Engenharia de Processos

A engenharia de processos é a compreensão e aplicação dos princípios e leis fundamentais da natureza que permitem ao ser humano transformar matéria-prima e energia em produtos úteis à sociedade, a nível industrial . [1] Aproveitando as forças motrizes da natureza, como gradientes de pressão , temperatura e concentração , bem como a lei da conservação da massa , os engenheiros de processo podem desenvolver métodos para sintetizar e purificar grandes quantidades de produtos químicos desejados. [1]A engenharia de processos concentra-se no projeto, operação, controle, otimização e intensificação de processos químicos, físicos e biológicos. A engenharia de processos abrange uma vasta gama de indústrias, como agricultura , automotiva , biotécnica , química , alimentícia , desenvolvimento de materiais , mineração , nuclear , petroquímica , farmacêutica e desenvolvimento de software . A aplicação de métodos sistemáticos baseados em computador à engenharia de processos é "engenharia de sistemas de processos".

Visão geral

A engenharia de processos envolve a utilização de múltiplas ferramentas e métodos. Dependendo da natureza exata do sistema, os processos precisam ser simulados e modelados utilizando matemática e ciência da computação. Processos onde a mudança de fase e o equilíbrio de fase são relevantes requerem análise usando os princípios e leis da termodinâmica para quantificar mudanças na energia e na eficiência. Em contraste, os processos que se concentram no fluxo de material e energia à medida que se aproximam do equilíbrio são melhor analisados ​​utilizando as disciplinas de mecânica dos fluidos e fenômenos de transporte. Disciplinas da área de mecânica precisam ser aplicadas na presença de fluidos ou meios porosos e dispersos. Os princípios da engenharia de materiais também precisam ser aplicados, quando relevante. [1]

A fabricação na área de engenharia de processos envolve a implementação de etapas de síntese de processos. [2] Independentemente das ferramentas exatas necessárias, a engenharia de processo é então formatada através do uso de um diagrama de fluxo de processo (PFD) onde são traçados caminhos de fluxo de materiais , equipamentos de armazenamento (como tanques e silos), transformações (como colunas de destilação , receptor/ tanques principais, mistura, separações, bombeamento, etc.) e vazões são especificados, bem como uma lista de todos os tubos e transportadores e seu conteúdo, propriedades do material como densidade , viscosidade , distribuição de tamanho de partícula, vazões, pressões, temperaturas e materiais de construção para a tubulação e operações unitárias . [1]

O diagrama de fluxo do processo é então usado para desenvolver um diagrama de tubulação e instrumentação (P&ID) que exibe graficamente o processo real que está ocorrendo. O P&ID pretende ser mais complexo e específico do que um PFD. [3] Eles representam uma abordagem menos confusa ao design. O P&ID é então usado como base de design para o desenvolvimento do “guia de operação do sistema” ou “ especificação de design funcional ” que descreve a operação do processo. [4] Ele orienta o processo através da operação de máquinas, segurança no projeto, programação e comunicação eficaz entre engenheiros. [5]

A partir do P&ID, um layout proposto (arranjo geral) do processo pode ser mostrado a partir de uma visão aérea (planta do terreno ) e uma vista lateral (elevação), e outras disciplinas de engenharia estão envolvidas, como engenheiros civis para trabalhos no local (movimentação de terra) , projeto de fundação, trabalho de projeto de laje de concreto, aço estrutural para suportar o equipamento, etc. Todo o trabalho anterior é direcionado para definir o escopo do projeto e, em seguida, desenvolver uma estimativa de custo para instalar o projeto e um cronograma para comunicar as necessidades de tempo para engenharia, aquisição, fabricação, instalação, comissionamento, inicialização e produção contínua do processo.

Dependendo da precisão necessária da estimativa de custos e do cronograma exigido, diversas iterações de projetos são geralmente fornecidas aos clientes ou partes interessadas que retroalimentam seus requisitos. O engenheiro de processo incorpora essas instruções adicionais (revisões de escopo) no projeto geral e nas estimativas de custos adicionais, e cronogramas são desenvolvidos para aprovação de financiamento. Após a aprovação do financiamento, o projeto é executado através do gerenciamento de projetos . [6]

Principais áreas de foco em engenharia de processos

As atividades de engenharia de processos podem ser divididas nas seguintes disciplinas: [7]

  • Projeto de processos : síntese de redes de recuperação de energia , síntese de sistemas de destilação ( azeotrópicos ), síntese de redes de reatores, fluxogramas de decomposição hierárquica, otimização de superestrutura, projeto de usinas multiprodutos, projeto de reatores de produção para produção de plutônio, projeto de submarinos nucleares.
  • Controle de processo : controle preditivo de modelo, medidas de controlabilidade, controle robusto, controle não linear, controle estatístico de processo, monitoramento de processo, controle baseado em termodinâmica , denotado por três itens essenciais, uma coleção de medições, método de fazer medições e um sistema de controle do medida desejada. [8]
  • Operações de processo : agendamento de redes de processos, planejamento e otimização multiperíodo, reconciliação de dados, otimização em tempo real, medidas de flexibilidade, diagnóstico de falhas.
  • Ferramentas de suporte: simulação modular sequencial, simulação de processos baseados em equações , IA / sistemas especialistas , programação não linear em larga escala (PNL), otimização de equações algébricas diferenciais (DAEs), programação não linear inteira mista (MINLP), [9] otimização global , otimização sob incerteza, [10] [11] e implantação da função de qualidade (QFD). [12]
  • Economia de Processo: [13] Isso inclui o uso de software de simulação como ASPEN, Super-Pro para descobrir o ponto de equilíbrio, valor presente líquido, vendas marginais, custo marginal, retorno sobre o investimento da planta industrial após a análise do calor e transferência de massa da planta. [13]
  • Análise de dados de processo: aplicação de análise de dados e métodos de aprendizado de máquina para problemas de fabricação de processos. [14] [15]

História da engenharia de processos

Várias técnicas químicas têm sido utilizadas em processos industriais desde tempos imemoriais. No entanto, foi somente com o advento da termodinâmica e da lei da conservação da massa na década de 1780 que a engenharia de processos foi adequadamente desenvolvida e implementada como uma disciplina própria. O conjunto de conhecimentos que hoje é conhecido como engenharia de processos foi forjado a partir de tentativa e erro durante a revolução industrial. [1]

O termo processo , no que se refere à indústria e à produção, remonta ao século XVIII. Durante esse período, a demanda por vários produtos começou a aumentar drasticamente e os engenheiros de processo foram obrigados a otimizar o processo no qual esses produtos foram criados. [1]

Em 1980, o conceito de engenharia de processos surgiu do fato de que técnicas e práticas de engenharia química estavam sendo utilizadas em diversas indústrias. Nessa época, a engenharia de processos já havia sido definida como “o conjunto de conhecimentos necessários para projetar, analisar, desenvolver, construir e operar, de forma otimizada, os processos nos quais o material muda”. [1] No final do século 20, a engenharia de processos havia se expandido de tecnologias baseadas em engenharia química para outras aplicações, incluindo engenharia metalúrgica , engenharia agrícola e engenharia de produtos .

Veja também

Referências

  1. ^ abcdefg Engenharia de processos e gestão industrial . Dal Pont, Jean-Pierre. Londres: ISTE Ltd. 9781118562130. OCLC830512387  .{{cite book}}: Manutenção CS1: outros ( link )
  2. ^ Mody, David (2011). "Uma Visão Geral da Engenharia de Projeto de Processos Químicos". Anais da Associação Canadense de Educação em Engenharia . doi : 10.24908/pceea.v0i0.3824 . S2CID109260579  .
  3. ^ "Aprenda a ler desenhos P&ID - um guia completo" . hardhatengineer. com . Recuperado em 11 de setembro de 2018 .
  4. ^ "Especificação de Design Funcional" . Historiador em pé de guerra . 2 de abril de 2006 . Recuperado em 11 de setembro de 2018 .
  5. ^ Barkel, Barry M. "Diagramas de tubulação e instrumentos" (PDF) . AICHE . Recuperado em 11 de setembro de 2019 .
  6. ^ Modelagem e gestão de processos de engenharia . Heisig, Peter, 1962-, Clarkson, John, 1961-, Vajna, S. (Sándor), 1952-. Londres: Springer. 2010. ISBN 9781849961998. OCLC637120594  .{{cite book}}: Manutenção CS1: outros ( link )
  7. ^ Desafios de pesquisa em engenharia de sistemas de processos por Ignacio E. Grossmann e Arthur W. Westerberg, Departamento de Engenharia Química da Carnegie Mellon University em Pittsburgh, PA
  8. ^ Kershenbaum, LS (2006). "Controle do processo". Guia de A a Z para Termodinâmica, Transferência de Calor e Massa e Engenharia de Fluidos . doi :10.1615/AtoZ.p.process_control. ISBN 0-8493-9356-6. Recuperado em 15 de setembro de 2019 . {{cite book}}: |website=ignorado ( ajuda )
  9. ^ Sahinidis, Nevada (2019). "Programação não linear inteira mista 2018" . Otimização e Engenharia . 20 (2): 301–306. doi : 10.1007/s11081-019-09438-1 .
  10. ^ Sahinidis, Nikolaos V. (2004). “Otimização sob incerteza: estado da arte e oportunidades”. Computadores e Engenharia Química . 28 (6–7): 971–983. doi :10.1016/j.compchemeng.2003.09.017.
  11. ^ Ning, Chao; Você, Fengqi (2019). "Otimização sob incerteza na era do big data e do aprendizado profundo: quando o aprendizado de máquina encontra a programação matemática". Computadores e Engenharia Química . 125 : 434–448. arXiv : 1904.01934 . doi :10.1016/j.compchemeng.2019.03.034. S2CID96440317  .
  12. ^ "Construindo um sistema de entrega melhor: uma nova parceria entre engenharia e cuidados de saúde" . Centro Nacional de Informações sobre Biotecnologia . Recuperado em 15 de setembro de 2019 .
  13. ^ ab R., Couper, James (2003). Economia da engenharia de processos . Nova York: Marcel Dekker. ISBN 0824756371. OCLC53905871  .{{cite book}}: Manutenção CS1: vários nomes: lista de autores ( link )
  14. ^ “Processos” .
  15. ^ Shang, Chao; Você, Fengqi (2019). "Análise de dados e aprendizado de máquina para fabricação de processos inteligentes: avanços e perspectivas recentes na era do Big Data". Engenharia . 5 (6): 1010–1016. doi : 10.1016/j.eng.2019.01.019 .

links externos

  • Engenharia de Processo Avançada na Cranfield University (Cranfield, Reino Unido)
  • Centro de Engenharia de Sistemas de Processo (Imperial)
  • Engenharia de Sistemas de Processo na Cornell University (Ithaca, Nova York)
  • Departamento de Engenharia de Processos da Universidade Stellenbosch
  • Grupo de Pesquisa de Processos e Modelagem de Sistemas Inteligentes (PRISM) na BYU
  • Engenharia de Sistemas de Processo na CMU
  • Laboratório de Engenharia de Sistemas de Processo na RWTH Aachen
  • Laboratório de Engenharia de Sistemas de Processo (MIT)
  • Desafios de pesquisa em engenharia de sistemas de processos por Ignacio E. Grossmann e Arthur W. Westerberg
  • Consultoria Avançada em Engenharia de Processos no Canadá
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