CAPÍTULO 4 CAPÍTULO 4 AVALIAÇÃO ECONÔMICA AVALIAÇÃO ECONÔMICA PRELIMINAR PRELIMINAR 20 de agosto de 2008
CAPÍTULO 4CAPÍTULO 4
AVALIAÇÃO ECONÔMICA AVALIAÇÃO ECONÔMICA PRELIMINARPRELIMINAR
20 de agosto de 2008
INTRODUÇÃO GERAL
1
INTRODUÇÃO À
SÍNTESE DE PROCESSOS
8
6
SÍNTESE DESISTEMAS DE SEPARAÇÃO
7
SÍNTESE
SÍNTESE DE
SISTEMAS DE
INTEGRAÇÃO ENERGÉTICA
INTRODUÇÃO À
ANÁLISE DE PROCESSOS
2
ESTRATÉGIAS
DE CÁLCULO
3
OTIMIZAÇÃOAVALIAÇÃO
ECONÔMICA
4 5
ANÁLISE
Desafio: encontrar a melhor solução no meio do conjunto numeroso e desordenado das soluções viáveis.
SÍNTESEGeração de todos os fluxogramas
possíveis
ANÁLISEPrevisão e avaliação de cada
fluxograma
Nível TecnológicoSeleção de uma Rota
Fluxograma ?Dimensões ?
Nível EstruturalSíntese de um
FluxogramaDimensões ? Lucro?
Nível ParamétricoAnálise do Fluxograma
Dimensionamentodos Equipamentos
e das Correntes. Lucro.
Solução Ótima: Reagentes = D,E; Fluxograma = 3; x = 4
RaizRota Química ?Fluxograma ?Dimensões ?
Decomposição, Representação e Resolução do Problema de Projeto por Busca Orientada por Árvore de Estados
P?? ?
D+E P+FD,E P,F
??
A+B P+CA,B P,C
??
1 PAB Cx
?
T D
2PA
B Cx
?T A
P3DE Fx
?
DM
PF
4DE x
?
M E
L
x
6
x o = 3x*
8
L
xx o = 4x*
L
10
xx o = 6x*
L
x
7
x o = 5x*
MODELOECONÔMICO
AVALIAÇÃO
ECONÔMICA
4
ESTRATÉGIAS
DE CÁLCULO
3
INTRODUÇÃO À
ANÁLISE DE PROCESSOS
2
OTIMIZAÇÃO
5
Resumo da Análise de ProcessosCorrespondência dos Capítulos com os Módulos Computacionais
OTIMIZAÇÃO
Variáveis Especificadas
Variáveis de Projeto
Parâmetros Econômicos
ParâmetrosFísicos MODELO
FÍSICODimensões Calculadas Lucro
Calcular Lucro
Resolver Problema
Otimizar Processo
DimensionarExtrator
DimensionarEvaporador
DimensionarCondensador
DimensionarResfriador
DimensionarMisturador
SimularExtrator
SimularEvaporador
SimularCondensador
SimularResfriador
SimularMisturador
SimularProcesso
DimensionarProcesso
ORGANIZAÇÃO DA DISCIPLINA
INTRODUÇÃO GERAL
1
INTRODUÇÃO À
SÍNTESE DE PROCESSOS
8
6
SÍNTESE DE
SISTEMAS DE SEPARAÇÃO
7
SÍNTESE
SÍNTESE DE
SISTEMAS DE
INTEGRAÇÃO ENERGÉTICA
AVALIAÇÃO
ECONÔMICA
4
INTRODUÇÃO À
ANÁLISE DE PROCESSOS
2
ESTRATÉGIAS
DE CÁLCULO
3
OTIMIZAÇÃO
5
ANÁLISE
FINALIDADE DO CAPÍTULO
Apresentar um procedimento aproximado para a Avaliação Econômica de processos condizente com o estágio preliminar do projeto. (quando são examinadas muitas alternativas de fluxogramas).
4. AVALIAÇÃO ECONÔMICA DE PROCESSOS
4.2 Estimativas Econômicas 4.2.1 Estimativa de Custos 4.2.2 Estimativa de Investimento
4.3 Dados para a Estimativa de Custos e de Investimento 4.3.1 Rudd & Watson 4.3.2 Douglas
4.1 Introdução
4.1 INTRODUÇÃO
Desempenho Real quando o processo se encontra em operaçãoFísico: medições (instrumentação) e cálculos (modelos).Econômico: contabilidade
Objetivo: avaliação do desempenho econômico de um processo.
Desempenho comportamento, “performance”.
Desempenho Previsto quando processo ainda se encontra em fase de projeto/operação em novas condições
Físico: modelos físicos.Econômico: modelos econômicos.
- Físico- Econômico
- Real- Previsto
Critério adotado nesta disciplina (Rudd & Watson)
Happel: Venture Profit Lucro do Empreendimento (LE)
Lucro do Empreendimento: LE = L1 - L0
O projeto é economicamente vantajoso se LE 0
L0: Lucro proporcionado por um investimento com: - retorno garantido i ($/a) /($ investido) - sem risco comercial.
L1: Lucro previsto para o processo, com: - retorno estimado j ($/ano) / ($ investido) - com risco comercial.
É o Lucro Relativo ao proporcionado por um investimento “padrão”:
Sejam:
Fluxograma Ilustrativo do Lucro do Empreendimento
InstalaçõesFísicas
Lucro Bruto
ReceitaR $/a
Custo Total
LB = R - Ctotal $/a
Lucro LíquidoApós o I.R.
Imposto de RendaIR = t (LB - D) $/a
t
LD = LA - IR $/a
Lucro LíquidoApós o Risco
LL = LD - CR $/a
hi
Retorno garantidosobre o
investimento
RI = i Itotal $/a
Compensaçãopelo Risco
CR = h Itotal $/a
Lucro Líquidoantes do I.R.
LA = LB - D $/a
Ctotal $/a
ee
DepreciaçãoD = e Idireto $/a
Lucro do Empreendimento: LE = LB - (D + IR ) - RIR $/a
Lucro doEmpreendimento
Retorno sobre o Investimento + RiscoRIR = (i + h) Itotal = im Itotal $/a
RIR
Itotal $Itotal
$
Valores Típicos da Taxa de Retorno sobre o Investimento(Rudd & Watson)
Tipo de Indústria i [($/a)/$ investido]Papel e Celulose. Borracha 0,08 - 0,10
Fibras Sintéticas. Produtos Químicos.Petróleo 0,11 - 0,13Produtos Farmacêuticos. Extração.Mineração 0,16 - 0,18
Provenientes do mercado
Valores Típicos para a Taxa de Risco(Rudd & Watson)
Tipo deRisco
h [($/a)/$ investido] Tipo de Projeto
Elevado 0,20 - 1,00 projetos que compreendem grandenovidade ou baseados eminformações incertas sobre vendas,produtos e matérias primas.
Razoável 0,10 - 0,20 projetos um pouco fora do campode atividade da empresa, ouprodutos ou processos relativamentenovos ainda não devidamentecomprovados.
Médio 0,05 - 0,10projetos dentro do campo daatividade da empresa, porém comalgumas novidades ou cominformações indefinidas quanto aomercado.
Bom 0,01 - 0,05 expansão de atividades existentesnum mercado conhecido
Excelente 0,00 - 0,01 redução de custos em processoexistente, num ambiente estável
Definidos pelo Investidor
4. AVALIAÇÃO ECONÔMICA DE PROCESSOS
4.1 Introdução
4.2.1 Estimativa de Custos 4.2.2 Estimativa de Investimento
4.3 Dados para a Estimativa de Custos e de Investimento 4.3.1 Rudd & Watson 4.3.2 Douglas
4.2 Estimativas Econômicas
4.2 ESTIMATIVAS ECONÔMICAS
Estimativa aproximada: correlações e fatores empíricos. Uso emestágios preliminares do projeto (erros até 35%).
Objetivo do Capítulodesenvolver uma expressão simples para estimativa aproximada em função de - Receita (R)- Custos de matérias primas (Cmatprim), e de utilidades (Cutil) - Custos de Investimento (I)todos obtidos facilmente do resultado do dimensionamento e da simulação:
Estimativa detalhada : desenhos e especificações detalhadas. Uso em propostas para a compra dos equipamentos.
Dois tipos extremos de estimativas de custos:
LE = aR - b(Cmatprim + Cutil) - c I
PROCESSO ILUSTRATIVO
INCÓGNITAS
L
AVALIAÇÃO
ECONÔMICA
Vd,Ae,Ac,Ar
VARIÁVEIS DE PROJETO
r,T9,T12OTIMIZAÇÃO
W4,W6,W8,W11,W14
MODELOFÍSICO
VARIÁVEIS ESPECIFICADAS
W1x11,x14
T1,T2,T5,T6,T7,T8,T10,T11,T14,
Resultado do Dimensionamento do Processo Ilustrativo
1
2
3
4
5
67
8
9
10
11
12
13
14
15
W1
x11
T1
2T
T3
13
23 W7
T7
W6
T6
Ae
W5
T5W
8T
8
W9
T9
W10
T10
W11
T11
W12
T12
Ac
Ar
W13
T13
W14
T14
W15
T15
extrato
águaágua
vapor
EVAPORADOR
EXTRATOR
CONDENSADORRESFRIADOR
MISTURADOR
alimentação
bomba
decantador
Vd
2
m2
m2
= 25 C
= 25 C
= 150 C = 150 C
= 25 C
= 15 C= 15 C
= 80 C
= 25 C
= 25 C
= 25 C
= 80 C
kg/h
20 HP
=
t = 0 ,0833 h
r = 0,60
f
11
f31
f
f
12
32
rafinado
f
f
T4
x14
produto
= 80 C
= 0,10
f14
f24
= 59.969 kg/h
= 30 C = 30C
= 59.969 kg/h
= 361
= 37.425
= 228.101 kg/h
= 124 m
= 8.615 kg/h = 8.615 kg/h
= 120 kg/h
= 37.424 kg/h
= 120 kg/h= 99.800 kg/h
= 80 kg/h= 200 kg/h
= 99.800 kg/h
= 0,002
11.859 l
= 119
= 100.000 kg/h
= 1.080 kg/h
= 1.080 kg/h
= 228.101 kg/h
= 36.345 kg/h
= 36.345 kg/h= 36.345 kg/h
LE = aR - b(Cmatprim + Cutil) - c I
4. AVALIAÇÃO ECONÔMICA DE PROCESSOS
4.1 Introdução
4.2 Estimativas Econômicas 4.2.2 Estimativa de Investimento
4.3 Dados para a Estimativa de Custos e de Investimento 4.3.1 Rudd & Watson 4.3.2 Douglas
4.2.1 Estimativa de Custos
4.2.1 ESTIMATIVA DOS CUSTOS
Segue resumo adaptado de Peters & Timmerhaus, utilizando valores médios das faixas lá apresentadas. Detalhes: Tabela 4.3 do Livro.
LE = (1- t) (R – Ctotal – e Idireto) – im Itotal $/a
LE = LB - D - IR – RIR $/a LB = R – Ctotal
D = e Idireto
IR = t (LB - D) RIR = RI + CR = (i + h) Itotal = im Itotal
Ctotal ??? Idireto??? Itotal ???
Ctotal = (Cmatprim + Cutil) + 0,076 Ifixo + 0,27 Ctotal + 0,025 R $/a
Ctotal = 1,37 (Cmatprim + Cutil) + 0,104 Ifixo + 0,034 R $/a
Ctotal = Cprod + Cgerais $/a
Cprod = Cdiretos + Cfixos
Cdiretos = (Cmatprim + Cutil) + Cmanut + Csupr + (Cmobra + Cadm + Clab) + Croy
Cdiretos = (Cmatprim + Cutil) + 0,046 Ifixo + 0,27Ctotal
Cfixos = Cimpost + Csegur + Calug + Cjur
Cfixos = 0,03 Ifixo
Cprod = (Cmatprim + Cutil) + 0,076 Ifixo + 0,27 Ctotal
Cgerais = 0,025 R
Ctotal
LE = (1- t) (R – Ctotal – e Idireto) – im Itotal $/a
Ctotal = 1,37 (Cmatprim + Cutil) + 0,104 Ifixo + 0,034 R
LE = 0,48 R - 0,68 (Cmatprim + Cutil) - 0,05 Ifixo – 0,05 Idireto- 0,15 Itotal $/a
Ifixo ????? Idireto ??? Itotal ??????
e = 0,10 t = 0,5 im = 0,15
LE = 0,5 (R – Ctotal – 0,1 Idireto) – 0,15 Itotal $/a
LE = 0,5 (R – 1,37 (Cmatprim + Cutil) - 0,104 Ifixo - 0,034 R – 0,1 Idireto) – 0,15 Itotal $/a
Retornando a LE
4. AVALIAÇÃO ECONÔMICA DE PROCESSOS
4.1 Introdução
4.2 Estimativas Econômicas 4.2.1 Estimativa de Custos
4.3 Dados para a Estimativa de Custos e de Investimento 4.3.1 Rudd & Watson 4.3.2 Douglas
4.2.2 Estimativa de Investimento
Itotal = Ifixo + Igiro + Ipartida $
4.2.2 ESTIMATIVA DO INVESTIMENTO
Itotal = 2,34 ISBL $
Igiro = 0,15 Itotal
Ipartida = 0,10 Ifixo
Ifixo = 1,81 ISBL
Iindireto = 0,25 Idireto
Idireto = 1,45 ISBL
OSBL = 0,45 ISBL (custo de investimento "Outside Battery Limits")
ISBL: custo instalado dos equipamentos diretamente envolvidos na produção ("Inside Battery Limits")
Idireto = ISBL + OSBL
Ifixo = Idireto + Iindireto
LE = 0,48 R - 0,68 (Cmatprim + Cutil) - 0,05 Ifixo – 0,05 Idireto- 0,15 Itotal $/a
Ifixo = 1,81 ISBLIdireto = 1,45 ISBLItotal = 2,34 ISBL
LE = 0,48 R - 0,68 (Cmatprim + Cutil) - 0,46 ISBL $/a
ISBL ???
Os coeficientes dependem das correlações utilizadas intermediariamente que dependem da experiência do avaliador e da
região em que se desenvolve o projeto.
LE = 0,5 R - 0,7 (Cmatprim + Cutil) - 0,5 ISBL $/a
LE = 0,5 (R - Cmatprim - Cutil – ISBL) $/a
Aproximação prática para a discriminação de muitos fluxogramas alternativos gerados na Síntese, com um mesmo nível de erro:
iM
bi
iEbiEi )
Q
Q(II
Q i: dimensão característica do equipamento i, calculada ou especificada.Qb i: valor-base da dimensão característica do equipamento i cujo custo
de investimento IEbi é conhecido.Mi : fator de escala para o equipamento i, válido para uma faixa de valores de Qi
IEi : custo de investimento do equipamento i para a dimensão Qi.
ISBL = fT fD fL IEi
IEbi, Qbi, Mi: gráficos (Guthrie) e tabelas.
ExemploTrocador de Calor casco-e-tubo
I = 1.350 (A / 50)0,48 $ (50 < A < 300 ft2)
ISBL = fT fD fL IEi
fT, fD, fL : fatores empíricos.
fL (fator de Lang): transforma preço de compra em custo instalado. (inclui estrutura, pintura, instalação elétrica, instrumentação,...)
fD : transforma preço de compra levantado no ano A no preço de compra no ano em que está sendo executado o projeto. (utiliza Índices de Preços. Ex.: Ch.Eng. Cost Index) f D = IC a / IC b (a: ano da avaliação; b: ano da tabela) Exemplo: em 1960: 1.350 $ em 2000: 1.350 x (IC2000 / IC1960) = 1.350 (394/102) = 5.215 $
fT: transforma o preço de compra na região em que foi levantado no preço de compra na região em que será construída a planta. (considera frete, armazenamento, alfândega, etc.)
4. AVALIAÇÃO ECONÔMICA DE PROCESSOS
4.1 Introdução
4.2 Estimativas Econômicas 4.2.1 Estimativa de Custos 4.2.2 Estimativa de Investimento
4.3.1 Rudd & Watson 4.3.2 Douglas
4.3 Dados para a Estimativa de Custos e de Investimento
Correlações de Custo para Alguns Equipamentos Típicos(Rudd & Watson)
Equipamento IEb($, 1961) Qb Faixa de Q M
Sopradores 1 psi 7 psi
3606900
70 cfm1400
70 - 14001400 - 6000
0,460,35
Caldeira 9800 4000 4000 - 20000 0,67CentrífugasAço carbono
Aço inoxidável2870043000
40 in.(cesta)40 in.
40 - 6640 - 66
0,810,63
Compressor de ar 80000 240 hp 240 - 2000 0,29Cristalizador 22100 10 t/d 10 - 1000 0,63Evaporadores
(película) 92001120017900
4 ft29 ft2
33 ft2
4 - 99 - 33
33 - 66
0,240,360,55
Filtros-prensa 800 10 ft2 10 - 300 0,85Trocadores de Calor
casco-e-tubotubos aletados
refervedor
135054004070
50 ft2700400
50 - 300700 - 3000400 - 600
0,480,58
0,25Misturador 3900 15 hp 15 - 25 0,19
Vasos de pressão(aço carbono)
10604830
3000 lb30000 lb
3000 - 600030000 - 100000
0,600,80
Bombas centrífugas(ligas)
13002480
10 hp25 hp
10 - 2525 - 100
0,680,86
TanquesAço carbono
Aço inoxidável240730
300 gal150
300 - 1400150 - 500
0,660,69
4.3 DADOS PARA A ESTIMATIVA DE CUSTOS DE INVESTIMENTO
ExemploTrocador de Calor casco-e-tubo
I = 1.350 (A / 50)0,48 $ (50 < A < 300 ft2)
Exemplo: Processo Ilustrativo
Resultado do Dimensionamento do Processo Ilustrativo
1
2
3
4
5
67
8
9
10
11
12
13
14
15
W1
x11
T1
2T
T3
13
23 W7
T7
W6
T6
Ae
W5
T5W
8T
8
W9
T9
W10
T10
W11
T11
W12
T12
Ac
Ar
W13
T13
W14
T14
W15
T15
extrato
águaágua
vapor
EVAPORADOR
EXTRATOR
CONDENSADORRESFRIADOR
MISTURADOR
alimentação
bomba
decantador
Vd
2
m2
m2
= 25 C
= 25 C
= 150 C = 150 C
= 25 C
= 15 C= 15 C
= 80 C
= 25 C
= 25 C
= 25 C
= 80 C
kg/h
20 HP
=
t = 0 ,0833 h
r = 0,60
f
11
f31
f
f
12
32
rafinado
f
f
T4
x14
produto
= 80 C
= 0,10
f14
f24
= 59.969 kg/h
= 30 C = 30C
= 59.969 kg/h
= 361
= 37.425
= 228.101 kg/h
= 124 m
= 8.615 kg/h = 8.615 kg/h
= 120 kg/h
= 37.424 kg/h
= 120 kg/h= 99.800 kg/h
= 80 kg/h= 200 kg/h
= 99.800 kg/h
= 0,002
11.859 l
= 119
= 100.000 kg/h
= 1.080 kg/h
= 1.080 kg/h
= 228.101 kg/h
= 36.345 kg/h
= 36.345 kg/h= 36.345 kg/h
LE = aR - b(Cmatprim + Cutil) - c I
R = pAB W4 f14 Fop $/a
Investimento:Ib = Ibb (20/Pbb) Mb $Id = Idb (Vd/Vdb) Md $
Ie = Ieb (Ae/Aeb) Me $
Ic = Icb (Ac/Acb) Mc $ Ir = Irb (Ar/Arb) Mr $
ISBL = fT fD fL (Ib + Id + Ie + Ic + Ir) $Custos:Cagua = pa (W8 + W11) $/hCvapor = pv W6 $/hCsolvente = ps W14 $/hCbomba = 0,15 $/hC = Fop (Cagua + Cvapor + Csolvente + Cbomba) $/a
LE = 0,7 R – 0,8 C – 0,4 ISBL $/a
PROCESSO ILUSTRATIVO
Relembrando:
Happel: Venture Profit Lucro do Empreendimento (LE)
Lucro do Empreendimento: LE = L1 - L0
O projeto é economicamente vantajoso se LE 0
L0: Lucro proporcionado por um investimento com: - retorno garantido i ($/a) /($ investido) - sem risco comercial.
L1: Lucro previsto para o processo, com: - retorno estimado j ($/ano) / ($ investido) - com risco comercial.
É o Lucro Relativo ao proporcionado por um investimento “padrão”:
Sejam:
Fluxograma Ilustrativo do Lucro do Empreendimento
InstalaçõesFísicas
Lucro Bruto
ReceitaR $/a
Custo Total
LB = R - Ctotal $/a
Lucro LíquidoApós o I.R.
Imposto de RendaIR = t (LB - D) $/a
t
LD = LA - IR $/a
Lucro LíquidoApós o Risco
LL = LD - CR $/a
hi
Retorno garantidosobre o
investimento
RI = i Itotal $/a
Compensaçãopelo Risco
CR = h Itotal $/a
Lucro Líquidoantes do I.R.
LA = LB - D $/a
Ctotal $/a
ee
DepreciaçãoD = e Idireto $/a
Lucro do Empreendimento: LE = LB - (D + IR ) - RIR $/a
Lucro doEmpreendimento
Retorno sobre o Investimento + RiscoRIR = (i + h) Itotal = im Itotal $/a
RIR
Itotal $Itotal
$
LE = LL – im Itotal = j Itotal – im Itotal
j = im + LE / Itotal
LE = L1 (j, h >0) - L0 (i, h = 0) = LD (j, h > 0) – RIR [(i + h)]
j = (i + h) + LE / Itotal
LE = j Itotal – (i + h) Itotal ( j = ?) LE = [j – (i + h)] Itotal