Otimização da produção de ferramenta de perfilagem de poços de petróleo para redução da pegada de carbono
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Data de Publicação: | 2022 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFRN |
Texto Completo: | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/48527 |
Resumo: | Um dos problemas mais severos da sociedade atual é a mudança climática global causada pela emissão descontrolada de gases do efeito estufa (GEE). A determinação da pegada de carbono de processos e produtos é um passo importante na identificação de atividades com os maiores potenciais de emissão de GEE. Processos industriais representam aproximadamente 30% da emissão global de GEE. Apesar dos esforços para tornar a economia global ecologicamente amigável, uma atenção considerável deve ser dada para identificar e caracterizar os impactos ambientais dos produtos e processos provenientes de todos os setores industriais. Métodos de tratamento térmico são frequentemente utilizados na fabricação de componentes críticos para indústria petroquímica, aeroespacial e automotiva. O forno de hidrogênio é um equipamento que fornece a atmosfera controlada necessária para tratamentos térmicos, produzindo peças de alta integridade. Esta pesquisa apresenta uma proposta para quantificar a pegada de carbono e estratégias para reduzir o impacto ambiental relacionado à aplicação desses fornos no processo de brasagem. Inicialmente, foi realizada uma revisão sistemática da literatura sobre as técnicas de redução das pegadas de carbono implementadas em diferentes setores industriais ao longo dos últimos 30 anos com o auxílio dos softwares StArt® e VOSViewer®. Além de guiar a metodologia escolhida para esse estudo, os resultados e a estrutura dessa revisão sistemática da literatura também podem ser usados como embasamento para pesquisas futuras, fornecendo direções inovativas. O método sugerido neste estudo para reduzir o impacto ambiental do forno é baseado na alteração do seu sistema de refrigeração, substituindo o atual fornecimento de água por um ciclo fechado. Para isso, foram propostos dois cenários alternativos usando o software UniSim®, em que um interliga a corrente de água do resfriador ao sistema de chiller já existente na instalação, e o outro mantém as mesmas condições de ciclo fechado, porém alterando o fluido refrigerante utilizado no chiller de R-134a para amônia. Os dados obtidos a partir da simulação foram essenciais para estimar as necessidades energéticas dos cenários. Considerando também as informações técnicas contidas no manual do forno, a pegada de carbono foi determinada com o auxílio do software SimaPro®. O consumo de água e geração do rejeito de efluente não se mostraram relevantes na emissão de GEE quando comparados ao consumo energético e ao tipo de fluido refrigerante, portanto, a pegada de carbono precisa ser combinada com outros indicadores de impacto ambiental para a tomada de decisão quanto ao melhor cenário. A mudança do sistema de fornecimento de água no forno para um ciclo fechado permitiu significativa redução no consumo de água, eliminando o rejeito mensal de mais de 980 mil litros desse recurso. Considerando a operação contínua do forno de hidrogênio, a implementação do cenário escolhido como prática de produção mais limpa gerou uma economia anual de 17.470,94 dólares e um retorno sobre o investimento de 15 meses. |
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Processos industriais representam aproximadamente 30% da emissão global de GEE. Apesar dos esforços para tornar a economia global ecologicamente amigável, uma atenção considerável deve ser dada para identificar e caracterizar os impactos ambientais dos produtos e processos provenientes de todos os setores industriais. Métodos de tratamento térmico são frequentemente utilizados na fabricação de componentes críticos para indústria petroquímica, aeroespacial e automotiva. O forno de hidrogênio é um equipamento que fornece a atmosfera controlada necessária para tratamentos térmicos, produzindo peças de alta integridade. Esta pesquisa apresenta uma proposta para quantificar a pegada de carbono e estratégias para reduzir o impacto ambiental relacionado à aplicação desses fornos no processo de brasagem. 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Considerando a operação contínua do forno de hidrogênio, a implementação do cenário escolhido como prática de produção mais limpa gerou uma economia anual de 17.470,94 dólares e um retorno sobre o investimento de 15 meses.One of the most severe issues of the current society is the global climate change caused by uncontrolled greenhouse gas (GHG) emissions. Determining the carbon footprint (CF) of any processes or products is an important step to identify activities with highest potential of GHG emissions. Industry processes represent almost 30% of the global GHG emissions. Despite the efforts to green the global economy, considerable attention must be focused to assess and characterize the environmental impact of products and processes from all different industry sectors. Heat treatment methods are often used to manufacture critical parts for petrochemical, aerospace, and automotive industries. The hydrogen furnace is an equipment that provides the controlled atmosphere required for heat treatment, producing high integrity assemblies. This research presents a proposal to quantify the CF and to define a strategy to reduce the environmental impact related to the application of hydrogen furnaces for brazing processes. Initially it was done a systematic and critical bibliometric analysis of CF reduction techniques implemented in different industry sectors along the last three decades by using the softwares StArt® and the VOSViewer®. In addition to guiding de methodology choose for this research, the framework and results of this systematic literature review can be used as a baseline for future empirical research also providing innovative directions. The proposed method is based on modifying the furnace cooling system by replacing the current water supply for a closed loop. For that, two scenarios have been proposed using the UniSim® software: one connecting the water flow from the furnace to the facility chiller system, and another one keeping the same conditions as water closed loop but changing the chiller refrigerant from R-134a to ammonia. The data obtained as a result of the simulation were essential to estimate the energy needs of each scenario. Also considering furnace manufacturing manual and datasheet, the carbon footprints were determined using the software SimaPro®. The water usage and the wastewater generation were not relevant when compared to the GHG emissions from the refrigerant and the electricity consumption. Therefore, the CF must be combined with other environment impact indicators to determine what is the best cenarium to be applied. The change on the furnace water supply for a closed loop allowed a significantly decrease of water consumption, eliminating the monthly disposal of more than 980,000 liters of that resource. Taking into consideration the furnace contiuous operation, the implementation of the proposed cenarium allowed an annual savings of $ 17,473.94 and a full payback in 15 months.Universidade Federal do Rio Grande do NortePROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICAUFRNBrasilGases do efeito estufaPegada de carbonoForno contínuoBrasagemRefrigeração industrialOtimização da produção de ferramenta de perfilagem de poços de petróleo para redução da pegada de carbonoOptimization of the manufacture process of a well logging tool for carbon footprint reductioninfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRNORIGINALOtimizacaoproducaoferramenta_Carvalho_2022.pdfapplication/pdf1831530https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/48527/1/Otimizacaoproducaoferramenta_Carvalho_2022.pdfe2534edb2c9bd6c3f6bf32f0edc83dbbMD51123456789/485272022-07-15 17:46:45.285oai:https://repositorio.ufrn.br:123456789/48527Repositório de PublicaçõesPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/opendoar:2022-07-15T20:46:45Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false |
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