UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO
Departamento de Engenharia Mecânica
DEM/POLI/UFRJ
PRÉ-SELEÇÃO DE UM COMPRESSOR ATRAVÉS DA SIMULAÇÃO TERMOHIDRÁULICA DA LINHA DE TRANSPORTE DE GÁS YACUIBA-RIO GRANDE COM O
SOFTWARE PIPELINE STUDIO GAS NETWORK SIMULATOR
Igor Roberto Emanuel da Silva Patrocinio
Projeto de Graduação apresentado ao curso de
Engenharia Mecânica da Escola Politécnica da
Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte
dos requisitos necessários à obtenção do título de
Engenheiro Mecânico.
Orientador: Reinaldo de Falco
RIO DE JANEIRO, RJ – BRASIL
AGOSTO DE 2014
i
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO
Departamento de Engenharia Mecânica
DEM/POLI/UFRJ
PRÉ-SELEÇÃO DE UM COMPRESSOR ATRAVÉS DA SIMULAÇÃO TERMOHIDRÁULICA DA LINHA DE TRANSPORTE DE GÁS YACUIBA-RIO GRANDE COM O
SOFTWARE PIPELINE STUDIO GAS NETWORK SIMULATOR
Igor Roberto Emanuel da Silva Patrocinio
PROJETO FINAL SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO DEPARTAMENTO DE
ENGENHARIA MECÂNICA DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL
DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A
OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO MECÂNICO.
Aprovado por:
________________________________________________
Prof. Reinaldo de Falco, Eng.
________________________________________________
Prof. Fernando Augusto N. Castro Pinto, Dr.-Ing.
________________________________________________
Prof. Silvio Carlos Anibal de Almeida, D. Sc.
RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL
AGOSTO DE 2014
ii
Silva Patrocinio, Igor Roberto Emanuel da.
Pré-seleção de um compressor através da simulação termohidráulica da linha de transporte de gás Yacuiba-Rio Grande com o
software pipeline studio gas network simulator/ Igor Roberto Emanuel
da Silva Patrocinio – Rio de Janeiro: UFRJ/ Escola Politécnica, 2014.
viii, 52 p.: il.; 29,7 cm.
Orientador: Reinaldo de Falco.
Projeto de Graduação – UFRJ/ POLI/ Engenharia Mecânica,
2014.
Referências Bibliográficas: p. 50-52.
1. Pré-seleção de compressor. 2. Simulação termo-hidráulica. 3.
Pipeline Studio gas network simulator. 4. Yacuiba – Rio Grande. 5.
Dutos I. de Falco, Reinaldo. II. Universidade Federal do Rio de
Janeiro, Escola Politécnica, Engenharia Mecânica. III. Pré-seleção de
um compressor através da simulação termo-hidráulica da linha de
transporte de gás Yacuiba-Rio Grande com o software pipeline studio
gas network simulator
iii
Agradecimentos
Agradeço primeiramente a Deus por tudo que fui, sou e serei.
A meus pais, Roberto da Silva Patrocinio e Ângela Maria por terem dedicado seu tempo e
esforços para que eu pudesse seguir meus sonhos.
À minha avó Maria Antônia que com sua bondade e sabedoria sempre me aconselha a ser
justo e honesto.
Aos meus avós paternos, in memorian, Geraldo e Eva, que mesmo não presentes fisicamente,
seus ensinamentos são levados por toda a vida em seu neto.
Ao Marcelo Teixeira, gerente da área de dutos terrestres da Petrobras, por ter me aceitado
nessa grande família que é o EDUT (Engenharia de Dutos).
Ao Sergio Furley, meu supervisor do estágio no EDUT, que com paciência sempre foi solícito
às minhas dúvidas e sempre me dá suporte a novos patamares.
Ao Luis Carvalho e Fernando Scofield, professores do EDUT, em que sempre posso contar
para aprender ainda mais.
A Claudia Leite e Lindemberg Faria que com sua alegria fazem o cotidiano de trabalho mais
leve.
Ao Bruno Cosso e todos meus amigos e amigas tanto que não citei aqui mas que trilharam por
essa longa caminhada que é a faculdade e partilharam alegrias e tristezas e que me mostraram que
eu não estou sozinho nessa jornada.
E por fim agradeço a todos que passaram em minha vida seja positivamente ou negativamente
pois cada um foi fundamental para que hoje eu pudesse estar na que considero a melhor
faculdade do país, a UFRJ, e que estou a dar mais um passo em direção a um dos meus sonhos
que é me formar em engenharia mecânica.
iv
A maior recompensa para o trabalho do homem não é o que ele ganha com isso, mas o que
ele se torna com isso.
John Ruskin.
v
Resumo do Projeto de Graduação apresentado ao DEM/UFRJ como parte dos requisitos
necessários para obtenção do grau de Engenheiro Mecânica.
PRÉ-SELEÇÃO DE UM COMPRESSOR ATRAVÉS DA SIMULAÇÃO TERMOHIDRÁULICA DA LINHA DE TRANSPORTE DE GÁS YACUIBA-RIO GRANDE COM O
SOFTWARE PIPELINE STUDIO GAS NETWORK SIMULATOR
Igor Roberto Emanuel da Silva Patrocinio
Agosto/2014
Orientador: Reinaldo de Falco
Curso: Engenharia Mecânica
Este trabalho tem como objetivo a pré-selecionar um compressor para uma estação de
compressão. Uma das motivações para o desenvolvimento desse projeto foi o de fazer um
approach do trabalho realizado no setor de dutos até a pré-seleção de um compressor. Por se
tratar de uma análise onde mais de um setor é dedicado ao projeto do duto, simulação do
escoamento, viabilidade econômica e pré-seleção do compressor, este projeto apresenta
simplificações necessárias e que visam demonstrar como é feito desde o cálculo do diâmetro dos
dutos e sua espessura até a escolha do compressor. Por pré-seleção se entende que é uma escolha
preliminar, realizada através do contato com fabricantes e cálculos a fim de encontrar um
compressor que se enquadre nos dados de processo gerados pela simulação. Este trabalho contará
com softwares especializados como o pipeline studio gas network simulator, UNISIM e suporte
aos cálculos efetuados através do MathCad.
vi
Abstract of Undergraduate Project presented to DEM/UFRJ as a part of fulfillment of the
requirements for the degree of Mechanical Engineer.
PRE-SELECTION OF A COMPRESSOR THROUGH THERMAL HYDRAULIC
SIMULATION OF A LINE OF GAS TRANSPORT YACUÍBA-RIO GRANDE WITH THE
SOFTWARE PIPELINE STUDIO GAS NETWORK SIMULATOR
Igor Roberto Emanuel da Silva Patrocinio
August/2014
Advisor: Reinaldo de Falco
Course: Mechanical Engineering
This study aims to pre-select a compressor for a compression station. One of the
motivations for the development of this project was to make an approach to the pipeline industry
to pre-select a compressor. Because it is an analysis where more than one sector is dedicated to
duct design, flow simulation, economic feasibility and pre-selection of the compressor, this
design features necessary simplifications and seeking to show how it's done from the calculation
of the diameter and thickness of the ducts to the choice of the compressor. For pre-selection
means that it is a preliminary choice made by contacting manufacturers and calculations in order
to find a compressor that fits the data generated by the simulation process. This study will work
with specialized software such as Pipeline Studio gas network simulator, UNISIM and support
calculations performed by MathCad.
vii
Sumário
Capítulo 1
– Introdução ........................................................................................................... 1
1.1
Objetivo ......................................................................................................................... 1
1.2
Estrutura do Trabalho ................................................................................................. 1
Capítulo 2
– Referencial Teórico ............................................................................................ 2
2.1
Compressores ................................................................................................................ 2
2.1.1
Introdução ..................................................................................................................... 2
2.1.2
Classificação .................................................................................................................. 2
2.2
Compressores Centrífugos ........................................................................................... 3
2.2.1
Características .............................................................................................................. 3
2.2.2
Limites de Operação ..................................................................................................... 3
2.2.3
Triângulo de Velocidades ............................................................................................. 6
2.3
Componentes dos Compressores Centrífugos ............................................................ 9
Capítulo 3
– O Simulador Pipeline Studio ........................................................................... 13
3.1
Apresentação ............................................................................................................... 13
3.2
Fundamentação e Fórmulas....................................................................................... 15
3.2.1
Condições Padrões ...................................................................................................... 15
3.2.2
Temperatura ............................................................................................................... 15
3.2.3
Vazão volumétrica padrão e de fluxo ........................................................................ 16
3.2.4
Regimes de escoamento .............................................................................................. 17
Capítulo 4
4.1
– Simulação e geração dos dados de processo ................................................... 18
Apresentação do Setor de Dutos no Brasil ............................................................... 18
viii
4.2
Gasoduto Yacuiba-Rio Grande ................................................................................. 23
4.3
Características do Gasoduto ...................................................................................... 24
4.4
Características do Gás Natural ................................................................................. 26
4.5
Pressões ........................................................................................................................ 26
4.6
Temperatura ............................................................................................................... 27
4.7
Velocidade de Escoamento do Gás ............................................................................ 27
4.8
Espessura dos Dutos ................................................................................................... 28
4.8.1
Tensão Mínima de Escoamento (Sy) ......................................................................... 28
4.8.2
Fator de Projeto (F) .................................................................................................... 29
4.8.3
Fator de Eficiência da Junta (E)................................................................................ 30
4.8.4
Fator de Temperatura (T).......................................................................................... 30
4.8.5
Seleção da Espessura .................................................................................................. 32
4.9
Escolhendo o Melhor Cenário ................................................................................... 32
4.9.1
Caso 1: Operando Sem Estação de Compressão...................................................... 33
4.9.2
Caso 2: Operando Com 1 Estação de Compressão .................................................. 35
4.9.3
Caso 3: Operando Com 2 Estações de Compressão ................................................ 36
4.9.4
Comparativo Entre Todos os Casos .......................................................................... 38
4.10
Geração dos Pontos de Trabalho da Estação Compressora ................................... 39
Capítulo 5
– Seleção de um compressor real ....................................................................... 43
5.1
Cálculo do compressor ............................................................................................... 43
5.2
Compressor indicado pelo fabricante ....................................................................... 45
Capítulo 6
– Conclusão .......................................................................................................... 48
ix
Capítulo 7
– Referência Bibliográfica .................................................................................. 50
APÊNDICE A — Cálculo da espessura dos dutos ......................................................................... I
APÊNDICE B — Velocidade de erosão do gás........................................................................ XVIII
APÊNDICE C — Custos dos dutos ............................................................................................ XXI
APÊNDICE D — Cálculo da instalação e operação ....................................................................XLI
APÊNDICE E — Comparativo entre os valores totais dos custos do duto ............................ XLVIII
APÊNDICE F — Cálculo do Compressor Pelo Método N ...........................................................LII
x
Capítulo 1
– Introdução
1.1 Objetivo
Este trabalho tem o objetivo de fazer uma análise termo-hidráulica de uma linha de
transporte de gás. Mais concretamente do gasoduto Yacuiba-Rio Grande, onde será utilizado o
software pipeline studio para a análise do comportamento do gás.
Com esse intuito, será realizado o projeto básico de simulação do escoamento do
gás estudado a fim de obter os dados necessários para a seleção do melhor compressor para as
estações compressoras. Em um primeiro momento serão simuladas condições teóricas de vazão,
pressão requerida e algumas configurações de layout da linha com o intuito de levantar os pontos
de trabalho de um compressor genérico no software. No segundo momento, os pontos de trabalho
levantados pelo software serão usados para selecionar um compressor real pesquisado em uma
empresa do ramo.
1.2 Estrutura do Trabalho
No capítulo 2 deste trabalho é feita uma revisão teórica referente à classificação e
características dos compressores centrífugos como os limites de operação, componentes e cálculo
teórico do head.
No capítulo 3 encontram-se descritas as técnicas e principais fórmulas utilizadas pelo
software utilizado, Pipeline Studio para o cálculo de simulação de gasoduto.
No quarto capítulo é apresentada brevemente a indústria de dutos, vantagens e
desvantagens desse modal seguido do projeto a ser estudado e os dados gerados da simulação.
No quinto capítulo é onde os dados gerados do quarto capítulo serão utilizados para a
escolha de um compressor que seja adequado ao projeto.
No sexto e último capítulo é feita a conclusão do projeto analisando as escolhas e o
resultado final do estudo e das simulações.
Nos apêndices encontram-se as memórias de cálculo e tabelas utilizadas na realização
deste trabalho.
1
Capítulo 2
– Referencial Teórico
2.1 Compressores
2.1.1
Introdução
O propósito da utilização de compressores é o de elevar a pressão de um determinado gás.
Dependendo de uma série de circunstâncias e situações, o aumento de pressão poderá ser a partir
de uma fração de uma libra por polegada quadrada (psi) (ou Pascals) em equipamento de
laboratório para literalmente dezenas de milhares de Pascals em hypercompressores utilizados
para a produção de polietileno.
2.1.2
Classificação
Há dois métodos principais que são usados para comprimir gases. O primeiro método
consiste em comportar um volume de gás e deslocá-lo por ação positiva de um pistão ou
membro; denominam-se essas máquinas compressoras de volumétricos ou deslocamento positivo.
O segundo método usa compressão dinâmica, que é efetuada pelo movimento de elementos
móveis do compressor ou entrada de jatos de gás (que pode ser o mesmo que se deseja ou outro),
que conferem a velocidade para em seguida essa energia cinética ser transformada em pressão.
Esses dois grandes grupos podem ser subdivididos como mostrado na Figura 1.
Figura 1: Tipos de Compressores, REF [1]
Os alternativos utilizam uma câmara de volume variável em que um pistão ligado a uma
biela-manivela comprime o gás recebido pela válvula de admissão até determinada pressão que
faz com que a válvula de descarga se abra e libere o gás.
2
Nos rotativos o rotor é montado dentro de uma carcaça de excentricidade onde as palhetas
ou lóbulos móveis montados no rotor movem-se para dentro e para fora dessas ranhuras. O gás é
comprimido à medida que o volume diminui devido a essa excentricidade do compressor.
Os compressores dinâmicos são máquinas de fluxo contínuo em que o elemento rotativo
ou ejetor acelera o gás. A velocidade é então convertida em pressão, parcialmente no elemento
rotativo e parcialmente pelos difusores e pás do compressor. Os compressores centrífugos são
máquinas dinâmicas onde um ou mais impelidores aceleram o gás. O fluxo principal do gás é
radial. Compressores axiais são compressores onde o fluxo principal do gás é paralelo ao eixo.
Compressores mistos são máquinas dinâmicas que contém impelidores que combinam algumas
características dos compressores axiais e centrífugos.
O foco deste projeto será o de compressores centrífugos, sendo assim, serão definidos
conceitos importantes e explicações acerca desse elemento.
2.2 Compressores Centrífugos
2.2.1
Características
Como explicado anteriormente, o compressor centrífugo acelera o gás para posterior
conversão de parte da energia cinética em pressão. De fato, a operação desse tipo de compressor
se assemelha com o de uma bomba centrífuga. A diferença é que o fluido em questão é
compressível.
O trabalho necessário para fazer a mudança em volume do gás resulta em um aumento da
quantidade de calor sendo transferida para o gás, causando aumento de temperatura. O projeto do
compressor deve levar em conta esse aumento de temperatura a fim de evitar o excesso desta e
acabar por iniciar uma transformação indesejada no gás ou uma temperatura acima do qual o
compressor é capaz de suportar.
2.2.2
Limites de Operação
Além dos limites mecânicos e de projeto, há um limite superior e inferior de operação de
um compressor. São o limite de surge ou stall e stonewall ou choque.
3
Figura 2: Limite de surge em um compressor, REF [2]

Surge: É o limite inferior de operação. Parâmetros relacionados para a
formação do surge é o ângulo de descarga do impelidor, nível de estrangulamento da
válvula de descarga e baixas vazões. Normalmente ocorre em torno de 50% da capacidade
em que se tem máxima eficiência da vazão de projeto sendo que quantos mais estágios o
compressor tiver, a porcentagem da capacidade em relação à vazão de projeto aumenta.
A explicação desse fenômeno é que com a diminuição da vazão e aumento do head
necessário para vencer uma resistência, como uma válvula de descarga muito estrangulada, fica
maior que o head máximo que o compressor pode fornecer. Isso faz com que a contrapressão do
sistema vença a pressão fornecida e há uma inversão de fluxo. Consequentemente, a pressão na
descarga diminui e o compressor consegue fornecer uma vazão maior do qual aquela quando o
surge iniciou. Caso nada seja feito, essa operação ocorrerá ciclicamente podendo ter
consequências sérias para o compressor e ao sistema como:
4

Vibrações, causando empeno do motor, destruição da selagem,
tubulações e impelidor.


Superaquecimento do gás.
Stonewall: É o limite superior de operação. Ocorre quando a velocidade do
gás se aproxima da velocidade do som. Quando o compressor opera em alta vazão e alta
razão de vazão mássica, o compressor não consegue elevar além de determinado ponto
pois ao se aproximar perto da velocidade do som começam a ocorrer ondas de choques
que restringem o escoamento causando uma queda rápida na pressão para um mínimo
aumento na vazão.
Figura 3: Limites de Choke e Surge em um compressor, REF [3]
5
2.2.3
Triângulo de Velocidades
Na figura 5, o triângulo de velocidades é usado para o cálculo do Head em função das
velocidades. Sendo W1 e W2 as velocidades relativas do fluido ao impelidor e V1 e V2 como
velocidades absolutas do fluido e VU1 e VU2 as projeções das velocidades absolutas nas direções
tangenciais.
Figura 4: Triângulo de velocidades de um impelidor, REF [4]
Pelo teorema da variação da quantidade de movimento chega-se à formula do head:
H
1
g


 VU2U2  VU1U1
Equação 1: Head pela equação da quantidade de movimento
Nota-se que o head é função do diâmetro e rotação do impelidor e também da vazão em
volume do fluido.
6
O head real é menor que o ideal devido ao fenômeno de circulação (slip) do fluido entre
as duas palhetas do impelidor.
De acordo com o ângulo β2, o impelidor é denominado como:
β2 < 90º: palhetas para trás
β2 = 90º: palhetas radiais
β2 > 90º: palhetas para frente
Figura 5: Performance teórica de um impelidor e tipos de impelidores quanto à inclinação das palhetas, REF [4]
O ângulo β2 influencia diretamente a potência necessária pelo compressor para uma
determinada vazão. Para uma mesma vazão pode-se notar uma diferença significativa na potência
do compressor como visto na figura 6.
7
Figura 6: Relação potência x vazão de acordo com a inclinação das palhetas, REF [4]
Tirando as perdas por atrito, por choques e outras irreversibilidades do sistema, chega-se à
performance real dos impelidores, exemplificado na figura 7.
Figura 7: H x Q real dos impelidores de acordo com a inclinação das palhetas, REF [4]
8
2.3 Componentes dos Compressores Centrífugos
O compressor centrífugo é composto por vários componentes. Aqui serão abordados
brevemente apenas alguns elementos principais.
Impelidores
É o elemento rotativo do compressor centrífugo munido de pás, como exemplificado pela
figura 8, que transferem a energia mecânica produzida pelo acionador com a finalidade de
aumentar a energia cinética e entalpia do fluido.
Figura 8: Impelidor com palhetas para trás, REF [5]
Os principais métodos de fabricação dos impelidores são através de fresagem e rebites,
fresagem e soldagem, fresagem e brasagem e fundição.
A escolha de cada método varia de acordo com a qualidade aerodinâmica que se deseja do
impelidor, resistência e preço.
Rotor
É o elemento que gira em torno do seu próprio eixo e gera rotação. A energia do
compressor é gerada por um motor elétrico ou qualquer outro sistema que gere potência para
colocar o compressor em funcionamento. É nele onde se encontram montados sobre seu eixo ou
9
ao seu redor: o impelidor, mancais e a caixa do compressor. A figura 9 ilustra um tipo de
compressor e alguns de seus elementos.
Em relação à dinâmica do rotor, uma análise preliminar detalhada nos estágios iniciais do
projeto garante a disponibilidade operacional de compressores centrífugos bem projetados. Essa
análise investiga os seguintes fenômenos de vibração: comportamento da ressonância,
estabilidade e análise torsional.
Um conhecimento preciso desses fatores interrelacionados garantem uma operação livre
de problemas e um alto grau de disponibilidade operacional de grandes compressores centrífugos.
Figura 9: Alguns componentes dos compressores, REF [6]
Mancais, Selagem e Lubrificação
Compressores centrífugos são equipados com dois rolamentos para suportar o peso do
rotor e posicionar o rotor concentricamente dentro dos elementos fixos do compressor. Um
rolamento de esfera também é usado para garantir que o rotor do compressor é mantido na sua
posição axial desejada. O projeto da caixa de mancal é instalado em ambos os lados do disco de
10
rolamento. A posição adequada do rotor axial é assim assegurada independentemente da direção
das forças de pressão axial líquidas atuando sobre o rotor.
Duas categorias distintas de selagem de compressor são usadas :

Selagem interna

Selagem do eixo
Selagem interna visa minimizar as perdas de recirculação interna entre os estágios e em
todo o tambor de equilíbrio. Selagem do tipo labirinto é normalmente utilizada para este
propósito para maximizar a eficiência operacional.
São necessárias selagens de eixo para vedar o gás no interior do compressor, no ponto em
que o eixo do rotor do compressor penetra o casco. Esta vital função da selagem é necessária para
impedir a fuga de gás do processo para o ambiente circundante do compressor. Selagem de gás
seco é o tipo mais usado de vedação do eixo. Selagem usando uma película líquida são usadas às
vezes.
Todos os rolamentos têm uma lubrificação pressurizada de óleo. O sistema de lubrificação
de óleo fornece aos rolamentos um fluxo suficiente a fim de formar uma camada de lubrificante
na superfície e dissipar o calor produzido pelo atrito. O óleo é canalizado centralmente para os
rolamentos. Anéis de retenção instalados em ambos os lados controlam a taxa de descarga de
óleo dos rolamentos através do ajuste do canal de saída. A figura 10 ilustra uma caixa de mancal.
11
Figura 10: Caixa de mancal, REF [5]
12
Capítulo 3
– O Simulador Pipeline Studio
3.1 Apresentação
O simulador utilizado para a realização do projeto final foi o Pipeline Studio(figura 10). O
software foi escolhido por ser referência na área e ter bons resultados para escoamento de
líquidos e de gases em grandes distâncias. Algumas das aplicações onde o software pode ser
utilizado:

Cálculo de vazão;

Projeto de dutos;

Concepção e dimensionamento de uma malha de dutos;

Planejamento estratégico e operacional de capacidade do duto;

Prognóstico operacional;

Cálculo de consumo de combustível;

Análise de surge, etc.
Figura 11: Logo do simulador, REF[7]
O programa resolve a malha empregada através de métodos numéricos implícitos e por
isso há a necessidade de escolher o espaçamento dos nós. O espaçamento utilizado foi o default
do software, 1,6 km ou 1 milha.
13
Figura 12: O software pipeline studio, REF [8]
A seguir podem-se ver alguns gráficos gerados de simulações pelo software como
exemplo dos tipos de resposta que pode ser obtido do simulador.
14
Figura 13: Exemplo de gráficos gerados pelo software (velocidade a jusante e volume de fluido
[‘inventory’] no duto ao longo do tempo), REF [9]
3.2 Fundamentação e Fórmulas
3.2.1 Condições Padrões
Temperatura e pressão padrão
Esta temperatura é usada para converter as condições de vazão em condições de fluxo
(actual flow) para as condições padrões de vazão. A pressão padrão também é usada para
operações análogas. A temperatura e pressão utilizada no projeto foi de 20°C e 0 kgf/cm²g
(gauge).
3.2.2 Temperatura
O modelo hidráulico e pneumático do software requer a entrada de dados de temperatura:

Temperatura Ambiente
A temperatura usada no cálculo da transferência de calor entre o fluido e o meio ao redor.
Para valor de simulação foi utilizado a temperatura de 25°C.
15

Temperatura do fluido
Temperatura especificada para uso em vários cálculos: Equação de estado, densidade,
viscosidade, transferência de calor etc.
No projeto foi utilizado o valor de 47°C para San Alberto e 57°C para San Antônio.
3.2.3 Vazão volumétrica padrão e de fluxo
Já que todos os gases são compressíveis, valores usados para descrever qualquer vazão
volumétrica tem significado apenas para a temperatura e pressão ao qual eles estão
submetidos/medidos. Medições feitas a uma temperatura e pressão podem ser comparadas (ou
convertidas) para valores apropriados em outras condições. As condições padrões foram
mencionas no item 3.3.1.
Como esperado, valores convertidos são denominados ‘padrão’ (standard) e os valores
originais obtidos pela pressão e temperaturas locais são denominados ‘de fluxo’ ou ‘reais’
(actual). A seguir, fórmula 3.1 demonstra o cálculo usado para valores padrões:
(
)
(
)
Equação 2: Transformação dos valores reais ou de fluxo para o padrão
Onde:
Pactual = pressão de fluxo
Pstandard = pressão padrão
Tactual = temperatura de fluxo
Tstandard = temperatura padrão
16
Zactual = compressibilidade em condições de fluxo
Zstandard = compressibilidade em condições padrão
3.2.4
Regimes de escoamento
Em gasodutos três tipos de regimes podem ser definidos:

Turbulento

Parcialmente turbulento ou Transicional

Laminar1
O número de Reynolds é uma fórmula adimensional usada para reconhecer diferentes
regimes de escoamento dependendo do resultado. A fórmula 3.2 mostra como é feito o cálculo do
número de Reynolds e a equação 6, como se desenvolve o fluxo nos diferentes regimes.
Equação 3: Número de Reynolds
Onde:
ρ = densidade do fluido
D = diâmetro interno do duto
u = velocidade média do fluido
μ = viscosidade do fluido
1
Não é típico encontrar um regime laminar em altas vazões encontradas em gasodutos
17
Capítulo 4
– Simulação e geração dos dados de processo
4.1 Apresentação do Setor de Dutos no Brasil
O setor de dutos é uma parte da indústria de petróleo e gás. O transporte dutoviário é a
opção mais utilizada nessa indústria por ser econômica aliado ao fato de se adequar as vazões do
ponto de destino dependendo da necessidade com uma segurança maior por serem enterrados em
sua maior extensão.
Comparando com outros modais ele é o que apresenta o maior custo fixo e o menor custo
variável entre todos os modais2.
Devido ao direito de acesso, construção, mão-de-obra
especializada, necessidade de controle das estações e da capacidade de bombeamento além de
atender às demandas ambientais, áreas para desapropriação, testes em campo e outros fatores são
um dos motivos dele ter o maior custo fixo comparado com outros modais de transporte. Porém
apesar de alto custo inicial, este modal tem a vantagem de não precisar usar embalagens (barris,
por exemplo), tem uma segurança superior, baixo custo de operação, independência em relação
às condições do tempo na sua operação, possibilidade de operar 24 horas por dia e maior
consistência. Só para ter uma ideia comparativa, a figura 14 mostra o que pode ser entregue por
dutos e seu equivalente em caminhões para mostrar o quanto pode ser economizado no longo
prazo em transporte.
2
http://qualidadeonline.wordpress.com/2012/08/14/por-que-no-brasil-o-transporte-dutoviario-e-tao-pequeno/
18
Figura 14: Equivalência do transportado em dutos e em caminhões, REF [10]
Nos Estados Unidos a dutovia representa 20% de acordo com o estudo da COPPEAD
como pode notar na figura 15. O Brasil tem 21 mil km de dutos (16º no ranking mundial) e
grande potencial para exploração desse modal mas infelizmente ainda é tímido o crescimento
(5% no Brasil) e aparentemente com pouco interesse embora esse os dutos levem
desenvolvimento ao país. De acordo com o Plano Nacional de Logística de Transportes (PNLT),
a expectativa é que o modal cresça em torno de 3,6% para 5% em 2025 3. Enquanto de acordo em
entrevista com o diretor da Associação Brasileira de Engenharia Industrial (Abemi) ressalta que
um bom crescimento para esse setor seria algo em torno de 15% a 20% 4.
3
4
http://www.youblisher.com/p/248996-RELATORIO-PNLT-2009/
http://www.cnt.org.br/Paginas/Agencia_Noticia.aspx?n=8413
19
Figura 15: Market-share dos modais Brasil e EUA (TKm), REF [11]
O Brasil possui atualmente o seguinte mapa (figura 16) de sua malha de gasodutos. O gás
natural é importante para as termelétricas (UTEs) do país. Recentemente com a escassez de
chuva, a oferta de gás natural foi essencial para manter o sistema de energia elétrica nesse
período5. Além das UTEs, o gás natural é utilizado no segmento automobilística no consumo de
gás natural veicular (GNV) o restante da parcela no mercado comercial e residencial.
Quanto a futuros projetos, há uma expectativa da ampliação da malha de gasodutos por
parte do governo com um plano conhecido como Pemat, onde há uma estimativa em que a
demanda subirá de 40,6 milhões para 89,7 milhões de metros cúbicos6.
A figura 17 ilustra os principais componentes do sistema de coleta, transmissão e
distribuição de gás natural. Poços de produção de gás natural, dutos de coleta, estações de
compressão (ecomps), dutos de transmissão, estações de processamento de gás natural, estações
de medições, scrapers (lançadores/recebedores de pig), city gates, válvulas reguladoras, válvulas
de bloqueio etc. fazem parte do sistema de transporte desde a produção do combustível em
questão até os clientes.
5
http://www.jb.com.br/economia/noticias/2014/05/05/escassez-de-chuva-fez-consumo-de-gas-natural-baterrecorde-de-23-anos/
6
http://www.valor.com.br/brasil/3395434/governo-mapeia-rede-de-novos-gasodutos-para-atender-demanda-degas
20
Figura 16:Mapa da malha de gasodutos no Brasil, REF [12]
21
Figura 17: Componentes de um sistema de produção, transmissão e distribuição do gás natural, REF [13]
22
4.2 Gasoduto Yacuiba-Rio Grande
Dentre a malha de gasodutos no Brasil, um importante gasoduto é o Gasoduto BolíviaBrasil, também conhecido como Gasbol, um dos maiores da América Latina com
impressionantes 3150 km de extensão onde 557 km ficam em território boliviano e 2593 km em
território brasileiro.
O gasoduto Yacuiba-Rio Grande (GASYRG) é um gasoduto em território boliviano que
liga os campos de San Alberto e San Antonio, localizados em Yacuiba, até a cidade de Rio
Grande em Santa Cruz, onde começa o gasoduto Bolívia-Brasil (figura 18).
Figura 18: Gasyrg e o Gasbol, REF [14]
Esse projeto final tem como objetivo simular esse gasoduto para pré-selecionar um
compressor, tomando como base algumas premissas e simplificações que serão mostradas no
decorrer do projeto.
23
4.3 Características do Gasoduto
O GASYRG recebe o gás no km 0 (San Alberto) e no km 71 (San Antonio) e leva até Rio
Grande que fica aproximadamente 429,4 km de distância de San Alberto. Será considerado no
projeto uma vazão de 10 MSM³(milhões de metros cúbicos)/dia em San Antonio e 20MSM³/dia
em San Alberto. Segue abaixo um esquemático em MSM³/dia.
San Antonio (MSM³/dia)
San Alberto (MSM³/dia)
20
10
Km 429,4
Km 71
Km 0
30 MSM³/dia
10 MSM³/dia
Rio Grande
GASYRG
Certas considerações serão feitas:

Serão feitas uma análise em regime permanente e transiente;

O transiente será feito através de um perfil de consumo genérico a fim de
obter dados de processo que serão posteriormente utilizados na obtenção da curva do
compressor;

Serão considerados na pré-seleção unicamente as estações de compressão
nos dutos de transmissão ou de transporte estando fora do escopo os compressores dos
fornecedores de gás natural ou os utilizados após o ponto de entrega, também conhecido
como city-gate.
24

As vazões em San Alberto e San Antonio são considerações feitas nesse
projeto visando se aproximar de uma vazão de 30 MSM³/dia que está dentro da faixa de
valores quando esse gasoduto foi inicialmente feito7;

Será desconsiderada altitude, cruzamento, travessias, restrições de órgãos
governamentais ou ambientais;

No regime permanente a temperatura será de 25ºC constante;

Condição padrão utilizada: Pressão 0 kg/cm² g, Temperatura de 20ºC.
7
O projeto original tem capacidade de 23 milhões a um máximo de 34 milhões de metros cúbicos como pode
ser visto em: http://www.tenaris.com/shared/documents/files/NL173.pdf
25
4.4 Características do Gás Natural
Tabela 1: Composição molar do gás natural transportado
Composição Molar(%)
Componente
C1
C2
C3
i-C4
n-C4
i-C5
n-C5
n-C6
C7+
C8
C9
N2
CO2
Total
MW (peso molecular)
Massa Específica [kg/m³]
Densidade Específica (specific gravity)
Temperatura [°C]
PCS [MJ/m³]
PCI [MJ/m³]
San Alberto San Antonio
88.455%
89.140%
5.969%
6.340%
2.101%
2.050%
0.344%
0.330%
0.456%
0.440%
0.131%
0.140%
0.084%
0.100%
0.049%
0.050%
0.017%
0.020%
0.005%
0.004%
0.001%
0.001%
0.478%
0.515%
1.910%
0.870%
100.000%
100.000%
18.57
83.44
0.6413
47
40.81
36.88
18.33
77.95
0.6329
57
41.28
37.3
Propriedades do fluido calculadas pelo Unisim Design R410
4.5 Pressões
As simulações consideram como dito anteriormente, o gás fluindo de San Alberto (km 0)
e San Antonio (km 71) com as seguintes pressões:
San Alberto e San Antonio
26

Pressão máxima do Supply ou pontos de fornecimento do gás natural: 100
kgf/cm² a 47ºC e 100 kgf/cm² a 57ºC, respectivamente;
Rio Grande

Pressão mínima requerida para o city-gate: 50 kgf/cm²;
Estações de compressão

Pressão máxima de compressão: 100 kgf/cm².
4.6 Temperatura
San Antonio: 47ºC
San Alberto: 57ºC
Coeficiente global de Transferência de calor do duto: 2,2 W/(m².K)
4.7 Velocidade de Escoamento do Gás
Uma importante análise de restrição no projeto de um duto é a velocidade de escoamento
de gás. É sabido que velocidades muito excessivas acabam erodindo a parede interna do duto
podendo aos poucos comprometer a integridade física do mesmo. Para quantificar a velocidade
máxima foram utilizadas as fórmulas no apêndice B.
A velocidade máxima pôde ser estipulada a mesma para todos os casos devido às
pequenas variações encontradas ao aplicar as fórmulas em cada um. Com isso velocidade
máxima ficou de aproximadamente 18,6 m/s.
Como método de prevenir que tais velocidades ocorram no duto é prudente utilizar
velocidades menores que a velocidade máxima. Algumas recomendações sugerem de 40% a 50%
da velocidade máxima e outras práticas de 11 a 14 m/s que é o utilizado pela TRANSPETRO até
o momento em que esse projeto final foi realizado (2014). Foi escolhido o valor de 12 m/s para
restringir a máxima velocidade de escoamento no regime permanente a fim de ter uma margem
de segurança adequada ao realizar a análise do transiente quando a vazão for alterada ao longo do
tempo.
27
4.8 Espessura dos Dutos
É necessária uma espessura mínima para que a parede dos tubos e demais componentes da
tubulação possam resistir à pressão interna. Para isso foi usada a norma ABNT 12712 “Projetos
de sistemas de transmissão e distribuição de combustível” para o cálculo da espessura requerida
de parede que também está em conformidade com a norma internacional ASME B31.8 “Gas
Transmission and Distribution Piping Systems”. A referida fórmula se encontra no apêndice A e
é descrita por:
Equação 4: Fórmula da espessura
Onde:
e= espessura requerida de parede (mm)
P= pressão de projeto (kPa)
D= diâmetro externo (mm)
Sy= tensão mínima de escoamento especificada para o material (kPa).
F= fator de projeto
E= fator de eficiência da junta
T= fator de temperatura
Valores de Sy, F, E e T serão mostrados como são selecionados nos subcapítulos
subsequentes.
4.8.1 Tensão Mínima de Escoamento (Sy)
28
Existem vários tipos de aço no mercado, porém foi determinado nesse projeto o aço API
5L gr. X70. Esse aço tem uma tensão mínima de 70000 psi como pode ser verificado na figura 19
que mostra uma parte da tabela do anexo D da norma ABNT 12712.
Figura 19: Tensão mínima de escoamento especificada de materiais para tubos, REF [15]
4.8.2 Fator de Projeto (F)
O fator de projeto é o grau de segurança estrutural que o gasoduto deve ter para suportar
os possíveis danos externos causados pelas diversas ações construtivas que ocorrem durante a
instalação da infraestrutura de serviços.
Da definição da própria norma brasileira NBR 12712, a classe de locação é a um
parâmetro que traduz o grau de atividade humana capaz de expor o gasoduto a danos causados
pela instalação de infraestrutura de serviços, tais como drenagem pluvial, esgoto sanitário, cabos
elétricos e telefônicos, tráfegos rodoviário e ferroviário entre outros.
O fator de projeto é assim determinado em função da classe de locação conforme
mostrado abaixo na figura 20:
29
Figura 20: Classe de locação/ Fator de projeto, REF [15]
Esse projeto final tem como premissa utilizar uma média ponderada das classes de
locação no cálculo hidráulico no simulador já que não serão consideradas a geografia,
distribuição populacional, travessias e cruzamentos. Será adotado 60% para a classe de locação 1,
30% para a classe de locação 2 e 10% para a classe de locação 3.
Na análise dos custos, para se aproximar mais do valor real, foi calculada separadamente
a espessura de cada trecho do duto para estimar melhor o custo total destinado ao preço de cada
caso. Ambos valores (média ponderada ou separados) se encontram no apêndice A.
4.8.3 Fator de Eficiência da Junta (E)
De acordo com a norma ABNT 12712, esse fator deve ser considerado unitário para todos
os tubos cujas normas de fabricação são aceitas por essa norma. Como os tubos se encaixam
nessa descrição, portanto E=1.
4.8.4 Fator de Temperatura (T)
O fator de temperatura deve ser determinado conforme figura 21 a seguir:
30
Figura 21: Fator de temperatura, REF [15]
31
4.8.5 Seleção da Espessura
Feito o cálculo da espessura mínima, é feita a seleção de uma espessura maior e mais
próxima da mínima através de tabelas normalizadas. A norma utilizada foi a ASME B36.10
“Welded and seamless wrought steel pipe”, ilustrada na figura 22 abaixo.
Figura 22: Tabela de dimensões e pesos dos tubos de aço, REF [16]
4.9 Escolhendo o Melhor Cenário
Para construir um duto é necessário escolher o cenário que tem o menor custo possível.
Dentro dessa análise entram os valores do investimento, montagem e construção, construção das
estações de compressão (ecomps), passagem de pig (pipeline inspection gauge) de tempos em
tempos e consumo de combustível ao longo dos anos pelas ecomps. Os dados mais relevantes
foram listados e calculados nas planilhas do apêndice C.
Na tabela abaixo está listado os valores comuns a todos os casos:
Tabela 2: Tabela dos valores comuns a todos os casos
Rugosidade
micrômetro
9
Espaçamento dos
nós (knot)
km
1,60934 (1 milha)
Equação dos gases
Colebrook
Fator de arraste
(Drag Factor)
0,96
32
4.9.1 Caso 1: Operando Sem Estação de Compressão
Nesse caso, foi simulado em qual espessura e diâmetro o duto teria que ter para que fosse
possível obter até o ponto de entrega em Rio Grande a pressão de 50 kgf/cm² sem que
transgredisse a velocidade de 12 m/s no regime permanente.
A seguir são mostradas a tabela dos valores que foram obtidos e os gráficos que
confirmam a viabilidade de tais diâmetros e espessura dos dutos.
Tabela 3: Diâmetro e espessura do caso 1
Diâmetro interno
in (polegadas)
34,876
Espessura
in (polegadas)
0,562
Pressure/Velocity/Temperature Profile
Pipe0001 to Pipe0002
Pressure
Temperature
Velocity
26,0
100
10
25,8
95
9
25,6
90
8
25,4
75
6
70
5
65
60
25,2
25,0
24,8
4
24,6
3
24,4
2
24,2
55
Temperature (Deg C)
7
80
Velocity (m/s)
Distance
87.742
Pressure
97.491
Velocity
4.846
Temperature25.000
Pressure (kg/cm2g)
85
50
24,0
0
100
200
300
Distance (km)
400
Figura 23: Perfil de Pressão, velocidade e temperatura do caso 1
33
Tendo em posse as informações do duto é possível agora calcular os custos referentes à
sua construção, instalação e manutenção. A tabela 4 resume os valores do apêndice C do
investimento total para o caso 1 em milhões de dólares (MM US$):
Tabela 4: Investimento total para o caso 1
INVESTIMENTO
Contrução e montagem
577.594
MM US$
Tubos
347.920
MM US$
Estação de Compressores
0.000
MM US$
City-Gates
2.200
MM US$
Válvulas de bloqueio
0.188
MM US$
Lançadores/recebedores de pigs
0.102
MM US$
62.336
MM US$
990.340
MM US$
99.034
MM US$
1,089.374
MM US$
Outros
Subtotal
Projeto, administração e apoio
Total
Além desses valores é necessário somar os custos operacionais e de consumo de
combustível ao longo dos anos. Foi considerada uma vida útil de 20 anos. Para que essa conta
seja possível é necessário que todos os valores estejam em um mesmo patamar. Sabe-se que o
dinheiro não tem o mesmo valor ao longo do tempo, então uma quantia gasta hoje não terá o
mesmo valor no futuro. Logo, foi usado o valor presente8 levando todos os valores para o
mesmo ano (ano 0) sendo corrigido os valores de outros anos pela taxa de retorno que foi
considerado de 15% a.a. para todos os casos. O cálculo do custo operacional e o custo total do
duto considerando todos os custos ao longo dos 20 anos estão no apêndice D e E
respectivamente. Para o caso 1 o custo total foi de 1205,37 MMUSD ou aproximadamente 1,21
bilhões de dólares.
8
Valor presente (present value) - é a estimativa do valor corrente de um fluxo de caixa futuro, no curso normal
das operações da entidade. Tal fluxo de caixa pode estar representado por ingressos ou saídas de recursos. http://www.portaldecontabilidade.com.br/tematicas/ajusteavalorpresente.htm
34
4.9.2 Caso 2: Operando Com 1 Estação de Compressão
Mantendo a mesma análise anterior obtiveram-se os seguintes valores de diâmetro,
espessura e gráficos para o caso 2:
Tabela 5: Diâmetro e espessura do caso 2
Diâmetro interno
in (polegadas)
32,876
Espessura
in (polegadas)
0,562
Pressure/Velocity/Temperature Profile
Pipe0001 to Pipe0003
Pressure
Velocity
Temperature
100
26,0
11
95
25,8
10
25,6
90
25,4
80
7
75
6
70
25,2
25,0
24,8
5
65
Temperature (Deg C)
8
Velocity (m/s)
Distance
125.097
Pressure
91.265
Velocity
5.880
Temperature 25.000
Pressure (kg/cm2g)
9
85
24,6
4
60
3
55
2
50
24,4
24,2
24,0
0
100
200
300
Distance (km)
400
Figura 24: Perfil de pressão, velocidade e temperatura para o caso 2
Nesse caso já tem o diferencial da instalação da estação de compressão, operadores e
consumo de gás. O investimento total é descrito a seguir:
35
Tabela 6: Investimento total para o caso 2
INVESTIMENTO
Contrução e montagem
567.805
MM US$
Tubos
308.209
MM US$
15.388
MM US$
City-Gates
2.200
MM US$
Válvulas de bloqueio
0.188
MM US$
Lançadores/recebedores de pigs
0.102
MM US$
60.289
MM US$
954.180
MM US$
95.418
MM US$
1,049.599
MM US$
Estação de Compressores
Outros
Subtotal
Projeto, administração e apoio
Total
Somando-se os valores presentes de todos os custos como pode ser observado no apêndice
E, o custo total para o caso 2 é de 1174,96 MMUSD ou de 1,17 bilhões de dólares.
4.9.3 Caso 3: Operando Com 2 Estações de Compressão
Continuando a análise para o caso 3 com 2 estações de compressão os melhores diâmetros
e espessura foram as seguintes:
Tabela 7: Diâmetro e espessura do caso 3
Diâmetro interno
in (polegadas)
31
Espessura
in (polegadas)
0,5
36
Pressure/Velocity/Temperature Profile
Pipe0001 to Pipe0004
Pressure
Velocity
Temperature
100
95
25,8
10
25,6
9
25,4
8
25,2
85
80
7
75
6
70
5
65
4
60
3
55
2
25,0
24,8
Temperature (Deg C)
11
Velocity (m/s)
Distance
185.039
Pressure
94.629
Velocity
6.347
Temperature 25.000
Pressure (kg/cm2g)
90
26,0
12
24,6
24,4
24,2
24,0
0
100
200
300
Distance (km)
400
Figura 25: Perfil de pressão, velocidade e temperatura para o caso 3
O investimento total para esse caso está mostrado a seguir:
Tabela 8: Investimento total para o caso 3
INVESTIMENTO
Contrução e montagem
600.929
MM US$
Tubos
267.543
MM US$
36.277
MM US$
City-Gates
2.200
MM US$
Válvulas de bloqueio
0.188
MM US$
Lançadores/recebedores de pigs
0.102
MM US$
61.090
MM US$
968.328
MM US$
96.833
MM US$
1,065.161
MM US$
Estação de Compressores
Outros
Subtotal
Projeto, administração e apoio
Total
37
Todos os custos referentes ao investimento, custo operacional e consumo de gás estão
listados e calculados no apêndice D e E e totalizam 1214,40 MMUSD ou 1,21 bilhões de dólares.
4.9.4 Comparativo Entre Todos os Casos
Após toda a análise dos custos totais de cada caso é necessário observar aquele que teve o
menor custo para prosseguir uma análise do transiente e posterior pré-seleção do compressor. A
seguir são mostradas uma tabela dos custos totais e referente gráfico.
Tabela 9: Custos totais de cada caso
Caso
Caso 1
Caso 2
Caso 3
Custo Total
1205.37 MMUSD
1174.96 MMUSD
1214.40 MMUSD
Custos totais
1220,00
1210,00
MMUSD
1200,00
1190,00
1180,00
1170,00
1160,00
1150,00
Caso 1
Caso 2
Caso 3
Figura 26: Gráfico comparativo dos custos de cada caso
Portanto, o caso 2 será o escolhido para continuar a análise por ser o de menor custo total.
38
4.10
Geração dos Pontos de Trabalho da Estação Compressora
Agora é necessário obter a faixa de operação da estação compressora e para isso será
aplicado um perfil de consumo genérico por 4 semanas ilustrado pela figura 27.
33
32
31
MSM3/D
30
29
28
27
26
25
0
100
200
300
400
500
600
700
Elapsed Time (hours)
Figura 27: Perfil de consumo de Rio Grande
Dessa vez foram consideradas a variação de temperatura ao longo do duto onde foi
estipulado um coeficiente de transferência de calor de 2.5 W/m².K e que pode ser verificado seu
efeito no duto após a estação de compressão juntamente com a pressão e velocidade na figura 28 ,
29 e 30.
39
25
24
23
22
DEG C
21
20
19
18
17
16
15
14
0
100
200
300
400
Elapsed Time (hours)
500
600
700
Figura 28: Variação da temperatura de acordo com o perfil de consumo
70
65
KG/CM2G
60
55
50
45
0
100
200
300
400
Elapsed Time (hours)
500
600
700
Figura 29:Variação de pressão de acordo com o perfil de consumo
40
14
13
12
M/S
11
10
9
8
7
0
100
200
300
400
Elapsed Time (hours)
500
600
700
Figura 30: Variação da velocidade do gás de acordo com o perfil de consumo
Nota-se que os valores da temperatura estão aceitáveis, a pressão chega a cair em torno de
42 kgf/cm², mas não interfere no projeto visto que isso já era esperado pois a pressão nos clientes
costumam operar em torno de 35 kgf/cm² ou menos, tendo portanto uma boa margem de
segurança de operação no duto. Quanto à velocidade, ela chega a picos de 14,4~14,5 m/s abaixo
do valor calculado de 18,47 m/s no apêndice B e, igualmente aprovado no quesito velocidade do
projeto.
Com todos os dados validados é necessário gerar uma curva head x vazão dos dados do
simulador para posterior pré-seleção dos possíveis compressores. A figura 31 mostra a nuvem de
pontos gerada que será utilizada na seleção dos compressores no próximo capítulo.
41
Head x Vazão
24
22
Head (kN.m/kg)
20
18
Transiente
16
Condição Normal
14
12
10
1
1,05
1,1
1,15
1,2
1,25
1,3
Vazão (MSM3/h)
Figura 31: Curva Head (kN.m/kg) x Vazão(MSM3/h ou milhões de metro cúbicos standard) da Estação
Compressora
42
Capítulo 5
– Seleção de um compressor real
5.1 Cálculo do compressor
O primeiro passo é transformar os pontos de Head x Vazão anteriores e transformá-los
para as condições de sucção do compressor. Após o tratamento dos dados o Head x Vazão da
simulação se encontra abaixo:
Head x Vazão
25
22,5
Head(kN.m/kg)
20
17,5
Transiente
Condição Normal
15
12,5
10
10000
11500
13000
14500
Vazão(m3/h)
Figura 32: Head x Vazão de 1 compressor
A seguir, o resumo dos dados utilizados para a pré-seleção do compressor:
Tabela 10: Dados usados para a pré-seleção do compressor
Pressão de sucção
Temperatura de sucção
Vazão mássica
Vazão volumétrica real de sucção
Head
Massa molar
Composição molar do gás
82,9 kgf/cm2
32,7 °C
0,97 milhão de kg/h
13542 m3/h
22,2 kN.m/kg
18,4 kmol/kg
Vide tabela no apêndice F
43
O segundo passo é fazer um cálculo do compressor para ter uma noção do que é esperado
dos fabricantes. Para isso foi utilizado o método N de um manual da fabricante Elliot. A memória
de cálculo encontra-se no APÊNDICE F. Os dados mais relevantes estão na tabela a seguir:
Tabela 11:Resultados encontrados pelo método N
Frame
29 M
Head máximo por
estágio
30 kN.m/kg
Nº de estágios
1
Temperatura de
descarga
49,7ºC
44
5.2 Compressor indicado pelo fabricante
Além do manual da Elliot, a empresa The Atlas Copco Group prestou auxílio em
elaborar uma proposta com os dados da simulação. O resultado segue a seguir:
Figura 33: Recorte da tabela emitida pelo fabricante Atlas Copco
45
P R E D I C T E D, curves shape and surge margin are not binding
Suction at compressor flange - Discharge at compressor flange
Order No. : preselecti
Code word :
Customer : Petrobras
Type
:
Gas handled :
Molar mass : 18.34 kg/kmol
Isen. Exp. : 1.426 -
Performance Map valid for:
Suction press.
:
Suction temp.
:
81.30
34.00
bar
COSEL-DESIGN
degC
Cooling Water temp.:
Rel. Humidity :
1
0
0
.
0
53C55E63 FBarata 15-JUL -2014 0
Turbocompressor Performance Map
96.
00
92.00
-40.0 -20.00.020.0
88.00
Discharge
A_DES
-60.0
5.000
1
3
5
0
0
84.0
0
-75.0
7.000
9.000
11.00
13.00
17.00
15.00
x 10^ 3
19.00
21.00
19.00
21.00
10.00
3
Suction volume flow [m3/h]
20.0
0.0
7218
A_DES
-20.0
6.000
-40.0
-60.0
13500
-75.0
2.0
00
COMAP 4.3 @ Oct 2008 / DB E4.4 @ Mar11
4
.
0
0
0
Coupling
power
[kW
]
8
.
0
0
0
x
10^
Copyrigh
© 2014 Atlas
All rights reserved. t
Copco Energas GmbH.
pressure(ab
s)
[bar]
98.10
Zz
5.000
Control method : I G V
Reference Speed: 7091.
7.000
9.000
11.00
13.00
15.00
x 10^ 3
Suction volume flow [m3/h]
Contact : IGOR
Recomm. driver power : n/a
1/min
Max discharge press.(abs): n/a
Date : 15-JUL-2014
17.00
Page :
Rev. :
Figura 34: Curvas do fabricante Atlas Copco
46
O fabricante escolheu um compressor centrífugo com palhetas móveis. Um resumo dos
dados obtidos pelos dados enviados pelo fabricante:
Tabela 12: Principais resultados do fabricante Atlas Copco
Modelo
Rotação
Temperatura de descarga
Número de estágios
Diâmetro do impelidor
Potência requerida
Potência do motor
GT063T1D1
3600 rpm
49,7ºC
1
571 mm
7,2 MW
7,9 MW
Comparando com o método N, os dados calculados condizem com os do fabricante Atlas
Copco.
47
Capítulo 6
– Conclusão
O presente projeto final percorreu desde a seleção do material, escolha do diâmetro e
espessura aliando o ponto de vista econômico com o técnico. O projeto original do gasoduto
Yacuiba-Rio Grande contou com 4 estações compressoras (ver figura 35) enquanto analisando
sob esse projeto final só foi viável economicamente apenas 1 estação compressora.
Figura 35: Gasyrg e o Gasbol, REF [14]
A explicação é que o preço do gás natural (figura 36) cresceu muito em comparação a outros
custos. O cenário atual é muito diferente do que foi no da construção do Gasyrg. Custos de
construção e montagem, preço do aço e outros sofreram um aumento expressivo também. Uma
obra dessas proporções costuma obter incentivos fiscais dos governos e nessa análise os preços
foram os praticados atualmente já com impostos embutidos. O comparativo pode ser visto na
tabela abaixo que traz o valor do investimento original com o realizado no estudo nos valores
atuais.
Tabela 13:Comparação entre os valores dos investimentos
Comparação entre investimentos em valor presente
Análise realizada
Projeto original
US$ 1,17 bilhão
US$ 518 milhões
48
Figura 36: Comportamento dos preços do gás natural no mercado europeu, asiático e norte-americano, REF [28]
Por fim, tanto a simulação quanto o compressor do fabricante estão alinhados com o que era
esperado na ordem de grandeza e atendem às necessidades do projeto final.
49
Capítulo 7
– Referência Bibliográfica
[1]Elementos
Electropneumáticos.
Disponivel
em:
<http://essl.home.sapo.pt/Electropneumatica/producao%20de%20ar.htm>. Acesso em: janeiro
2014.
[2]Turbonetics
Performance.
Disponivel
em:
<http://www.turboneticsinc.com/content/compressor-maps>. Acesso em: Janeiro 2014.
[3] Disponivel em: <http://images.slideplayer.com.br/3/388035/slides/slide_6.jpg>. Acesso
em: Maio 2014.
[4] DE FALCO, R. Curso de Performance de grandes máquinas - Módulo I e II. São
Paulo: [s.n.].
[5] BLOCH, H. P.; SOARES, C. Process Plant Machinery. 2ª. ed. Massachusetts:
Butterworth-Heinemann, 1998.
[6] Disponivel em: <http://www.aircav.com/img/cav/compressor.gif>. Acesso em: Janeiro
2014.
[7] ENERGY Solutions. Energy Solutions. Disponivel em: <http://www.energysolutions.com/admin/wp-content/uploads/2011/10/pipeline_studio_large.jpg>.
Acesso
em:
Janeiro 2014.
[8] Disponivel em: <http://www.cadex99.com/20090101/PETRO/pipeline2.8-2.png>. Acesso
em: Janeiro 2014.
[9] ENERGY Solutions. Energy Solutions. Disponivel em: <http://www.energysolutions.com/ >. Acesso em: Janeiro 2014.
[10] Disponivel em: <http://qualidadeonline.files.wordpress.com/2012/08/duto1.jpg>. Acesso
em: Maio 2014.
[11] Disponivel em: <http://images.slideplayer.com.br >. Acesso em: Maio 2014.
50
[12] Disponivel em: < http://www.abegas.org.br/img/mapa_gasoduto.gif >. Acesso em: Maio
2014.
[13] THOMPSON, N. G. Gas Distribution. [S.l.]: [s.n.], p. Apêndice J.
[14]
EDITORA
Valete.
Editora
Valete.
Disponivel
em:
<http://www.editoravalete.com.br/site_petroquimica/edicoes/ed_234/fotos/f_8.jpg>. Acesso em:
Maio 2014.
[15] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT. NBR 12712.
Projeto de sistemas de transmissão e distribuição de gás combustível. [S.l.]: [s.n.], 2012.
[16] AMERICAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGINEERS - ASME. B36.10M-2004
Welded and seamless wrought steel pipe. [S.l.]: [s.n.], 2004.
[17] ENERGY SOLUTIONS. Gas Network Training book. [S.l.]: [s.n.].
[18]ENGINEERING
Design
Encyclopedia.
Enggcyclopedia.
Disponivel
em:
<http://www.enggcyclopedia.com/wp-content/uploads/2012/01/sample-compressor-map11.png>.
Acesso em: Janeiro 2014.
[19] FEDERAÇÃO DAS INDÚSTRIAS DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO - FIRJAN. O
preço do gás natural para a indústria no Brasil e nos Estados Unidos. [S.l.]. 2013.
[20]GOOGLE
sites.
Scientia.
Disponivel
em:
<https://sites.google.com/site/scientiaestpotentiaplus/transicao-laminar-turbulenta>. Acesso em:
Janeiro 2014.
[21] HIBBELER, R. C. Resistência dos Materiais. 3ª. ed. [S.l.]: Livros Técnicos e
Científicos, 2002.
[22] PIPELINE DESIGN STUDIOS. Advanced Gas design & Operations. Rio de Janeiro:
[s.n.], 2003.
[23] RESENDE, R. Processos Eletroeletrônicos: Compressores de ar. [S.l.]: [s.n.].
51
[24] CARRIER CORPORATION. Elliott multistage compressor. [S.l.]: Bulletin P-25ª,
1975.
[25] ASSOCIAÇÃO Brasileira das Empresa distribuidoras de gás canalizado. Abegás.
Disponivel em: <http://www.abegas.org.br/img/mapa_gasoduto.gif>. Acesso em: Janeiro 2014.
[26] BLOCH, H. P. Simplified equations for determining the performance of dynamic
compressors. In: ______ A practical guide to compressor technology. 2ª. ed. [S.l.]: [s.n.], Cap.
11.
[27] AMERICAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGINEERS - ASME. B31.8. Gas
transmission and distribution piping systems. [S.l.]: [s.n.], 2012.
[28] AGÊNCIA NACIONAL DO PETRÓLEO, GÁS NATURAL E BIOCOMBUSTÍVEIS. Boletim Anual de
preços. [S.l.]. 2012.
52
APÊNDICE A — Cálculo da espessura dos dutos
Memória de cálculo da espessura dos dutos (MATHCAD)
CASO 1 – Espessura do duto sem estações de compressão
Caso 1
Dados:
P  100
kgf
2
3
 1.422 10  psi
cm
D  36in
E  1
Tf  1
Sy  70000psi
será considerado o aço API 5L gr. X70
Resultados:
Classe de Locação 1
Fp1  .72
Espessura mínima de parede da linha para resistir à
pressão interna
e 
P D
2 Fp1 E Tf  Sy
 0.508in

onde
D= diametro nominal externo, in
Di = diametro interno, in
E= fator de eficiência da junta obtida pela tabela 841.1.7-1 (ASME B31.8)
Fpm= fator de projeto médio pela tabela 841.1.6-1
Fp1,2,3 = fator de projeto para classes de locação 1, 2 e 3 respectivamente pela tabela
841.1.6-1
P= pressao de projeto, psig
Sy= tensão de escoamento, psi
Tf= fator de temperatura obtida pela tabela 841.1.8-1
e= espessura nominal do duto, in
Sc= tensão circunferencial
II
Recomendações:
1) Para NPS 16 ou maior, o duto é projetado para operar com uma tensão circular a mais
de 40% a 80% do SMYS
2) Para dutos menores que NPS 16, o duto é projetado para operar a uma tensao circular
de mais de 72% a 80% do SMYS
e  0.508in

ea  .562in
Di  D  2ea  34.876in

onde,
ea= espessura admitida/escolhida para o duto de acordo com a norma B36.10M
P D
4
Sc 
 4.556 10  psi
2ea
Sc
Sy
 0.651
Verificação da espessura escolhida:
espessura 
out  "A espessura nominal escolhida e ADEQUADA"
if ea  e
out  "A espessura nominal escolhida e INADEQUADA" otherwise
out
espessura  "A espessura nominal escolhida e ADEQUADA"
Verificação das recomendações de tensão circular:
recomendacao 
out  "T ensao circular esta correta"
if
 Sc
  .4 
 Sy
Sc
Sy

 .8  D  16in
out  "T ensao circular esta fora das recomendacoes de projeto. "

otherwise
out
recomendacao  "Tensao circular esta correta"
III
Classe de Locação 2
Fp2  .6
Espessura mínima de parede da linha para resistir à
pressão interna
e 
P D
2 Fp2 E Tf  Sy
 0.61 in
Recomendações:
1) Para NPS 16 ou maior, o duto é projetado para operar com uma tensão circular a mais
de 40% a 80% do SMYS
2) Para dutos menores que NPS 16, o duto é projetado para operar a uma tensao circular
de mais de 72% a 80% do SMYS
e  0.61in

ea  .625in
Di  D  2ea  34.75in

onde,
ea= espessura admitida/escolhida para o duto de acordo com a norma B36.10M
P D
4
Sc 
 4.096 10  psi
2ea
Sc
Sy
 0.585
Verificação da espessura escolhida:
espessura 
out  "A espessura nominal escolhida e ADEQUADA"
if ea  e
out  "A espessura nominal escolhida e INADEQUADA" otherwise
out
espessura  "A espessura nominal escolhida e ADEQUADA"
Verificação das recomendações de tensão circular:
recomendacao 
out  "T ensao circular esta correta"
if
 Sc
  .4 
 Sy
Sc
Sy

 .8  D  16in
out  "T ensao circular esta fora das recomendacoes de projeto. "

otherwise
out
recomendacao  "Tensao circular esta correta"
IV
Classe de Locação 3
Fp3  .5
Espessura mínima de parede da linha para resistir à
pressão interna
e 
P D
 0.731in

2 Fp3 E Tf  Sy
Recomendações:
1) Para NPS 16 ou maior, o duto é projetado para operar com uma tensão circular a mais
de 40% a 80% do SMYS
2) Para dutos menores que NPS 16, o duto é projetado para operar a uma tensao circular
de mais de 72% a 80% do SMYS
e  0.731in

ea  .750in
Di  D  2ea  34.5in

onde,
ea= espessura admitida/escolhida para o duto de acordo com a norma B36.10M
P D
4
Sc 
 3.414 10  psi
2ea
Sc
Sy
 0.488
Verificação da espessura escolhida:
espessura 
out  "A espessura nominal escolhida e ADEQUADA"
if ea  e
out  "A espessura nominal escolhida e INADEQUADA" otherwise
out
espessura  "A espessura nominal escolhida e ADEQUADA"
Verificação das recomendações de tensão circular:
recomendacao 
out  "T ensao circular esta correta"
if
 Sc
  .4 
 Sy
Sc
Sy

 .8  D  16in
out  "T ensao circular esta fora das recomendacoes de projeto. "

otherwise
out
recomendacao  "Tensao circular esta correta"
Classe de Locação médio (usado para simulação hidráulica)
Fpm  .6.72  .3.6  .1.5  0.662
V
Espessura mínima de parede da linha para resistir à
pressão interna
e 
P D
2 Fpm E Tf  Sy
 0.552in

Recomendações:
1) Para NPS 16 ou maior, o duto é projetado para operar com uma tensão circular a mais
de 40% a 80% do SMYS
2) Para dutos menores que NPS 16, o duto é projetado para operar a uma tensao circular
de mais de 72% a 80% do SMYS
e  0.552in

ea  .562in
Di  D  2ea  34.876in

onde,
ea= espessura admitida/escolhida para o duto de acordo com a norma B36.10M
P D
4
Sc 
 4.556 10  psi
2ea
Sc
Sy
 0.651
Verificação da espessura escolhida:
espessura 
out  "A espessura nominal escolhida e ADEQUADA"
if ea  e
out  "A espessura nominal escolhida e INADEQUADA" otherwise
out
espessura  "A espessura nominal escolhida e ADEQUADA"
Verificação das recomendações de tensão circular:
recomendacao 
out  "T ensao circular esta correta"
if
 Sc
  .4 
 Sy
Sc
Sy

 .8  D  16in
out  "T ensao circular esta fora das recomendacoes de projeto. "

otherwise
out
recomendacao  "Tensao circular esta correta"
VI
CASO 2 – espessura do duto com 1 estação de compressão na transmissão
Caso 2
Dados:
P  100
kgf
2
3
 1.422 10  psi
cm
D  34in
E  1
Tf  1
Sy  70000psi
será considerado o aço API 5L gr. X70
Resultados:
Classe de Locação 1
Fp1  .72
Espessura mínima de parede da linha para resistir à
pressão interna
e 
P D
2 Fp1 E Tf  Sy
 0.48 in
onde
D= diametro nominal externo, in
Di = diametro interno, in
E= fator de eficiência da junta obtida pela tabela 841.1.7-1 (ASME B31.8)
Fpm= fator de projeto médio pela tabela 841.1.6-1
Fp1,2,3 = fator de projeto para classes de locação 1, 2 e 3 respectivamente pela tabela
841.1.6-1
P= pressao de projeto, psig
Sy= tensão de escoamento, psi
Tf= fator de temperatura obtida pela tabela 841.1.8-1
e= espessura nominal do duto, in
Sc= tensão circunferencial
Recomendações:
1) Para NPS 16 ou maior, o duto é projetado para operar com uma tensão circular a mais
de 40% a 80% do SMYS
VII
2) Para dutos menores que NPS 16, o duto é projetado para operar a uma tensao circular
de mais de 72% a 80% do SMYS
e  0.48in

ea  .562in
Di  D  2ea  32.876in

onde,
ea= espessura admitida/escolhida para o duto de acordo com a norma B36.10M
P D
4
Sc 
 4.302 10  psi
2ea
Sc
Sy
 0.615
Verificação da espessura escolhida:
espessura 
out  "A espessura nominal escolhida e ADEQUADA"
if ea  e
out  "A espessura nominal escolhida e INADEQUADA" otherwise
out
espessura  "A espessura nominal escolhida e ADEQUADA"
Verificação das recomendações de tensão circular:
recomendacao 
out  "T ensao circular esta correta"
if
 Sc
  .4 
 Sy
Sc
Sy

 .8  D  16in
out  "T ensao circular esta fora das recomendacoes de projeto. "

otherwise
out
recomendacao  "Tensao circular esta correta"
VIII
Classe de Locação 2
Fp2  .6
Espessura mínima de parede da linha para resistir à
pressão interna
e 
P D
2 Fp2 E Tf  Sy
 0.576in

Recomendações:
1) Para NPS 16 ou maior, o duto é projetado para operar com uma tensão circular a mais
de 40% a 80% do SMYS
2) Para dutos menores que NPS 16, o duto é projetado para operar a uma tensao circular
de mais de 72% a 80% do SMYS
e  0.576in

ea  .625in
Di  D  2ea  32.75in

onde,
ea= espessura admitida/escolhida para o duto de acordo com a norma B36.10M
P D
4
Sc 
 3.869 10  psi
2ea
Sc
Sy
 0.553
Verificação da espessura escolhida:
espessura 
out  "A espessura nominal escolhida e ADEQUADA"
if ea  e
out  "A espessura nominal escolhida e INADEQUADA" otherwise
out
espessura  "A espessura nominal escolhida e ADEQUADA"
IX
Verificação das recomendações de tensão circular:
recomendacao 
out  "T ensao circular esta correta"
if
 Sc
  .4 
 Sy
Sc
Sy

 .8  D  16in
out  "T ensao circular esta fora das recomendacoes de projeto. "

otherwise
out
recomendacao  "Tensao circular esta correta"
Classe de Locação 3
Fp3  .5
Espessura mínima de parede da linha para resistir à
pressão interna
e 
P D
2 Fp3 E Tf  Sy
 0.691in

Recomendações:
1) Para NPS 16 ou maior, o duto é projetado para operar com uma tensão circular a mais
de 40% a 80% do SMYS
2) Para dutos menores que NPS 16, o duto é projetado para operar a uma tensao circular
de mais de 72% a 80% do SMYS
e  0.691in

ea  .750in
Di  D  2ea  32.5in

onde,
ea= espessura admitida/escolhida para o duto de acordo com a norma B36.10M
P D
4
Sc 
 3.224 10  psi
2ea
Sc
Sy
 0.461
X
Verificação da espessura escolhida:
espessura 
out  "A espessura nominal escolhida e ADEQUADA"
if ea  e
out  "A espessura nominal escolhida e INADEQUADA" otherwise
out
espessura  "A espessura nominal escolhida e ADEQUADA"
Verificação das recomendações de tensão circular:
recomendacao 
out  "T ensao circular esta correta"
if
 Sc
  .4 
 Sy
Sc
Sy

 .8  D  16in
out  "T ensao circular esta fora das recomendacoes de projeto. "

otherwise
out
recomendacao  "Tensao circular esta correta"
Classe de Locação médio (usado para simulação hidráulica)
Fpm  .6.72  .3.6  .1.5  0.662
Espessura mínima de parede da linha para resistir à
pressão interna
e 
P D
2 Fpm E Tf  Sy
 0.522in

Recomendações:
1) Para NPS 16 ou maior, o duto é projetado para operar com uma tensão circular a mais
de 40% a 80% do SMYS
2) Para dutos menores que NPS 16, o duto é projetado para operar a uma tensao circular
de mais de 72% a 80% do SMYS
e  0.522in

ea  .562in
Di  D  2ea  32.876in

onde,
ea= espessura admitida/escolhida para o duto de acordo com a norma B36.10M
P D
4
Sc 
 4.302 10  psi
2ea
Sc
Sy
 0.615
XI
Verificação da espessura escolhida:
espessura 
out  "A espessura nominal escolhida e ADEQUADA"
if ea  e
out  "A espessura nominal escolhida e INADEQUADA" otherwise
out
espessura  "A espessura nominal escolhida e ADEQUADA"
Verificação das recomendações de tensão circular:
recomendacao 
out  "T ensao circular esta correta"
if
 Sc
  .4 
 Sy
Sc
Sy

 .8  D  16in
out  "T ensao circular esta fora das recomendacoes de projeto. "

otherwise
out
recomendacao  "Tensao circular esta correta"
XII
CASO 3 - Espessura do duto com 2 estações de compressão na transmissão
Caso 3
Dados:
P  100
kgf
2
3
 1.422 10  psi
cm
D  32in
E  1
Tf  1
Sy  70000psi
será considerado o aço API 5L gr. X70
Resultados:
Classe de Locação 1
Fp1  .72
Espessura mínima de parede da linha para resistir à
pressão interna
e 
P D
2 Fp1 E Tf  Sy
 0.452in

onde
D= diametro nominal externo, in
Di = diametro interno, in
E= fator de eficiência da junta obtida pela tabela 841.1.7-1 (ASME B31.8)
Fpm= fator de projeto médio pela tabela 841.1.6-1
Fp1,2,3 = fator de projeto para classes de locação 1, 2 e 3 respectivamente pela tabela
841.1.6-1
P= pressao de projeto, psig
Sy= tensão de escoamento, psi
Tf= fator de temperatura obtida pela tabela 841.1.8-1
e= espessura nominal do duto, in
Sc= tensão circunferencial
Recomendações:
1) Para NPS 16 ou maior, o duto é projetado para operar com uma tensão circular a mais
de 40% a 80% do SMYS
XIII
2) Para dutos menores que NPS 16, o duto é projetado para operar a uma tensao circular
de mais de 72% a 80% do SMYS
e  0.452in

ea  .562in
Di  D  2ea  30.876in

onde,
ea= espessura admitida/escolhida para o duto de acordo com a norma B36.10M
P D
4
Sc 
 4.049 10  psi
2ea
Sc
Sy
 0.578
Verificação da espessura escolhida:
espessura 
out  "A espessura nominal escolhida e ADEQUADA"
if ea  e
out  "A espessura nominal escolhida e INADEQUADA" otherwise
out
espessura  "A espessura nominal escolhida e ADEQUADA"
Verificação das recomendações de tensão circular:
recomendacao 
out  "T ensao circular esta correta"
if
 Sc
  .4 
 Sy
Sc
Sy

 .8  D  16in
out  "T ensao circular esta fora das recomendacoes de projeto. "

otherwise
out
recomendacao  "Tensao circular esta correta"
Classe de Locação 2
Fp2  .6
Espessura mínima de parede da linha para resistir à
pressão interna
e 
P D
2 Fp2 E Tf  Sy
 0.542in

Recomendações:
1) Para NPS 16 ou maior, o duto é projetado para operar com uma tensão circular a mais
de 40% a 80% do SMYS
2) Para dutos menores que NPS 16, o duto é projetado para operar a uma tensao circular
de mais de 72% a 80% do SMYS
e  0.542in

XIV
ea  .625in
Di  D  2ea  30.75in

onde,
ea= espessura admitida/escolhida para o duto de acordo com a norma B36.10M
P D
4
Sc 
 3.641 10  psi
2ea
Sc
Sy
 0.52
espessura 
out  "A espessura nominal escolhida e ADEQUADA"
if ea  e
out  "A espessura nominal escolhida e INADEQUADA" otherwise
out
Verificação da espessura escolhida:
espessura  "A espessura nominal escolhida e ADEQUADA"
Verificação das recomendações de tensão circular:
recomendacao 
out  "T ensao circular esta correta"
if
 Sc
  .4 
 Sy
Sc
Sy

 .8  D  16in
out  "T ensao circular esta fora das recomendacoes de projeto. "

otherwise
out
recomendacao  "Tensao circular esta correta"
Fp3  .5
Classe de Locação 3
e 
P D
2 Fp3 E Tf  Sy
 0.65 in
Espessura mínima de parede da linha para resistir à
pressão interna
Recomendações:
1) Para NPS 16 ou maior, o duto é projetado para operar com uma tensão circular a mais
de 40% a 80% do SMYS
2) Para dutos menores que NPS 16, o duto é projetado para operar a uma tensao circular
de mais de 72% a 80% do SMYS
e  0.65in

ea  .750in
Di  D  2ea  30.5in

XV
P D
4
Sc 
 3.034 10  psi
2ea
onde,
ea= espessura admitida/escolhida para o duto de acordo com a norma B36.10M
Sc
Sy
 0.433
espessura 
out  "A espessura nominal escolhida e ADEQUADA"
if ea  e
out  "A espessura nominal escolhida e INADEQUADA" otherwise
out
Verificação da espessura escolhida:
espessura  "A espessura nominal escolhida e ADEQUADA"
Verificação das recomendações de tensão circular:
recomendacao 
out  "T ensao circular esta correta"
if
 Sc
  .4 
 Sy
Sc
Sy

 .8  D  16in
out  "T ensao circular esta fora das recomendacoes de projeto. "

otherwise
out
recomendacao  "Tensao circular esta correta"
Classe de Locação médio (usado para simulação hidráulica)
Fpm  .6.72  .3.6  .1.5  0.662
e 
P D
2 Fpm E Tf  Sy
 0.491in

Espessura mínima de parede da linha para resistir à
pressão interna
Recomendações:
1) Para NPS 16 ou maior, o duto é projetado para operar com uma tensão circular a mais
de 40% a 80% do SMYS
2) Para dutos menores que NPS 16, o duto é projetado para operar a uma tensao circular
de mais de 72% a 80% do SMYS
e  0.491in

ea  .562in
Di  D  2ea  30.876in

XVI
P D
4
Sc 
 4.049 10  psi
2ea
onde,
ea= espessura admitida/escolhida para o duto de acordo com a norma B36.10M
Sc
Sy
 0.578
Verificação da espessura escolhida:
espessura 
out  "A espessura nominal escolhida e ADEQUADA"
if ea  e
out  "A espessura nominal escolhida e INADEQUADA" otherwise
out
espessura  "A espessura nominal escolhida e ADEQUADA"
recomendacao 
out  "T ensao circular esta correta"
if
 Sc
  .4 
 Sy
Sc
Sy

 .8  D  16in
out  "T ensao circular esta fora das recomendacoes de projeto. "

otherwise
out
Verificação das recomendações de tensão circular:
recomendacao  "Tensao circular esta correta"
XVII
APÊNDICE B — Velocidade de erosão do gás
Velocidade de erosão do gás - considerado para todos os casos
Cálculo do Fator de compressibilidade do gás (Z)
Dados:
P  100
kgf
2
cm
T  47. 76°C
G  .6357
Z 
1
out 
517060
1
if ( .544  G)  ( G  .75)
P
1.785G
 1 kgf 

2
 cm 
 T
 1K 
 
 10
3.825
1
out 
1
P  1.188G
1375200 
  10
 1 kgf 
 cm2 
 T
 
 1K 
if ( .75  G)  ( G  1)
3.825
out  1 otherwise
out
Resultados:
Z  0.846
onde:
P= pressão, kgf/cm2
T= temperatura, ºC
G= densidade (specific gravity)
Z= fator de compressibilidade do gás
Velocidade de erosão do gás
Dados:
P  50
kgf
2
cm
M  18.41
gm
mol
T  25°C  298.15K
XIX
onde,
P= pressão mínima no duto, Pa
M= Peso molecular,g/mol (usar gm para grama no mathcad)
Z= fator de compressibilidade e temperatura especificadas
R=8314 m2/s2 mol.K
T= temperatura do gás, K
ve= velocidade de erosão
vr= velocidade recomendada
R  8.31
J
mol K
.5
122
ve 
kg
.5
sm
P M
m
 18.587
s
Z R  T
P M
onde
Z R  T
é a massa específica em kg/m³
Resultados:
Valores na faixa de 11 a 14 m/s podem ser considerados aceitáveis para projeto. Será
considerado no máximo o valor de 12 m/s, que é o valor estabelecido pela Transpetro.
m
ve  18.587
s
XX
APÊNDICE C — Custos dos dutos
A seguir segue as planilhas utilizadas no cálculo dos custos dos dutos
CASO 1 – Custos na condição sem estação de compressão na transmissão
Tubos
Construção e montagem
Seção
1
2
3
Trecho 1
Trecho 2
Trecho 3
Total
Comprimento
(km)
257.64
128.82
42.94
Diam. externo
(pol)
36.00
36.00
36.00
Espessura
(pol)
0.562
0.625
0.750
Custo Unitário
(US$/m.pol)
Custo total
(MM US$)
37.36
37.36
37.36
346.556
173.278
57.759
577.594
429.4
Tubos
Seção
1
2
3
Total
Trecho 1
Trecho 2
Trecho 3
Custo Unitário
(US$/kg)
2.40
2.40
2.40
Massa
(kg/m)
316.38
351.85
422.22
Peso
(ton)
Custo Total
(MM US$)
81,512
45,325
18,130
195.629
108.780
43.512
144,967
347.920
XXII
ASSEMBLY & CONSTRUCTION
ASSEMBLY & CONSTRUCTION IN AM
Diameter
6
8
10
12
14
16
18
20
22
U$/m.pol
313.74
229.57
179.17
145.67
121.81
103.99
90.18
79.18
70.23
U$/km
1,882.44
1,836.53
1,791.73
1,748.03
1,705.40
1,663.80
1,623.22
1,583.63
1,545.01
24
26
28
30
32
34
36
38
40
42
44
46
48
50
62.81
56.56
52.00
47.58
43.73
40.35
37.36
34.70
32.32
30.18
28.24
26.49
24.88
23
1,507.32
1,470.56
1,456.00
1,427.45
1,399.46
1,372.02
1,345.12
1,318.74
1,292.89
1,267.54
1,242.68
1,218.32
1,194.43
1165
20
22
24
26
28
94.84
89.66
85.48
82.06
79.25
1,896,754.86
1,944,173.73
1,992,778.08
2,042,597.53
2,093,662.47
VALVULAS E LANÇADORES/RECEBEDORES
VÁLVULAS DE BLOQUEIO
XXIII
DISTRIBUIÇÃO DE VÁLVULAS
Seção
1
Custo de
válvulas
(US$)
Diam. externo
(pol)
Número de válvulas
14
36
13,115
Total por seção
(US$)
187,717
187,717
Total
Lançadores e
recebedores
Diâmetro externo
(pol)
Seção
1
0
Quantidade de lançadores/recebedores
36
2
Custo
Unitário
(US$)
50,825
Total por seção
(US$)
101,649
101,649
Total
Bloqueios
Retenções
Pares de scrapers
4
6,253.63
6,199.04
50,824.53
1.28
1.23
6
8,004.64
7,624.82
62,514.17
1.28
1.23
XXIV
8
10,245.94
9,378.53
76,892.43
1.28
1.23
10
13,114.80
11,535.60
94,577.69
1.28
1.23
12
16,786.95
14,188.78
116,330.56
1.28
1.23
14
21,487.29
17,452.20
143,086.59
1.28
1.23
16
27,503.73
21,466.21
175,996.50
1.28
1.23
18 35,204.78
26,403.44
216,475.70
1.28
1.23
20 45,000.00
33,750.00
276,708.46
1.28
1.23
22 59,711.54
44,783.65
367,170.84
1.33
1.33
24 75,085.92
56,314.44
461,709.14
1.26
1.26
26 92,227.91
69,170.93
567,116.50
1.23
1.23
28 113,283.39
84,962.54
696,588.17
1.23
1.23
30 139,145.80
104,359.34
855,617.99
1.23
1.23
32 170,912.55
128,184.41
1,050,954.02
1.23
1.23
XXV
ESTAÇÃO
CUSTO FIXO
Quantidade de Estações Necessárias
Infra-estrutura por Estação
0.00
US$/Est
7,000,000
US$
0
Potência Requerida
HP
0
Custo por HP
US$/HP
CUSTO VARIÁVEL
Total
1,000
US$
0
US$
0
ESTAÇÃO DE MEDIÇÃO
Quantidade de Estações Necessárias
2
Infra-estrutura por Estação
US$/Est
1,100,000
Total
US$
2,200,000
OUTROS INVESTIMENTOS
Obras especiais
Indenizações para servidão de passagem
Custo Unitário
US$/km
US$
2,000
858,800
US$/km
US$
500
214,700
Cathodic Protection
Custo Unitário
Supervision
Station
Control Center
Telecommunication
1
1
Budget
US$
429,400.00
644,100.00
429,400.00
1,502,900
Pre-operation
Custo Unitário
Engenharia de traçado
Custo Unitário
US$/km
US$
6,000
2,576,400
Negociações e litígios para liberação da faixa
Custo Unitário
US$/km
US$
1,500
644,100
Contingência
Custo Unitário
5% do investmento
Contra-partida ambiental
0,5% do
investmento
Total
Projeto, adm. e apoio
US$/km
US$
2,000
858,800
Budget
46,400,193
US$
US$
4,640,019
62,335,932
Seguro durante a obra
Custo Unitário
Verba
0,5% do investmento
US$
Percentual of the Total
Investiment
4,640,019
%
US$
10.0
99,033,980
XXVII
INVESTIMENTO
Contrução e montagem
577.594
MM US$
Tubos
347.920
MM US$
Estação de Compressores
0.000
MM US$
City-Gates
2.200
MM US$
Válvulas de bloqueio
0.188
MM US$
Lançadores/recebedores de pigs
0.102
MM US$
62.336
MM US$
990.340
MM US$
99.034
MM US$
1,089.374
MM US$
Outros
Subtotal
Projeto, administração e apoio
Total
XXVIII
CASO 2 – Custos na condição com 1estação de compressão na transmissão
Obs.: tabela com o preço do U$/metro.pol na construção e montagem (assembly & construction) é o mesmo usado no caso 1 desse apêndice.
Tubos
Construção e montagem
Seção
1
2
3
Trecho 1
Trecho 2
Trecho 3
Total
Comprimento
(km)
Diam. externo
(pol)
257.64
128.82
42.94
34
34
34
Espessura
(pol)
0.500
0.625
0.750
Custo Unitário
(US$/m.pol)
Custo total
(MM US$)
40.35
37.36
34.70
353.488
163.652
50.666
567.805
429.4
Tubos
Seção
1
2
3
Trecho 1
Trecho 2
Trecho 3
Total
Custo Unitário
(US$/kg)
2.40
2.40
2.40
Massa
(kg/m)
265.84
332.30
398.76
Peso
(ton)
Custo Total
(MM US$)
68,491
42,807
17,123
164.378
102.736
41.094
128,420
308.209
VALVULAS E LANÇADORES/RECEBEDORES
XXIX
VÁLVULAS DE BLOQUEIO
DISTRIBUIÇÃO DE VÁLVULAS
Seção
1 Trecho
Custo de
válvulas
(US$)
Diam. externo
(pol)
Número de válvulas
14
34
13,115
Total por seção
(US$)
187,717
187,717
Total
Lançadores e
recebedores
Diâmetro externo
(pol)
Seção
1 Trecho
Quantidade de lançadores/recebedores
34
2
Custo
Unitário
(US$)
50,825
Total por seção
(US$)
101,649
101,649
Total
4
6
Bloqueios
Retenções
6,253.63
6,199.04
Pares de scrapers
50,824.53
62,514.17
1.28
1.28
1.23
1.23
XXX
8,004.64
7,624.82
8
10,245.94
9,378.53
76,892.43
1.28
1.23
10
13,114.80
11,535.60
94,577.69
1.28
1.23
12
16,786.95
14,188.78
116,330.56
1.28
1.23
14
21,487.29
17,452.20
143,086.59
1.28
1.23
16
27,503.73
21,466.21
175,996.50
1.28
1.23
18 35,204.78
26,403.44
216,475.70
1.28
1.23
20 45,000.00
33,750.00
276,708.46
1.28
1.23
22 59,711.54
44,783.65
367,170.84
1.33
1.33
24 75,085.92
56,314.44
461,709.14
1.26
1.26
26 92,227.91
69,170.93
567,116.50
1.23
1.23
28 113,283.39
84,962.54
696,588.17
1.23
1.23
30 139,145.80
104,359.34
855,617.99
1.23
1.23
32 170,912.55
128,184.41
1,050,954.02
1.23
1.23
XXXI
ESTAÇÃO
CUSTO
FIXO
Quantidade de Estações Necessárias
Infra-estrutura por Estação
US$/Est
US$
1.00
7,000,000
7,000,000
Potência Requerida
Custo por HP
HP
US$/HP
US$
8,388
1,000
8,387,916
Total
US$
CUSTO VARIÁVEL
15,387,916
ESTAÇÃO DE MEDIÇÃO
Quantidade de Estações Necessárias
2
Infra-estrutura por Estação
US$/Est
1,100,000
Total
US$
2,200,000
XXXII
OUTROS INVESTIMENTOS
Obras especiais
Indenizações para servidão de passagem
Custo Unitário
US$/km
US$
2,000
858,800
US$/km
US$
500
214,700
Cathodic Protection
Custo Unitário
Supervision
Station
Control Center
Telecommunication
1
1
Budget
US$
429,400.00
644,100.00
429,400.00
1,502,900
Pre-operation
Custo Unitário
Engenharia de traçado
Custo Unitário
US$/km
US$
6,000
2,576,400
Negociações e litígios para liberação da faixa
Custo Unitário
US$/km
US$
1,500
644,100
Contingência
Custo Unitário
5% do investmento
Contra-partida ambiental
0,5% do
investmento
Total
Projeto, adm. e apoio
US$/km
US$
2,000
858,800
Budget
44,694,565
US$
US$
4,469,457
60,289,178
Seguro durante a obra
Custo Unitário
Verba
0,5% do investmento
US$
Percentual of the Total
Investiment
4,469,457
%
US$
10.0
95,418,049
XXXIII
CUSTOS
CUSTO OPERACIONAL
PESSOAL
Operador
Mecânico
Instrumentista
Salario Anual
3
1
1
US$
US$
60,000
300,000
1,000 US$/km
% Inv. Fixo
1 Est.
% Inv. Var.
5 Est.
% Inv.
5 Superv.
US$
429,400
CUSTO DE MANUTENÇÃO
Faixa
Estação
Compressores
Supervisório
Total
US$
70,000
419,396
75,145
993,941
1,293,941
SEGURO
0,5% do investimento
4,469,457
CUSTO
ADMINISTRATIVO
15 % Custo Op.
US$/ano
5,957,488
3,000.00 US$/ano
257,640.00
Total
Pig instrumentado
US$/5anos/km
194,091
INVESTIMENTO
Contrução e montagem
567.805
MM US$
Tubos
308.209
MM US$
15.388
MM US$
City-Gates
2.200
MM US$
Válvulas de bloqueio
0.188
MM US$
Lançadores/recebedores de pigs
0.102
MM US$
60.289
MM US$
954.180
MM US$
95.418
MM US$
1,049.599
MM US$
Estação de Compressores
Outros
Subtotal
Projeto, administração e apoio
Total
XXXIV
CASO 3 – Custos na condição com 2 estações de compressão na transmissão
Tubos
Construção e montagem
Seção
1
2
3
Trecho 1
Trecho 2
Trecho 3
Total
Comprimento
(km)
Diam. externo
(pol)
257.64
128.82
42.94
32
32
32
Espessura
(pol)
0.469
0.562
0.688
Custo Unitário
(US$/m.pol)
Custo total
(MM US$)
43.733
43.733
43.733
360.557
180.279
60.093
600.929
429.4
Tubos
Seção
1
2
3
Trecho 1
Trecho 2
Trecho 3
Total
Custo Unitário
(US$/kg)
2.40
2.40
2.40
Massa
(kg/m)
234.69
281.23
344.28
Peso
(ton)
Custo Total
(MM US$)
60,465
36,228
14,783
145.117
86.946
35.480
111,476
267.543
VALVULAS E LANÇADORES/RECEBEDORES
XXXV
VÁLVULAS DE BLOQUEIO
DISTRIBUIÇÃO DE VÁLVULAS
Seção
1 Trecho
Custo de
válvulas
(US$)
Diam. externo
(pol)
Número de válvulas
14
32
13,115
Total por seção
(US$)
187,717
187,717
Total
Lançadores e
recebedores
Diâmetro externo
(pol)
Seção
1 Trecho
Quantidade de lançadores/recebedores
32
2
Custo
Unitário
(US$)
50,825
Total por seção
(US$)
101,649
101,649
Total
4
Bloqueios
Retenções
6,253.63
6,199.04
Pares de scrapers
50,824.53
1.28
1.23
XXXVI
6
8,004.64
7,624.82
62,514.17
1.28
1.23
8
10,245.94
9,378.53
76,892.43
1.28
1.23
10
13,114.80
11,535.60
94,577.69
1.28
1.23
12
16,786.95
14,188.78
116,330.56
1.28
1.23
14
21,487.29
17,452.20
143,086.59
1.28
1.23
16
27,503.73
21,466.21
175,996.50
1.28
1.23
18 35,204.78
26,403.44
216,475.70
1.28
1.23
20 45,000.00
33,750.00
276,708.46
1.28
1.23
22 59,711.54
44,783.65
367,170.84
1.33
1.33
24 75,085.92
56,314.44
461,709.14
1.26
1.26
26 92,227.91
69,170.93
567,116.50
1.23
1.23
28 113,283.39
84,962.54
696,588.17
1.23
1.23
30 139,145.80
104,359.34
855,617.99
1.23
1.23
32 170,912.55
128,184.41
1,050,954.02
1.23
1.23
XXXVII
ESTAÇÃO
CUSTO
FIXO
Quantidade de Estações Necessárias
Infra-estrutura por Estação
US$/Est
US$
2.00
7,000,000
14,000,000
Potência Requerida
Custo por HP
HP
US$/HP
US$
22,277
1,000
22,277,020
Total
US$
36,277,020
CUSTO VARIÁVEL
ESTAÇÃO DE MEDIÇÃO
Quantidade de Estações Necessárias
2
Infra-estrutura por Estação
US$/Est
1,100,000
Total
US$
2,200,000
CUSTOS
CUSTO OPERACIONAL
PESSOAL
Operador
Mecânico
Instrumentista
Salario Anual
6
2
2
US$
US$
60,000
600,000
1,000 US$/km
% Inv. Fixo
1 Est.
% Inv. Var.
5 Est.
% Inv.
5 Superv.
US$
429,400
1,113,851
US$
2,358,396
CUSTO DE MANUTENÇÃO
Faixa
Estação
Compressores
Supervisório
Total
140,000
75,145
1,758,396
SEGURO
0,5% do investimento
4,536,190
CUSTO
ADMINISTRATIVO
15 % Custo Op.
Total
Pig instrumentado
US$/5anos/km
353,759
US$/ano
7,248,346
3,000.00 US$/ano
257,640.00
XXXVIII
OUTROS INVESTIMENTOS
Obras especiais
Indenizações para servidão de passagem
Custo Unitário
US$/km
US$
2,000
858,800
US$/km
US$
500
214,700
1
1
Budget
429,400.00
644,100.00
429,400.00
Cathodic Protection
Custo Unitário
Supervision
Station
Control Center
Telecommunication
US$
1,502,900
Pre-operation
Custo Unitário
Engenharia de traçado
Custo Unitário
US$/km
US$
6,000
2,576,400
Negociações e litígios para liberação da faixa
Custo Unitário
US$/km
US$
1,500
644,100
Contingência
Custo Unitário
5% do investmento
Contra-partida ambiental
0,5% do
investmento
Total
Projeto, adm. e apoio
US$/km
US$
2,000
858,800
Budget
45,361,905
US$
US$
4,536,190
61,089,986
Seguro durante a obra
Custo Unitário
Verba
0,5% do investmento
US$
Percentual of the Total
Investiment
4,536,190
%
US$
10.0
96,832,808
XXXIX
INVESTIMENTO
Contrução e montagem
600.929
MM US$
Tubos
267.543
MM US$
36.277
MM US$
City-Gates
2.200
MM US$
Válvulas de bloqueio
0.188
MM US$
Lançadores/recebedores de pigs
0.102
MM US$
61.090
MM US$
968.328
MM US$
96.833
MM US$
1,065.161
MM US$
Estação de Compressores
Outros
Subtotal
Projeto, administração e apoio
Total
XL
APÊNDICE D — Cálculo da instalação e operação
CASO 1 – cálculo da instalação e operação na condição sem estação de compressão na
transmissão
Instalação X Operação
6
MMUSD  10 ¤
USD  ¤
6
MMBtu  10 Btu
6 3
MSM3  10 m
Valores retirados da planilha do Excel de custos de duto
Instalação
Dados:
const montagem  577.594MMUSD
tubos  347.920MMUSD
ecomp  0MMUSD
CityGate  2.2MMUSD
Valv  0.188MMUSD
lancEreceb pig  0.102MMUSD
outros  62.336MMUSD
Resultados:
subtotal  const montagem  tubos  ecomp  CityGate  Valv  lancEreceb pig  outros
subtotal  990.34MMUSD

PAA  10%subtotal  99.034MMUSD

Total inst  subtotal  PAA
Total inst  1089.374MMUSD

Operação
Pessoal e manutenção
custo pessoal  0
USD
yr
custo manut  504545
USD
yr
Resultados:
custo oper  custo pessoal  custo manut
MMUSD
custo oper  0.505
yr
seguro  0.5%
( subtotal  outros )
yr
custo adm  15% custo oper  0.076
pig  3000
USD
 4.64
MMUSD
yr
MMUSD
yr
USD
 429.4km  257640
5yr  km
yr
Total PeM  custo oper  seguro  custo adm  pig
XLII
TotalPeM  5.478
MMUS D
yr
Consumo de combustível ao longo dos anos
Dados:
fator conv 
cons dia  0
37.30 MMBtu
1000
3
m
MSM3
day
preco comb  17.14
USD
MMBtu
 50%
Estipulado no projeto a metade do valor cobrado para a indústria
Resultados:
cons anual  preco comb fator conv  cons dia 365
cons anual  0
day
yr
MMUSD
yr
onde:
constmontagem = construção e montagem
lancEreceb pig
= lançador e recebedor de pig
ecomp = estação de compressão
customanut = custo de manutenção
custooper = custo operacional
Total PeM
= custo total pessoal e manutenção
PAA = projeto, administração e apoio
Totalinst = total de instalação
fatorconv = fator de conversão
preçocomb = preço do combustível
consdia = consumo diário de combustível em milhões de metros cúbicos
consanual = consumo anual de gás em milhões de dólares por ano
Fator de conversão obtido em: http://www.investidorpetrobras.com.br/pt/servicos/formulasde-conversao/detalhe-formulas-de-conversao/conversoes-de-precos-para-gas-natural.htm
Preço do gás para a indústria obtido por um estudo da FIRJAN em 2013: “O preço do gás
natural para a indústria no Brasil e nos Estados Unidos – Comparativo de Competitividade”
XLIII
CASO 2 – cálculo da instalação e operação na condição com 1 estação de compressão na
transmissão
Instalação X Operação
6
MMUSD  10 ¤
USD  ¤
6
MMBtu  10 Btu
6 3
MSM3  10 m
Valores retirados da planilha do Excel de custos de duto
Instalação
Dados:
const montagem  567.805MMUSD
tubos  308.209MMUSD
ecomp  15.388MMUSD
CityGate  2.2MMUSD
Valv  0.188MMUSD
lancEreceb pig  .0102MMUSD
outros  60.289MMUSD
Resultados:
subtotal  const montagem  tubos  ecomp  CityGate  Valv  lancEreceb pig  outros
subtotal  954.089MMUSD

PAA  10%subtotal  95.409MMUSD

Total inst  subtotal  PAA
Total inst  1049.498MMUSD

Operação
Pessoal e manutenção
custo pessoal  300000
custo manut  993941
USD
yr
USD
yr
Resultados:
custo oper  custo pessoal  custo manut
MMUSD
custo oper  1.294
yr
seguro  0.5%
( subtotal  outros )
yr
custo adm  15% custo oper  0.194
pig  3000
USD
 4.469
MMUSD
yr
MMUSD
yr
USD
 429.4km  257640
5yr  km
yr
Total PeM  custo oper  seguro  custo adm  pig
XLIV
TotalPeM  6.215
MMUS D
yr
Consumo de combustível ao longo dos anos
Dados:
fator conv 
37.30 MMBtu
1000
3
m
MSM3
cons dia  0.01074
day
17.14 USD
preco comb 
2 MMBtu
Resultados:
cons anual  preco comb fator conv  cons dia 365
cons anual  1.2531
day
yr
MMUSD
yr
onde:
constmontagem = construção e montagem
lancEreceb pig
= lançador e recebedor de pig
ecomp = estação de compressão
customanut = custo de manutenção
custooper = custo operacional
Total PeM
= custo total pessoal e manutenção
PAA = projeto, administração e apoio
Totalinst = total de instalação
fatorconv = fator de conversão
preçocomb= preço do combustível
consdia = consumo diário de combustível em milhões de metros cúbicos
consanual = consumo anual de gás em milhões de dólares por ano
Fator de conversão obtido em: http://www.investidorpetrobras.com.br/pt/servicos/formulasde-conversao/detalhe-formulas-de-conversao/conversoes-de-precos-para-gas-natural.htm
Preço do gás para a indústria obtido por um estudo da FIRJAN em 2013: “O preço do gás
natural para a indústria no Brasil e nos Estados Unidos – Comparativo de Competitividade”
XLV
CASO 3 – cálculo da instalação e operação na condição com 2 estação de compressão na
transmissão
Instalação X Operação
6
MMUSD  10 ¤
USD  ¤
6
MMBtu  10 Btu
6 3
MSM3  10 m
Valores retirados da planilha do Excel de custos de duto
Instalação
Dados:
const montagem  600.929MMUSD
tubos  267.543MMUSD
ecomp  36.277MMUSD
CityGate  2.2MMUSD
Valv  0.188MMUSD
lancEreceb pig  0.102MMUSD
outros  61.090MMUSD
Resultados:
subtotal  const montagem  tubos  ecomp  CityGate  Valv  lancEreceb pig  outros
subtotal  968.329MMUSD

PAA  10%subtotal  96.833MMUSD

Total inst  subtotal  PAA
Total inst  1065.162MMUSD

Operação
Pessoal e manutenção
custo pessoal  600000
USD
yr
USD
custo manut  1758396
yr
Resultados:
custo oper  custo pessoal  custo manut
MMUSD
custo oper  2.358
yr
seguro  0.5%
( subtotal  outros )
yr
custo adm  15% custo oper  0.354
pig  3000
USD
 4.536
MMUSD
yr
MMUSD
yr
USD
 429.4km  257640
5yr  km
yr
Total PeM  custo oper  seguro  custo adm  pig
XLVI
TotalPeM  7.506
MMUS D
yr
Consumo de combustível ao longo dos anos
Dados:
fator conv 
37.30 MMBtu
1000
3
m
MSM3
cons dia  0.03063
day
Estipulado no projeto a metade do valor cobrado para a indústria
preco comb 
17.14 USD
2
MMBtu
Resultados:
cons anual  preco comb fator conv  cons dia 365
cons anual  3.57379
day
yr
MMUSD
yr
onde:
constmontagem = construção e montagem
lancEreceb pig
= lançador e recebedor de pig
ecomp = estação de compressão
customanut = custo de manutenção
custooper = custo operacional
Total PeM
= custo total pessoal e manutenção em milhões de dólares por ano
PAA = projeto, administração e apoio
Totalinst = total de instalação
fatorconv = fator de conversão
preçocomb = preço do combustível
consdia = consumo diário de combustível em milhões de metros cúbicos
consanual = consumo anual de gás em milhões de dólares por ano
Fator de conversão obtido em: http://www.investidorpetrobras.com.br/pt/servicos/formulasde-conversao/detalhe-formulas-de-conversao/conversoes-de-precos-para-gas-natural.htm
Preço do gás para a indústria obtido por um estudo da FIRJAN em 2013: “O preço do gás
natural para a indústria no Brasil e nos Estados Unidos – Comparativo de Competitividade”
XLVII
APÊNDICE E — Comparativo entre os valores totais dos custos do duto
taxa de retorno
ano
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
15% a.a.
consumo de
gás(MMUSD)
custo/ano
VP
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
investimento (MMUSD)
custo/ano
VP
544.69
544.69
1171.08
Extensão
CASO 1
429.4 km
D(ext)
e
36 in
0.562 in
custo
operacional(MMUSD)
custo/ano
VP
5.48
5.48
5.48
5.48
5.48
5.48
5.48
5.48
5.48
5.48
5.48
5.48
5.48
5.48
5.48
5.48
5.48
5.48
5.48
5.48
34.29
39.43
39.05
38.60
38.10
37.51
36.84
36.06
35.17
34.15
32.97
31.62
30.06
28.27
26.21
23.84
21.12
17.99
14.38
10.24
Custo Total (valor presente)
1205.37 MMUSD
XLIX
taxa de retorno
ano
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
15% a.a.
consumo de
gás(MMUSD)
custo/ano
VP
1.25
1.25
1.25
1.25
1.25
1.25
1.25
1.25
1.25
1.25
1.25
1.25
1.25
1.25
1.25
1.25
1.25
1.25
1.25
1.25
7.84
9.02
8.93
8.83
8.71
8.58
8.43
8.25
8.05
7.81
7.54
7.23
6.88
6.47
6.00
5.45
4.83
4.11
3.29
2.34
investimento (MMUSD)
custo/ano
VP
524.75
524.75
1128.21
Extensão
CASO 2
429.4 km
D(ext)
e
34 in
0.562 in
custo
operacional(MMUSD)
custo/ano
VP
6.22
6.22
6.22
6.22
6.22
6.22
6.22
6.22
6.22
6.22
6.22
6.22
6.22
6.22
6.22
6.22
6.22
6.22
6.22
6.22
38.90
44.74
44.30
43.80
43.22
42.56
41.79
40.91
39.90
38.74
37.41
35.87
34.10
32.07
29.74
27.05
23.96
20.41
16.32
11.62
Custo Total (valor presente)
1174.96 MMUSD
L
taxa de retorno
ano
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
consumo de
gás(MMUSD)
custo/ano
VP
3.57
3.57
3.57
3.57
3.57
3.57
3.57
3.57
3.57
3.57
3.57
3.57
3.57
3.57
3.57
3.57
3.57
3.57
3.57
3.57
22.37
25.72
25.47
25.19
24.85
24.47
24.03
23.53
22.95
22.28
21.51
20.63
19.61
18.44
17.10
15.55
13.78
11.73
9.38
6.68
15% a.a.
investimento (MMUSD)
custo/ano
VP
532.58
532.58 1145.05
Extensão
CASO 3
429.4 km
D(ext)
e
32 in
0.5 in
custo
operacional(MMUSD)
custo/ano
VP
7.51
7.51
7.51
7.51
7.51
7.51
7.51
7.51
7.51
7.51
7.51
7.51
7.51
7.51
7.51
7.51
7.51
7.51
7.51
7.51
46.98
54.03
53.50
52.90
52.20
51.40
50.47
49.41
48.19
46.79
45.18
43.32
41.19
38.73
35.91
32.67
28.94
24.64
19.71
14.03
Custo Total (valor presente)
1214.40 MMUSD
LI
APÊNDICE F — Cálculo do Compressor Pelo Método N
Propriedades da Mistura do gás
[4] Massa
Molecula
[2]
[3] Massa
r
[5] Mass%
kmol/h(Mo
Molecula aparente [[4]/18,4]x10
l%x
r
da
0
52870)
mistura
([1]x[3])
[8] Tc,
[7]
mistura
Pc,
([1]x[6]
bar
)
[9] Pc,
mistura
([1]x[7])
77,54%
191,1 46,4 169,96
41,26656
35,57
31,634
1,87
10,18%
305,6 48,8
19,04
3,04087
51,89
3,234
44,09
0,91
4,95%
42,5
7,64
0,87756
72,20
1,491
176,63
58,12
0,19
1,06%
408,3 36,5
1,36
0,12194
87,46
0,292
0,4447%
235,09
58,12
0,26
1,40%
425,6
1,89
0,16897
87,52
0,389
IC5
0,1374%
72,62
72,15
0,10
0,54%
461,1 33,3
0,63
0,04574
118,45
0,163
n-Pentano
NC5
0,0953%
50,39
72,15
0,07
0,37%
596,1 23,8
0,57
0,02269
121,05
0,115
Hexano
C6
0,0497%
26,28
86,17
0,04
0,23%
508,3 30,3
0,25
0,01506
144,96
0,072
Heptano
C7+
0,0191%
10,11
100,2
0,02
0,10%
540,6 27,4
0,10
0,00524
169,09
0,032
Octano
C8
0,0043%
2,27
114,22
0,00
0,03%
569,4
0,02
0,00107
185,67
0,008
Nonano
C9
0,0010%
0,53
128,25
0,00
0,01%
596,1 23,8
0,01
0,00024
207,72
0,002
Nome do
componente
Mistura
do gás
[1] Mol
%
Metano
C1
88,9366
%
47020,76
16,04
14,27
Etano
C2
6,2313%
3294,49
30,07
Propano
C3
2,0648%
1091,68
Iso-Butano
IC4
0,3341%
n-Butano
NC4
Iso-Pentano
[6]
Tc, K
370
38
25
[11] Cp ,
[10] Cp,
mistura ,
kJ/(kmol.K
kJ/(kmol.K
)
) ([1]x[10])
LIII
Gás
Carbônico
CO2
1,1741%
620,73
44,01
0,52
2,81%
304,4
Nitrogênio
N2
0,5077%
268,42
28,02
0,14
0,77%
126,7 33,9
Total
100%
52870,0
851,6
18,4
100%
k(mistura
74
3,57
0,86881
36,81
0,432
0,64
0,17211
29,14
0,148
205,70
46,61
38,01
1,280
LIV
Cálculo do compressor pelo método N
3
kJ  10 J
3
kmol  10  mol
Dados do simulador e do UNISIM:
t1  32.7 °C
kgf
p1  82.9
2
cm
kgf
p2  100
2
cm
p2
r 
 1.206
p1
Cp  38.01
q  52870
kJ
kmol  K
kmo l
hr
Tc  205.7K
gm
Mr  18.4
mol
Pc  46.61bar
8314
J
Rc 

mol kg  K
Mr 
gm
k  1.28
onde:
mf = vazão mássica (mass flow)
v1, v2 = volume específico da entrada e saida do compressor respectivamente
Mr = massa molar aparente da mistura
Q1 = vazão da entrada e saída do compressor respectivamente
q = vazão em kmol/h
t1, t2 = temperatura de entrada e saída do fluido no compressor
T2 = temperatura aproximada da saída do compressor (sem efeitos da compressibilidade)
Tc, Pc = temperatura e pressão críticas
Tr, Pr = Temperatura e pressão reduzidas
Zm, Z1, Z2 = fator de compressibilidade médio, da entrada e saída respectivamente
Hp, Had,, Hmax = head politropico, adiabático e máximo por estágio respectivamente
Cp = calor específico a pressão constante
k = expoente adiabático
n = expoente politrópico
Rc = constante dos gases
r = razão de pressão
η ad, η p = eficiência adiabática e politrópica
X = fator de aumento de temperatura
speed, speednom = velocidade e velocidade nominal
Potgas, Poteixo = Potência do gás e do eixo
LV
Memória de Cálculo
Cálculo da vazão de sucção
5 kg
mf  q  Mr  9.728 10 
Tr1 
Pr1 
t1
hr
 1.487
Tc
p1
Pc
Z1  .8211
 1.744
Z1 achado no diagrama de compressibilidade
v1 
Z1 Rc  t1
p1
Q1  v 1 mf
Q1  13578
m
 0.014
m
3
kg
3
hr
Seleção do frame do compressor
Da tabela do fabricante, o compressor com o menor frame capaz de lidar com a vazão de entrada
é o Frame 29 M com head por estágio de 30 kN.m/kg. Outros dados do compressor:
p  .76
Cálculo da compressibilidade média
ad  .73
X  0.1
T2 
Tr2 
Pr2 
X
ad
T2
Tc
p2
 t1  t1  74.597°C

 1.691
Pc
Z2  .8635
 2.104
Z2 achado no diagrama de compressibilidade
Zm 
Z1  Z2
2
 0.842
LVI
Cálculo do Head politrópico
n1  1
Giv en
n1  1
k 1
n1
k  p
n  Find ( n1)  1.404
 n 1 

Zm Rc  t1 
n
Hp 
 ( r )
 1
( n 1)
n
Hp  22.43
kN  m
kg
Número de estágios requeridos
kN  m
Hmax  30
kg
Hp
stages 
1
Hmax
Temperatura real de descarga
t2 
Hp
 k  
Zm Rc  

 k  1 p
 t1
t2  49.663 °C
LVII