Em resumo
Fluxograma de processo é o desenho que representa as etapas, os equipamentos e as correntes de um processo industrial. São três tipos, em ordem crescente de detalhe: o diagrama de blocos (BFD), que mostra as etapas; o PFD (Process Flow Diagram, diagrama de fluxo de processo), que acrescenta os equipamentos e os dados das correntes, como temperatura, pressão, vazão e composição; e o P&ID (Piping and Instrumentation Diagram, diagrama de tubulação e instrumentação), que detalha tubulação, válvulas e malhas de controle segundo a norma ISA 5.1.
Fluxograma de processo é o desenho que representa as etapas, os equipamentos e as correntes de um processo industrial. Ele é um documento-chave no design de qualquer projeto industrial e uma prática essencial no escalonamento de tecnologias.
Na indústria química e de processos existem três tipos, e cada um acrescenta detalhe ao anterior:
- BFD (Block Flow Diagram, diagrama de blocos): mostra as etapas do processo em blocos e setas.
- PFD (Process Flow Diagram, diagrama de fluxo de processo): mostra os equipamentos principais e os dados de cada corrente, como temperatura, pressão, vazão e composição.
- P&ID (Piping and Instrumentation Diagram, diagrama de tubulação e instrumentação): mostra tubulação, válvulas, instrumentos e malhas de controle.
Na indústria, os diagramas são o principal meio de transmissão e registro de informações do processo. A escolha do tipo depende do objetivo que você deseja alcançar.
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 |
| Norma de símbolos | Sem padrão | ISO 10628 | ISA 5.1 |
| 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.
O que é um diagrama de blocos (BFD)?
O diagrama de blocos (BFD) é o primeiro e mais simples de todos, usado para se ter uma ideia aproximada da estrutura do processo. Cada bloco pode representar um único equipamento ou uma etapa completa do processo.
Esse método é útil para representar um processo de forma simplificada em relatórios e apresentações, mas seu uso é limitado quando aplicado a 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 e metano, então, passa através dos tubos do reator, situados na seção de radiação do forno, onde ocorrem as reações de reforma.
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 os equipamentos não seguem um padrão de simbologia. Os diagramas de blocos são geralmente desenhados em programas gráficos, como Bizagi, Microsoft Visio e PowerPoint.
O que é PFD (diagrama de fluxo de processo)?
PFD é a sigla de Process Flow Diagram, o diagrama de fluxo de processo. É um fluxograma mais completo que o de blocos e deve incluir equipamentos como tanques de carga, reatores, bombas e compressores. Nele se indicam as informações das correntes (temperatura, pressão, vazão e composição), as válvulas e até dispositivos de instrumentação e controle.
No PFD os equipamentos são representados por símbolos simplificados. A norma ISO 10628 é o padrão internacional para símbolos de desenho nos diagramas PFD, porém a maioria das empresas mantém seus próprios símbolos padronizados.
Existe uma série de plataformas digitais para elaborar esses diagramas. As mais indicadas são a EDraw e a edição profissional do Microsoft Visio, que possuem uma biblioteca de ícones com os símbolos seguindo as normas. Como plataforma gratuita, uma dica é o Lucidchart, que traz os símbolos na opção de Engenharia de processos.
O método mais adequado para processos simples, com poucos equipamentos, é organizar as informações das linhas de fluxo em tabelas na parte inferior do documento. Nesse caso, insira as informações que permitem a um especialista da área compreender o processo: o número e a identificação da corrente, a taxa de fluxo mássico de cada componente e a total, a pressão, a temperatura, a data e os dados da empresa e do processo.
Nesse método cada linha de fluxo é numerada e as informações são detalhadas na parte inferior. Na imagem abaixo está a planta industrial para obtenção de ácido nítrico representada em um diagrama PFD.
Informações do 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 fração mássica.
- Taxa de fluxo total da corrente, em kg/h.
- Temperatura da corrente, em °C.
- Pressão operacional nominal (pressão operacional necessária).
- Entalpia de fluxo, em kJ/h.
Dados opcionais:
- Composição percentual molar ou taxas de fluxo molar.
- Dados de propriedades físicas, com valores médios para o fluxo, como densidade (kg/m³) e viscosidade (mN·s/m²).
- Nome do fluxo, uma descrição de uma ou duas palavras da natureza da corrente.
O que é P&ID (diagrama de tubulação e instrumentação)?
P&ID é a sigla de Piping and Instrumentation Diagram, o diagrama de tubulação e instrumentação, também chamado de PID. É uma versão mais detalhada do PFD que inclui informações sobre instrumentos, válvulas auxiliares, linhas de amostragem, sistemas de controle e detalhes das tubulações. Ele descreve a disposição dos principais equipamentos e sua interconexão.
O P&ID mostra os detalhes de engenharia e a disposição dos equipamentos, instrumentos, tubulação, válvulas e acessórios. Engenheiros químicos, mecânicos e de controle e automação usam esse esquema para descrever seus processos, e entendê-lo faz diferença para operar as malhas de controle.
O projeto dos sistemas de tubulação e a especificação da instrumentação e dos sistemas de controle costumam ser 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 do 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 próprio P&ID. Para processos complexos, devem ser usados diagramas separados para as linhas de serviço. As conexões de serviço de cada unidade devem aparecer nesse diagrama.
O P&ID pode se parecer com o PFD, porém as informações de processo das correntes não aparecem nele. Os mesmos números de identificação dos equipamentos podem ser usados nos dois diagramas para evitar confusão. O P&ID é usado em projetos detalhados, com maior investimento.
Como fazer um fluxograma de processo, passo a passo
- Defina o objetivo e o nível de detalhe. Explicar o processo pede um BFD. Decidir se o processo fecha pede um PFD. Montar e operar pede um P&ID.
- Liste as etapas e desenhe o BFD. Um bloco por etapa ou equipamento, com setas na ordem do fluxo.
- Identifique os equipamentos e numere as correntes. Cada linha de fluxo ganha um número, que vai se repetir nos documentos seguintes.
- Preencha a tabela de correntes. Vazão de cada componente e total em kg/h, temperatura em °C, pressão e composição, na parte inferior do PFD.
- Use a simbologia da norma. ISO 10628 para o PFD, ou o padrão da sua empresa, e ISA 5.1 para instrumentos e malhas de controle.
- Detalhe no P&ID quando o projeto pedir. Tubulação com diâmetro e material, válvulas com tipo e tamanho, instrumentos e malhas, mantendo os mesmos números de equipamento do PFD.
- Revise com um especialista da área. O teste é se outra pessoa de processo consegue entender o processo só pelo desenho.
Como usar os fluxogramas
Defina qual o seu objetivo e o nível de detalhamento que o seu projeto exige antes de começar a desenhar.
Aqui no Escalab fazemos o mapeamento de processos existentes por meio de diagramas. A ideia é entender o processo, propor melhorias e buscar aumento de produtividade. Essa atividade também é prática comum nos nossos planos de escalonamento e na elaboração de protótipos.
O fluxograma também abre a frente técnica de um estudo de viabilidade técnica e econômica (EVTE): é nele que entram o balanço de massa e energia, o rendimento e a capacidade da planta piloto, que depois alimentam o fluxo de caixa.
Perguntas frequentes
O que é fluxograma de processo?
É o desenho que representa as etapas, os equipamentos e as correntes de um processo industrial. É o principal meio de registro e transmissão de informações do processo na indústria, em três níveis de detalhe: BFD, PFD e P&ID.
O que é PFD?
PFD é a sigla de Process Flow Diagram, o diagrama de fluxo de processo. Ele mostra os equipamentos principais, como tanques, reatores, bombas e compressores, e as informações de cada corrente: temperatura, pressão, vazão e composição. Os símbolos seguem a norma ISO 10628 ou o padrão da empresa.
O que significa P&ID?
P&ID significa Piping and Instrumentation Diagram, o diagrama de tubulação e instrumentação. É a versão mais detalhada do PFD, com tubulação, válvulas, instrumentos, linhas de amostragem e malhas de controle, seguindo a norma ISA 5.1.
Qual a diferença entre PFD e P&ID?
O PFD mostra como o processo opera, com os equipamentos principais e os dados das correntes. O P&ID mostra como o processo é construído e controlado, com tubulação, válvulas, instrumentos e malhas de controle, mas sem os dados de processo das correntes. O PFD é usado na engenharia básica e o P&ID na engenharia de detalhamento.
Qual a diferença entre BFD, PFD e P&ID?
O diagrama de blocos (BFD) é o mais simples e dá uma ideia aproximada da estrutura do processo, com cada bloco representando um equipamento ou uma etapa. O PFD acrescenta equipamentos e as informações das correntes. O P&ID é a versão mais detalhada e acrescenta instrumentos, válvulas auxiliares, linhas de amostragem, sistemas de controle e detalhes das tubulações.
Como fazer um fluxograma de processo industrial?
Defina o objetivo e o nível de detalhe, liste as etapas num diagrama de blocos, identifique os equipamentos e numere as correntes, preencha a tabela de correntes com vazão, temperatura, pressão e composição, use a simbologia da ISO 10628 e da ISA 5.1 e, se o projeto pedir, detalhe tubulação e instrumentação no P&ID.
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.
Referências Bibliográficas
As referências usadas para escrever este conteúdo:
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
