laminagem. A proporção mássica de uma mola é de 20% de lamina de olhal, 7% de lamina laminagem e % de grampos. O processo produtivo tem inicio no corte de uma vara de aço com um comprimento de 12 m. No consumo especifico associado ao fabrico do aço considera-se 100 kwh/ton eléctricos e 1.000MJtérmicos/ton. A operação de corte apresenta um consumo especifico de 100 kwh elec /ton e gera um desperdício médio de 20 cm por cada vara. As laminas de olhal sofrem uma operação térmica e mecânica com o objectivo de formar o olhal, designada por dobra. A dobra apresenta um consumo especifico de 1.000 MJ term /ton e de 40 kwh elec /ton. As outras laminas sofrem o processo de laminagem. Na laminagem os topos de cada lamina são aquecidos ao rubro e laminados. Nesta operação o consumo energético é de 2.000 MJ term /ton e de 70 kwh elec /ton. Após dobra ou laminagem, ambas as laminas (de olhal e de laminagem) são sujeitas a um tratamento térmico de tempera e revenido, obrigando a um consumo especifico de 4.000 MJ term /ton. A colocação dos grampos na mola corresponde à operação de montagem. Os grampos são adquiridos ao exterior, com um consumo especifico semelhante ao aço. A operação de montagem tem um consumo energético desprezável. Seguidamente, as molas são testadas mecanicamente na operação de ensaio, sendo 2% rejeitadas por quebra. Igualmente, não é de considerar consumo energético nos ensaios. A ultima operação consiste na pintura, com um consumo especifico de 10 kwh elec /ton. a) Desenhe o diagrama de blocos do processo descrito. b) Determine o consumo especifico do fabrico de molas para cada forma de energia final. c) Considerando que a percentagem mássica de grampos se mantém em %, deduza a dependência do consumo especifico em relação à % mássica de lamina de olhal numa mola. Aula # P7 : Análise de sistemas energéticos - 2 Slide 2 of 3
a) 1 2 Corte 3 4 Dobra Lami 6 T.Térm 7 Mont. 8 Ensaio 9 Pint. 10 Resolução b) Criam-se as tabelas dos CE, c, f e escrevem-se as equações Electr. Térmico c kwh MJ Aço 100 1000 Grampos 100 1000 1 Corte 100 0,983 Dobragem 40 1000 1 Laminagem 70 2000 1 T.Térmico 4000 1 Montagem 1 Ensaio 0,980 Pintura 10 1 Fluxo f 1 0,00 0,211 6 0,789 1 0,00 7 0,90 CE 10 =CE P + CE 9 CE 9 = CE E +CE 8 /c E CE 8 =CE M +(f 7 CE 7 +f 2 CE 2 ) CE 7 =CE T + (f CE +f 6 CE 6 ) CE =CE D +CE 3CE3=CEC+CE1/cC CE 6 =CE L + CE 4 CE 4 =CE 3 Substituindo obtém-se CE10 elec =1.724 kwh/ton CE10 térm =21.16 MJ/ton c) CE10 f 7 (CE - CE 6 ) = f c E Aula # P7 : Análise de sistemas energéticos - 2 Slide 3 of 3
Enunciado Problema: Pintura de chapas Considere uma linha de pintura de chapas metálicas. A linha tem inicio na operação de lavagem, que consiste numa lavagem das chapas com água quente para retirar o óleo que protege as chapas da oxidação. O óleo representa 2% do peso das chapas à entrada na operação, sendo enviado para uma ETAR. As chapas saem molhadas da operação de lavagem, calculando-se que a água represente % do seu peso à saída. Segue-se a operação de secagem, onde toda a água é evaporada. As chapas são pintadas na operação de pintura, na proporção de 1 kg de tinta por cada 20 kg de chapa a pintar. Após a pintura, as chapas pintadas dirigem-se ao forno, operação forno, onde a tinta é polimerizada a uma temperatura de 180ºC. Nesta operação a componente de solvente existente na tinta liberta-se, saindo para o exterior por chaminé. O solvente representa metade do peso da tinta. Após a polimerização, as chapas são inspeccionadas na operação de verificação, recebendo uma 2ª pintura % das chapas. Para tal, as chapas com defeito sofrem uma operação de tratamento, após o que são enviadas directamente para a operação de pintura. Despreze o peso em tinta destas chapas. Nestas condições responda às seguintes questões: a) Represente o problema segundo um esquema de diagrama de blocos b) Escreva as expressões e determine o consumo específico do produto final. Abreviatura Consumo Especifico Electricidade (kwh/ton) Gás natural (m3/ton) Lavagem L 2 20 Secagem S 2 10 Pintura P 0 Forno F 0 Verificação V 0 0 ETAR E 3 0 Tratamento T 2 Aula # P7 : Análise de sistemas energéticos - 2 Slide 4 of 3
a) Resolução A operação de limpeza pode ser considerada um tratamento caso seja independente do processo de reciclagem, i.e., sem reciclagem esta operação continuaria a ser necessária/obrigatória. b) CE 4 =CE V +CE 3 / c V + r V CE t T CE 3 =CE P + (f 2 CE 2 + f 6 CE 6 ) / c P CE 6 =0 CE 2 =CE L +CE 1 /c L +r L CE t E c L =0,98 r L =0,02 c P =1 c V =0,9 r V =0,0 CE 1 =0 (por falta de dados) f 2 =0,9 f 6 =0,0 Cálculo para a electricidade: CE 2 =2+0+0,02 x 3 = 2,06 CE 6 =0 CE 3 =+ (0,9 x 2,06+ 0) / 1 = 6,96 CE 4 =0+6,96/0,9+0,0 x 2 = 7,42 kwh/ ton Aula # P7 : Análise de sistemas energéticos - 2 Slide of 3