Em resumo
Os três fluxogramas usados na indústria química são o diagrama de blocos (BFD), o diagrama de fluxo de processos (PFD) e o diagrama de tubulação e instrumentação (P&ID), em ordem crescente de detalhamento. O BFD é o mais simples e dá uma ideia aproximada da estrutura do processo; o PFD acrescenta equipamentos e as informações das correntes, como temperatura, pressão, vazão e composição; o P&ID detalha tubulação e instrumentação.
Conheça 3 tipos de diagramas e como eles são usados nas indústrias químicas
O que você vai encontrar nesse artigo:
- Os tipos de fluxogramas de processo e suas informações;
- Diagrama de blocos;
- Diagrama de fluxo de processos (PFD);
- Informações essenciais para o PFD;
- Diagramas de tubulação e instrumentação (P&ID);
- Informações essenciais dos diagramas P&ID;
- Como usar;
- Referências.
Por que usar diagramas de fluxo
Um fluxograma de processo é um documento-chave no design de qualquer projeto industrial. Nesses diagramas são encontradas informações importantes dos processos e é uma prática essencial no escalonamento de tecnologias.
Na indústria, os diagramas são utilizados como o principal meio de transmissão e registro de informações do processo. Existem diferentes modelos e a escolha dependerá do objetivo que você deseja alcançar.
Diagrama de blocos
O primeiro e mais simples de todos trata-se do diagrama de blocos (BFD), que pode ser usado para se ter uma ideia aproximada da estrutura do processo. Essa é a forma mais simples dos diagramas de fluxo. Cada bloco pode representar um único equipamento ou uma etapa completa do processo.
Esse método é útil para representar um processo de uma forma simplificada em relatórios e apresentações, mas seu uso é limitado quando aplicado para processos complexos.
A imagem abaixo representa o processo de reforma a vapor por meio de um diagrama BFD. Esse processo é muito empregado em refinarias petroquímicas para produção de hidrogênio a partir do metano.
Observe que a alimentação de metano (esquerda) é misturada com o vapor d’água pré-aquecido na seção convectiva do forno. A mistura de vapor-metano, então, passa através dos tubos do reator, situados na seção de radiação do forno, onde ocorrem as reações de reforma (Equação 1 e 2).
Os produtos do reator a vapor são enviados para um reator de deslocamento, que tem a função de aumentar a quantidade de hidrogênio na corrente de produto. Os produtos do reator de deslocamento são então resfriados e direcionados para uma coluna de absorção de CO2, antes de serem enviados para o processo de adsorção que separa o hidrogênio (H2) dos demais componentes.
Nesse diagrama temos a representação dos equipamentos, que não possuem um padrão de simbologia. Os diagramas de bloco são geralmente desenhados usando programas gráficos, como Bizagi, Microsoft Visio e PowerPoint.
Diagrama de fluxo de processos (PFD)
Um diagrama de fluxo de processos, também conhecido como PFD (Process Flow Diagram) é um fluxograma mais completo e deve incluir equipamentos como tanques de carga, reatores, bombas, compressores, entre outros. Nesse diagrama, devemos indicar as informações das correntes (ex. temperatura, pressão, vazão, composição), válvulas e até mesmo dispositivos de instrumentação e controle.
No fluxograma os equipamentos são representados por símbolos simplificados. A norma ISO 10.628 é o padrão internacional para símbolos de desenho nos diagramas PFD, porém a maioria das empresas possuem seus próprios símbolos padronizados.
Existem uma série de plataformas digitais para elaborar esses diagramas. As mais indicadas são a da EDraw e a edição profissional do Microsoft Visio. Elas possuem uma biblioteca de ícones incluindo os símbolos seguindo as normas. Como plataforma gratuita, uma dica é a Lucidchart. Nela podemos encontrar os símbolos selecionando a opção de Engenharia de processos.
O método mais adequado para processos simples com poucos equipamentos é organizar as informações das linhas de fluxo do processo em tabelas na parte inferior do documento. Nesse caso, lembre-se de inserir as informações importantes para que um especialista da área consiga compreender o processo. Algumas informações importantes são: o número e identificação da corrente; a taxa de fluxo mássico de cada componente individual e total; pressão; temperatura; data e dados da empresa e do processo.
Nesse método cada linha de fluxo é numerada e as informações são detalhadas na parte inferior. Na imagem podemos analisar a planta industrial para obtenção de ácido nítrico representada em um diagrama PFD. As informações recomendadas para os diagramas PFD podem ser vistas na tabela abaixo.
Informações dos diagramas PFD
Dados essenciais:
- Equipamentos do processo, incluindo correntes de alimentação, recipientes de armazenamento de produtos e equipamentos usados para o transporte de fluidos e sólidos.
- Localização das válvulas de controle do processo.
- Composição do fluxo
- Tabela indicando a taxa de fluxo de cada componente individual ( kg /h), ou a composição da corrente como uma fração do peso.
- Taxa de fluxo total da corrente, em kg /h.
- Temperatura da corrente, em °C.
- Pressão operacional nominal (pressão operacional necessária).
- Entalpia de fluxo, kJ/ h.
Dados opcionais:
- Composição percentual molar e / ou taxas de fluxo molar.
- Dados de propriedades físicas, valores médios para o fluxo, como: i. densidade, kg / m3, ii. viscosidade, mN s / m2.
- Nome do fluxo, uma breve descrição de uma ou duas palavras da natureza do fluxo, por exemplo
Diagramas de tubulação e instrumentação (P&ID)
Finamente, um diagrama de tubulação e instrumentação (diagrama P&ID ou PID) é uma versão mais detalhada do PFD que também inclui informações sobre instrumentos, válvulas auxiliares, linhas de amostragem, sistemas de controle e detalhes das tubulações. Esse fluxograma descreve a disposição dos principais equipamentos e sua interconexão. Trata-se de uma descrição da natureza do processo.
Esse diagrama mostra os detalhes de engenharia e a disposição dos equipamentos, instrumentos, tubulação, válvulas e acessórios. Os engenheiros químicos, mecânicos e de controle e automação empregam esse esquema para descrever seus processos e entendê-lo faz toda diferença para operar com as malhas de controle.
O projeto dos sistemas de tubulação e a especificação da instrumentação do processo e dos sistemas de controle geralmente são feitos por grupos de engenheiros especializados. Esses diagramas seguem a norma de simbologia e instrumentação ISA 5.1 e devem incluir os seguintes tópicos:
Informações dos diagramas P&ID:
- Equipamentos de processo identificados por um número. O equipamento deve ser desenhado seguindo sua proporção e localização.
- Tubulações, identificadas por um número. O tamanho do tubo e o material de construção devem ser especificados.
- Válvulas de controle e de bloqueio, com número de identificação. O tipo e o tamanho devem ser mostrados. Cada tipo de válvula possui um código específico.
- Acessórios auxiliares que fazem parte do sistema de tubulação, como visores em linha, filtros e purgas, com um número de identificação.
- Bombas e turbinas, identificadas por códigos.
- Malhas de controle e instrumentos, com um número de identificação.
Para processos simples, as linhas de utilidades podem ser mostradas no diagrama de P&ID. Para processos complexos, devem ser usados diagramas separados para mostrar as linhas de serviço. As conexões de serviço para cada unidade devem ser exibidas nesse diagrama.
O diagrama P&ID pode se parecer com o PFD descrito anteriormente. Porém, as informações do processo não são mostradas nesse caso. Os mesmos números de identificação dos equipamentos podem ser usados em ambos os diagramas para evitar confusões. O diagrama P&ID é usado em projetos detalhados com maior investimento.
Os três lado a lado
| BFD | PFD | P&ID | |
|---|---|---|---|
| Nome | Diagrama de blocos | Diagrama de fluxo de processo | Diagrama de tubulação e instrumentação |
| Pergunta que responde | Quais são as etapas? | Como o processo opera? | Como ele é construído e controlado? |
| Equipamentos | Blocos genéricos | Principais, identificados | Todos, com tag |
| Correntes | Setas, sem dados | Temperatura, pressão, vazão, composição | Referenciadas do PFD |
| Tubulação | Não aparece | Linhas principais | Diâmetro, material, especificação |
| Instrumentação | Não aparece | Não aparece | Instrumentos, válvulas e malhas de controle |
| Fase típica | Concepção | Engenharia básica | Engenharia de detalhamento |
| Quem usa | Todo mundo | Processo e projeto | Montagem, operação, manutenção, HAZOP |
O caminho é sempre o mesmo, e cada etapa acrescenta detalhe sem jogar fora a anterior:
flowchart LR A["<b>BFD</b><br/>o que acontece<br/><i>blocos e setas</i>"] B["<b>PFD</b><br/>como opera<br/><i>equipamentos e correntes</i>"] C["<b>P&ID</b><br/>como se constrói<br/><i>tubulação e instrumentos</i>"] A -->|"+ dados de processo"| B B -->|"+ tubulação e controle"| C
Se você precisa decidir o que comprar e como montar, o documento é o P&ID. Se precisa decidir se o processo fecha, é o PFD. O BFD serve para explicar o processo a quem não é da área.
Como usar os fluxogramas
Agora que você aprendeu um pouco mais sobre os diagramas, já pode começar a elaborar os seus! Lembre-se: defina qual o seu objetivo e o nível de detalhamento que o seu projeto exige.
Aqui no Escalab realizamos o mapeamento adequado de processos já existentes por diagramas. A ideia é entender o processo, propondo melhorias e buscando aumento de produtividade. Essa atividade também é prática comum nos nossos planos de escalonamento e na elaboração de protótipos.
Se quiser saber mais, confira as referências usadas para escrever esse conteúdo:
Perguntas frequentes
Qual a diferença entre BFD, PFD e P&ID?
O diagrama de blocos (BFD) é o primeiro e mais simples: serve para ter uma ideia aproximada da estrutura do processo, com cada bloco representando um equipamento ou uma etapa completa. O diagrama de fluxo de processos (PFD) é mais completo e inclui equipamentos como tanques, reatores, bombas e compressores, além das informações das correntes, temperatura, pressão, vazão e composição. O P&ID é a versão mais detalhada do PFD e acrescenta instrumentos, válvulas auxiliares, linhas de amostragem, sistemas de controle e detalhes das tubulações.
Quais normas regem os símbolos desses diagramas?
A ISO 10628 é o padrão internacional para símbolos de desenho nos diagramas PFD, embora a maioria das empresas mantenha seus próprios símbolos padronizados. Os diagramas P&ID seguem a norma de simbologia e instrumentação ISA 5.1.
Que ferramentas usar para desenhar fluxogramas?
Diagramas de blocos costumam ser feitos em programas gráficos como Bizagi, Microsoft Visio e PowerPoint. Para PFD, as mais indicadas são a EDraw e a edição profissional do Microsoft Visio, que trazem biblioteca de ícones seguindo as normas. Como opção gratuita, o Lucidchart tem os símbolos na seção de Engenharia de processos.
Qual diagrama devo escolher para o meu projeto?
Depende do objetivo e do nível de detalhamento que o projeto exige. O BFD é útil para representar o processo de forma simplificada em relatórios e apresentações, mas tem uso limitado em processos complexos. O P&ID é usado em projetos detalhados, com maior investimento.
Referências Bibliográficas
ANSI/ISA-5.1., Instrumentation Symbols and Identification, 2009
ISO 10628-1., Diagrams for the chemical and petrochemical industry – Part 1, 2015
ISO 10628-2., DIAGRAMS FOR THE CHEMICAL AND PETROCHEMICAL INDUSTRY. PART 2, 2012
Lucia, A., Chemical Engineering Design Principles, Practice, and Economics of Plant and Process Design By G. Towler and R. Sinnott. AIChE J., 54: 3034-3035, 2008
