AR COMPRIMIDO DA UNIDADE V DA VICUNHA

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE TECNOLOGIA GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA ESTUDO DA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA NO SISTEMA DE AR COMPRIMIDO DA UNIDADE V DA VICUNHA Francisco Lucieudo Braga da Silva Filho Fortaleza Maio de 2011

2 ii FRANCISCO LUCIEUDO BRAGA DA SILVA FILHO ESTUDO DA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA NO SISTEMA DE AR COMPRIMIDO DA UNIDADE V DA VICUNHA Trabalho de Conclusão de Curso submetido à Universidade Federal do Ceará como parte dos requisitos para obtenção do grau de Graduado em Engenharia Elétrica. Orientador: Prof. Msc. Tomaz Nunes Cavalcante Neto Fortaleza Maio de 2011

3 iii FRANCISCO LUCIEUDO BRAGA DA SILVA FILHO ESTUDO DA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA NO SISTEMA DE AR COMPRIMIDO DA UNIDADE V DA VICUNHA Esta monografia foi julgada adequada para obtenção do título de Engenheiro Eletricista e aprovada em sua forma final pela Coordenação de Graduação em Engenharia Elétrica na Universidade Federal do Ceará. Francisco Lucieudo Braga da Silva Filho Banca Examinadora: Prof. Tomaz Nunes Cavalcante Neto, Msc Prof. Alexandre Rocha Filgueiras., Msc. Prof. Carlos Gustavo Castelo Branco, Msc. Fortaleza, Maio de 2011

4 iv Esperei com paciência no SENHOR, e Ele se inclinou para mim, e ouviu o meu clamor. (Salmo 40:1)

5 v A Deus, Aos meus pais, Lucieudo e Ana Paula, A minha namorada Mayrla,, As minhas irmãs e amigos, Eu dedico este trabalho

6 vi AGRADECIMENTOS Primeiramente a Deus, por todas as coisas das quais tem feito até hoje na minha vida, por me manter firme nos meus caminhos e seguro em minhas decisões. Ao professor Msc. Tomaz Nunes Cavalcante Neto, que durante todo este tempo acreditou, orientou e me ajudou desde o princípio. Pelos seus conselhos, sua amizade, sua confiança e por acreditar no desafio proposto no início do semestre. A minha família que sempre estava disposta a me ajudar no que fosse preciso, seja perto ou longe, seja por telefone, ou , seja em Fortaleza ou em Brasília, nunca desistiram de mim e abraçaram a causa como se fosse sua própria causa. Pela paciência nos meus momentos de dificuldade e ausência. A minha namorada Mayrla Gomes, pelo carinho, atenção e compreensão de todos os dias, além dos incentivos desde o começo. Ao meu filho pela paciência e compreensão das minhas ausências em qualquer que fossem as circunstâncias. Aos meus companheiros de trabalho, meus superiores, Hermeson Júlio e Marcos César, que por vezes contribuíram com sua ajuda e conhecimento. Aos meus companheiros da manutenção elétrica fiação e do setor manutenção de utilidades da Vicunha Têxtil S/A, Sá Filho, Almeida, Francisco, Bosco, Preto e aqueles que neste momento não me recordo. A todos estes o meu muito obrigado, por acreditar e sempre me incentivar, seja em qualquer momento, MUITO OBRIGADO!

7 vii SILVA, F. L. B. S. FILHO. Estudo da Eficiência Energética no Sistema de ar comprimido da unidade V da Vicunha, Universidade Federal do Ceará UFC, 2011, 40P. Este presente trabalho apresenta um estudo de caso na Indústria têxtil de fiação da Vicunha. Como o papel da Conservação de Energia tem assumido um papel importante no cenário energético e as indústrias tomam grandes parcelas de consumo e o setor de compressores um dos mais dispendiosos da fábrica é que foi feita a escolha deste tema. O estudo será feito em ambiente industrial com estudo sobre o setor de fiação e uso final da energia, estudos específicos do setor de compressão, estudo das transformações termodinâmicas, princípios de eficiência energética em compressores, além do próprio estudo de caso, em que são abordados os sistemas de acionamento do motor, funcionamento do motor, utilização e consumo de ar comprimido e das unidades secadoras. E por fim é apresentada uma tabela com dados quantitativos financeiros de investimento para a eficientização. Palavras-Chave: Eficiência Energética, Conservação de Energia, Estudo de caso na Vicunha, Sistemas de Compressores Industriais.

8 viii Silva, F. L. B. S. Filho. e Study of Energy Efficient in Compressed Air system of Unit V Vicunha, Universidade Federal do Ceará UFC, 2009, 86p. The present study presents a case study in Textile Spinning Vicunha. As the role of conservation of energy has played an important role in the energy scenario and the industries taking large portions of industry and consumption of a compressor plant is more costly than was the choice of this theme. The study will be done in an industrial environment study of the industry with spinning and final use of energy, industry-specific studies of compression, transformation studies thermodynamic principles of energy efficient compressors, beyond the actual case study, in which they are addressed the motor drive systems, engine operation, use and consumption of compressed air dryers and units. And finally there is a table with figures for the financial investment efficiency. Keywords: Energy Efficiency, Energy Conservation, Case Study in Vicuña, Industrial Compressor Systems.

9 ix SUMÁRIO LISTA DE FIGURAS... xi LISTA DE TABELAS... xii INTRODUÇÃO... 1 CAPÍTULO 2 USO FINAL DA ENERGIA ELÉTRICA NO SETOR DE FIAÇÃO TÊXTIL PREPARAÇÃO E FIAÇÃO USO FINAL DA ENERGIA CONSIDERAÇÕES FINAIS CAPÍTULO 3 CONCEITOS SOBRE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA NOS SISTEMAS DE AR COMPRIMIDO CONSIDERAÇÕES INICIAIS SISTEMAS DE COMPRESSÃO A AR COMPRIMIDO PRINCÍPIOS DE TERMODINÂMICA EM SISTEMAS DE COMPRESSÃO TRANSFORMAÇÃO ISOTÉRMICA TRANSFORMAÇÃO ISOBÁRICA TRANSFORMAÇÃO ISOMÉTRICA TRANSFORMAÇÃO ADIABÁTICA TRANSFORMAÇÃO POLITRÓPICA CONTROLE DO COMPRESSOR EFICIÊNCIA EM SISTEMAS DE AR-COMPRIMIDO REGULAÇÃO DOS PONTOS CONSUMIDORES E REDUÇÃO DE VAZAMENTOS TEMPERATURA DE ADMISSÃO PRESSÃO DE ADMISSÃO E PRESSÃO DE TRABALHO SISTEMA DE CONTROLE DO COMPRESSOR APROVEITAMENTO DO CALOR REIJETADO COMPRESSÃO EM ESTÁGIOS CONSIDERAÇÕES FINAIS CAPÍTULO 4 ESTUDO DE CASO VICUNHA TÊXTIL S/A CONSIDERAÇÕES INICIAIS... 24

10 x 4.2 VICUNHA TÊXTIL S/A HISTÓRICO ESTRUTURA DESCRIÇÃO DO SISTEMA DE COMPRESSÃO AS UNIDADES SECADORAS PLANO DE AÇÃO EFICIENTE NOS COMPRESSORES TEMPERATURA DE ADMISSÃO DO AR NO COMPRESSOR SISTEMA DE CONTROLE DO INVERSOR - INSTALAÇÃO DE INVERSOR DE FREQÜÊNCIA NO MOTOR DO COMPRESSOR REDUÇÃO DA PRESSÃO DIMINUIÇÃO DA MASSA DE AR CONSUMIDA SUBSTITUIÇÃO DOS SECADORES DE AR COMPRIMIDO ANÁLISE DE INVESTIMENTO CAPÍTULO 5 CONCLUSÃO TRABALHOS FUTUROS REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANEXO 1 TABELA A1... A1

11 xi LISTA DE FIGURAS Figura 2.1 Custos no Processo de Fiação Fonte BNDES... 4 Figura 2.2 Fluxograma da Fiação... 6 Figura 2.3 Blendomat Equipamento inicial de abertura de material - Foto... 7 Figura 2.4 Carda - Foto... 7 Figura 2.5 Passadeira - Foto... 8 Figura 2.6 Penteadeira - Foto... 8 Figura 2.7 Maçaroqueira Foto... 9 Figura 2.8 Filatório Foto... 9 Figura 2.9 Fusos da Conicaleira Savio Foto Figura 2.10 Openend - Foto Figura 2.11 Uso Final da Energia Elétrica na Indústria Têxtil Figura 3.1 Classificação Geral dos Compressores Figura 3.2 Diagrama de Sankey para Compressores Figura 3.3 Energia Recuperável no Eixo do Motor Retirado de [8] Figura 4.1 Logotipo do software de Gerenciamento CCK Automação Personalizado Figura 4.2 Ilustração da Instalação dos Compressores Figura 4.3 Central de Ar comprimido Vicunha Un. V - Foto Figura 4.4 Registro de temperatura segundo [10] Figura 4.5 Tela de Interface do Compressor Figura 4.6 Relatório de Consumo de Energia mês de Setembro Figura 4.7 Relatório de Consumo de Energia mês de novembro Figura 4.8 Unidade Resfriadora a Água HD

12 xii LISTA DE TABELAS Tabela 3.1 Gráficos das transformações Termodinâmicas Retirado de [7] Tabela 4.1 Sistema de Distribuição Elétrica da Vicunha Un. V Tabela 4.2 Sistema de abastecimento da Vicunha Un. V Tabela 4.3 Sistema de Climatização Vicunha Un. V Tabela 4.4 Listagem de Compressores Instalados Vicunha Un. V Tabela 4.5 Amostra de Funcionamento dos Compressores Tabela 4.6 Listagem das Unidades Secadoras da Vicunha Un. V Tabela 4.7 Tabela de Consumo de Energia para cada unidade Secadora Tabela 4.8 Payback Simples Tabela 4.9 Fluxo de Caixa com VPL e TIR Tabela A.1 Temperatura de admissão do ar nos compressores... A1

13 1 INTRODUÇÃO Em busca de soluções energéticas para suprir o mercado de energia, o Sistema Interligado Nacional (SIN) tem procurado a instalação de novos parques de geração, agregando assim ao sistema de geração centralizado a geração distribuída. Nessa mesma sintonia a medida em que se instalavam os parques gerava-se impacto ambiental e com isso houve a busca por outras soluções. A Eficiência Energética, ou o uso racional da energia passou a ser utilizado como medida provisória para solução desse problema. Por outro lado, de forma positiva, a Eficiência Energética apresenta, também, formas de reduzir os custos de produção para um determinado produto, tornando-o mais competitivo no mercado. Na referência [1] é bem observado que:... o consumo de energia seria 49% maior do que é atualmente se não fossem as sérias medidas de racionalização e eficiência energética adotadas após as crises do petróleo da década de Em se tratando de eficiência energética pode-se salientar os acontecimentos ao redor do mundo. Por exemplo, nos Estados Unidos são desenvolvidos vários programas nesse sentido, tanto em âmbito nacional, como estadual e ainda contando com o apoio das concessionárias de energia elétrica, visando ações de eficiência energética, principalmente, nas indústrias, objetivando redução de impactos ambientais. Os setores mais beneficiados são os de Pesquisa e Desenvolvimento (P&D), pois um dos objetivos a longo prazo, conforme [2], foi a de obtenção de 10 tecnologias eficientes até 2010, além da redução de pelo menos 30% da intensidade energética até Outro país que se pode dar como exemplo é o Canadá, onde o Escritório de Eficiência Energética realiza as seguintes atividades: Realização de diagnósticos energéticos; Oferta de capacitação profissional; Promoção das oportunidades de ganhos financeiros. Todas as técnicas seguindo o protocolo de Kyoto, que de forma geral, abordam algumas medidas de redução dos impactos ambientais. De forma bem atrativa, a Eficiência Energética representa uma ótima ferramenta para reduzir os custos com energia elétrica, porém o desenvolvimento de técnicas para melhorias em sistemas industriais no Brasil não alcançou o êxito esperado e em determinados casos os elevados custos tem assustado os investidores deste setor, além do mais, que no nosso país os Programas

14 2 de Eficiência Energética (ou PEE s) não possuem caráter obrigatório, como ocorre em outros países. Em uma visão interna as indústrias isso se deve a falta de pessoas com conhecimento técnico nos setores específicos, pessoal especializado em gestão energética, ou seja, uma Comissão Interna de Conservação de Energia (CICE) e numa visão mais ampla, a falta do caráter obrigatório de investimentos em pesquisa, criação de novas agências e departamentos para os planejamentos mais específicos de gestão desses programas, entre outras medidas. As ações de Eficiência Energética podem ser empregadas em vários campos, como podemos citar na iluminação, nos sistemas de força motriz, nos sistemas de refrigeração, na produção eficiente de ar-comprimido, nos sistemas bombeamento e em processos industriais mais específicos. Em [1] tomamos uma ideia como motivação para o desenvolvimento de um estudo de caso quando se diz: A produção de ar comprimido pode ser um dos processos mais dispendiosos da fábrica. Atualmente, a maior parte do ar comprimido é produzida por compressores acionados por motores elétricos. E também por representar um agregado significativo no consumo de energia elétrica, o que torna atrativo o interesse em racionalizar energia neste setor. Em indústrias têxteis a porcentagem utilizada para ar comprimido pode chegar a valores em torno de 10% da energia elétrica, e teoricamente pode-se chegar a uma redução de até 32,9%, como citado em [1] o que torna o estudo viável e como ponto de partida para o investimento em Eficientização Energética. Nesse contexto será realizado um estudo de caso em Eficiência Energética na indústria Vicunha Têxtil S/A - unidade V. A abordagem será feita utilizando técnicas de Eficiência Energética nos sistemas de ar comprimido com uso racional de energia elétrica, buscando o conhecimento técnico do assunto, bem como tratando de cada etapa em específico ressaltando cada variável e sua respectiva contribuição, corrigindo quando necessário e buscando a melhor utilização da energia. Para o desenvolvimento do estudo, o mesmo será assim dividido: No capítulo 2 será feita uma abordagem do uso da energia elétrica na indústria têxtil, bem como, apresentando os custos relativos aos processos do segmento. A utilização da Energia Elétrica e seu uso final na cadeia produtiva, apresentando os setores que utilizam o ar comprimido. No capítulo 3 serão apresentados os sistemas de ar comprimido em geral, descrevendo e apresentando as transformações físicas que ocorrem em sistemas termodinâmicos, os tipos de compressor, os tipos de controle mais conhecidos, os equacionamentos para eficientização do

15 3 setor de compressão incluindo as equações de trabalho e potência, as ações de eficiência em sistemas de compressão, de forma generalizada, para cada etapa abordada. Ao final do capítulo será apresentada uma conclusão acerca da importância do conhecimento técnico dos sistemas compressores. No capítulo 4 será apresentada a indústria em seus diversos patrimônios, as instalações elétricas, o abastecimento de água, o sistema de refrigeração de água, o de compressores, entre outros. Neste capítulo será realizada a abordagem da gestão eficiente nos sistemas de ar comprimido identificando cada uma das ações, as modificações que foram feitas, ou que serão propostas e as reduções em valores de consumo energético e em valor financeiro. Logo após será apresentada uma tabela com as variáveis mais utilizadas para retorno de investimento, como por exemplo o payback a Taxa Interna de Retorno (TIR) e o Valor Presente Líquido (VPL) dos projetos abordados. Assim deverão ser realizadas algumas conclusões do estudo de caso acerca das ações de eficiência energética e dos investimentos, seguindo-se dos trabalhos futuros que podem ser implementados na indústria têxtil Vicunha.

16 4 CAPÍTULO 2 USO FINAL DA ENERGIA ELÉTRICA NO SETOR DE FIAÇÃO TÊXTIL 2.1 Considerações Iniciais A identificação das etapas do processo e o conhecimento de quanto se consome em cada uma delas ajuda na elaboração de um diagnóstico Eficiente de Energia. Monitorar cada variável da planta industrial de forma específica permite uma melhor orientação das ações de melhorias e racionalização da operação de cada uma delas. Para representar a importância da gestão energética numa indústria têxtil segue a figura 2.1 como demonstrativo da distribuição dos custos no processo de fiação. Figura 2.1 Custos no Processo de Fiação Retirado de [4] Conforme [5], a indústria têxtil foi responsável por consumir tep (unidade de referência para comparativos de consumo energético), equivalente a 1,6% do consumo de energia em Por representar uma parcela significativa nos gastos será descrito a apresentada a alocação dos recursos energéticos e o uso final da energia na planta industrial abordada.

17 5 Segundo [5] a produção de energia na têxtil pode ser dividida em quatro etapas produtivas: A Fiação, a Tecelagem (ou Malharia), o Beneficiamento e a Confecção. No nosso caso em particular será abordada a etapa produtiva da fiação. 2.1 Preparação e Fiação A matéria prima da indústria têxtil é proveniente do algodão (que é considerado uma fibra natural) do poliéster ou mesmo do viscose (que são as fibras sintéticas). O processo industrial de fiação segue uma linha de produção linear, geralmente sem realimentação, mas com aproveitamento máximo da matéria prima. De forma que os resíduos são geralmente aproveitados em outros processos e com modificadas características de qualidade. Como exemplo em um processo de paralelismo das fibras do algodão nas penteadeiras, em que a fibra penteada segue para processo seguinte e o resíduo, ou a fibra não aproveitada, retorna para um processo inicial de abertura de material para um novo produto com menor qualidade, em alguns casos denominandose pelo jargão têxtil de misturão. A linha de produção é apresentada a seguir de acordo com a figura 2.2, e logo após será feito um breve comentário sobre cada etapa do setor de produtivo.

18 6 Figura 2.2 Fluxograma da Fiação Abertura - A matéria prima é colocada geralmente em fardos, que é um aglomerado prensado da fibra, e passa por um processo chamado de batedor onde o material é rasgado e batido, convertendo-o o em flocos de algodão, por exemplo. É nesse processo onde se inicia a limpeza e abertura do material. Por ser um processo longo se torna um dos mais importantes, pois o material que segue da linha de abertura alimenta em torno de 20 máquinas na cardagem. O material geralmente segue numa tubulação com controle da quantidade de material por medições de pressão na linha.

19 7 Figura 2.3 Blendomat Equipamento inicial de abertura de material - Foto Cardas - Processo em que o material passa por uma paralelização de parte das fibras. Neste processo ocorre, numa mesma máquina, a formação da manta, do véu e da fita. A manta é gerada numa máquina acoplada a carda chamada de FBK. A manta passa por cilindros que fazem uma espécie de conformação de material até a formação do véu e após isso passa por um funil formando a fita que será armazena em um latão. Durante a passagem do material é feito um controle de pressão, de estiramento do material, de medição de fita para melhor titulação do material. A titulação é a relação entre comprimento e peso de determinada fibra [6], sendo a variável de referência do produto têxtil. Figura 2.4 Carda - Foto

20 8 Passadeiras - Nesta etapa a fibra passa por paralelizações e uniformização do título, geralmente em duas etapas. Na passadeira I as fibras passam pelo processo de paralelização, nas passadeiras II a uniformização do título. Esta é a última etapa para correção do título. Figura 2.5 Passadeira - Foto Penteadeiras - É uma etapa do processo alternativa, pois nela as fibras mais finas são retiradas e logo após reprocessadas em outra linha. A mesma torna a formação do material mais completa e se encaixa antes do passador de titulação. Chama-se assim pois a fibra é realmente penteada. Figura 2.6 Penteadeira - Foto

21 9 Maçaroqueiras - A fita proveniente do passador de titulação passa por um processo de torção e estiramento nas maçaroqueiras. Ainda não de forma completa para criação do fio, (o que exigiria rotações muito elevadas, como acontece nas OpenEnds) mas na criação de pavís. Figura 2.7 Maçaroqueira Foto Filatórios - Etapa de torção da fita proveniente do pavio e que complementa as maçaroqueiras. O material aqui já é o produto final, no caso o fio, e é armazenado em espulas. Figura 2.8 Filatório Foto

22 10 Conicaleiras - Nesta etapa são feitos testes de qualidade do fio, fazendo análises de ponto fino e ponto grosso, onde os mesmos serão descartados e por ar comprimido serão feitas as emendas para continuidade da produção do conical (cone que armazena o fio). Figura 2.9 Fusos da Conicaleira Savio Foto Openend - Maquina têxtil em que após a titulação a fita será estirada e limpa, ao mesmo tempo, já passando por testes de ponto fino e ponto grosso através de sensores de vibração para produção do fio acabado, geralmente de menor qualidade quando comparada ao fio produzido nos filatórios. Atualmente este maquinário tem passado por diversas atualizações e portanto sua qualidade tem se comparado ao fio produzido convencionalmente (nos filatórios). Figura 2.10 Openend - Foto

23 Uso final da Energia Assim se distribui a linha de produção têxtil de fios, porém ainda há diversas atividades em que as indústrias deste setor fazem utilização da energia, como por exemplo os setores de apoio, da manutenção de utilidades, setor administrativo, entre outros. O Maquinário Têxtil apresenta cerca de 55 % do uso da energia elétrica da indústria, ficando o restante para os outros processos. O Setor de Utilidades é o setor de apoio e suprimento da indústria. No setor de utilidades temos os seguintes processos: Centrais, Bombas, Máquinas de Refrigeração, Compressores, Estação de tratamento de Afluentes e Efluentes; dos quais podemos denotar uma parcela em torno de 40% do total da energia elétrica. No setor Administrativo, como por exemplo, os escritórios, o refeitório, a recepção, a controladoria, são distribuídas as responsabilidades pelos aspectos burocráticos, jurídicos e de ordem de pessoal e representam em torno de 5% no consumo de energia. Os custos energéticos geralmente se distribuem com iluminação, ar condicionado, computadores, entre outros. Na figura 2.1 é apresentada a distribuição percentual de consumo de energia para cada um dos processos envolvidos. Abertura Cardas Passador Reunideira Penteadeira Maçaroqueira Filatório Conicaleira Centrais Bombas Refrigeração Compressores 20,95% 6,56% 9,05% 5,53% 2,95% 0,26% 1,83% 1,61% 7,61% 12,87% 25,81% 4,96% Figura 2.11 Uso Final da Energia Elétrica na Indústria Têxtil

24 Considerações Finais Foi observado neste capítulo como é utilizada a energia elétrica na indústria têxtil, bem como o percentual de utilização em diversos setores da indústria, este estudo se torna importante dada a complexidade e grandeza desse tipo de indústria e como são distribuídas as prioridades de cada setor. Pode ser observado neste momento que o ar comprimido é geralmente utilizado em todos os setores, porém nos maquinários, de forma efetiva nas suas instalações, somente não são utilizados nos setores de maçaroqueira e filatórios, mas nos outros como openend, abertura, cardas, passadores, penteadeiras são inclusive especificados os valores mínimos de pressão de trabalho para cada máquina.

25 13 CAPÍTULO 3 CONCEITOS SOBRE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA NOS SISTEMAS DE AR COMPRIMIDO 3.1 Considerações Iniciais Neste capítulo serão apresentados alguns conceitos importantes com relação aos sistemas de ar comprimido e sobre os compressores, dando exemplos de aplicações em sistemas industriais, citando os tipos de compressores, especificando apenas o mais utilizado (o de parafusos). Também será feita uma abordagem da termodinâmica em sistemas de compressão a ar, a eficiência mecânica em sistemas de compressão e os princípios do uso eficiente em sistemas de compressão. 3.2 Sistemas de Compressão a Ar comprimido O ar comprimido é bastante utilizado em indústrias, sejam elas de pequeno ou grande porte, e com o passar do tempo tem tomada grande parcela dos processos industriais. Assim, pode-se observar que para geração de ar comprimido há a necessidade de uso da energia e por isso é um insumo bastante caro de se produzir. Porém seu uso se torna específico em vários casos, podendo ser exemplificado os ambientes explosivos, ou na presença de gases comburentes, em que o uso da energia elétrica se torna impraticável. Os compressores, ou turbocompressores são os equipamentos utilizados para elevação da pressão dos gases compressíveis, em particular o ar comprimido. Na indústria os compressores são responsáveis pela geração de ar comprimido para suprimento de equipamentos como motores pneumáticos, na pulverização de líquidos industriais (na têxtil temos a pulverização de uma mistura química chamada GINTEX), no acionamento de prensas, entre outros. O princípio de funcionamento de um compressor depende da sua característica construtiva. Assim eles podem ser volumétrico e dinâmico. Da referência [7] podemos escrever:... os compressores de maior uso na indústria são os alternativos, os de palheta, os de parafuso, os de

26 14 lóbulos, os centrífugos e os axiais. Abaixo segue figura com a classificação geral dos compressores conforme [7]. Figura 3.1- Classificação Geral dos Compressores A partir dos compressores rotativos existe ainda uma subclassificação: os compressores rotativos de parafuso, de palhetas e de lóbulos, com destaque para os compressores de parafuso, pois estes apresentam boa eficiência na conversão e são largamente utilizados nas indústrias. 3.3 Princípios de Termodinâmica em Sistemas de Compressão Na compressão de um gás, como o ar, ocorrem fenômenos termodinâmicos e para melhor entendimento será realizado uma breve abordagem destes para melhor compreender a equação do rendimento, que será objeto deste estudo. Pela equação de Clapeyron pode-se descrever a maioria das transformações termodinâmicas conforme equação 3.1: (3.1) Onde: P é a pressão do sistema; V é o volume do sistema; R é a constante geral dos gases perfeitos, e; T é a temperatura do gás.

27 15 Em [7] é observada a ocorrência de uma transformação é dita termodinâmica quando o sistema está encerrado em um ambiente fechado e quando há a variação de duas dessas variáveis, ou seja, pelo menos duas variáveis que representavam o estado inicial desse gás foram alteradas. São necessários os conhecimentos em apenas quatro tipos de transformação para desenvolver os primeiros passos. São eles: Transformação Isotérmica É quando há uma variação de volume a temperatura constante, logo a equação fica assim:. (3.2) Transformação Isobárica É quando há a variação de volume a uma pressão constante, assim: (3.3) Transformação Isométrica É quando a pressão varia quando o volume permanece constante, logo: (3.4) Transformação Adiabática É quando há trocas de calor de um sistema fechado com as suas adjacências, logo a equação que descreve este tipo de sistema é dado por:

28 16. (3.5) Transformação politrópica Para sistemas de compressão pode-se descrever o comportamento do gás como uma transformação politrópica. Esta transformação é aproximada da equação 3.6 quando existe proporcionalidade entre o trabalho realizado pelo gás e o calor trocado do sistema, assim:. (3.6) Para melhor visualização de cada um destes processos, segue abaixo uma tabela contendo o gráfico de cada uma destas transformações: Tabela 3.1 Gráficos das transformações Termodinâmicas Retirado de [7] Isotérmica Isobárica Isométrica Adiabática Politrópica

29 Controle do compressor O suprimento do sistema pneumático deve apresentar pressão constante e a vazão deve ser suficiente para atender a necessidade de cada unidade consumidora de ar comprimido, desta forma, alguns princípios apresentados em [8] são listados, de forma técnica, abaixo: O compressor deve suprir a necessidade dos consumidores e; As pressões sejam autocontroladas. Em geral o compressor é solicitado quando a pressão do sistema alcança valores abaixo do permitido, ou a valores críticos para a funcionalidade do sistema, é nesse momento que o compressor está em funcionamento. Quando a pressão gerada pelo compressor está acima da nominal, alcançando níveis acima do permitido, o compressor entra em desligamento. Porém, os compressores mais modernos possuem um estado de redução de produção, dos quais tem-se: o controle por alívio de pressão, por desvio, por redução da entrada de ar, entre outros. Particularizando segue o funcionamento do compressor em alguns casos. Compressão por alívio de pressão O compressor é comandado por um regulador de pressão que quando alcançado o limite superior do regulador uma válvula de alívio é aberta fazendo com que o excesso de pressão gerado pelo compressor seja liberado para a atmosfera. Controle por desvio de pressão De forma semelhante ao anterior o controle por desvio injeta o gás que será aliviado num resfriador de calor e logo após será reijetado na admissão. Este tipo de controle é utilizado quando o gás a ser comprimido não pode ser liberado para o ambiente. Controle por redução da massa de ar na admissão neste caso uma válvula, também conhecida como damper, fecha parcialmente a entrada de ar admitida, reduzindo a massa de ar na entrada. Partida e Parada Consistem em acionar o motor quando o mesmo atinge o limite inferior de pressão e o desliga quando o mesmo atinge o limite superior máximo de pressão. Para utilização deste sistema de controle recomenda-se para motores de até 10kW e quando há na instalação um reservatório grande para redução da partida do motor. Controle pela velocidade de rotação A produção de ar comprimido será regulada de acordo com a rotação do eixo do motor, sendo seu controle combinado com o controle de alívio de pressão ou de redução da massa de ar admitida.

30 18 Outros Controles Em determinados sistemas são utilizados controles combinados dos já apresentados neste tópico. Em [8] é apresentado o sistema de controle por Alívio de pressão e Obstrução da entrada de ar. Possui controle da entrada e da saída de ar e da velocidade do motor quando em alívio e consequentemente apresenta um baixo consumo de energia. Por outro lado a válvula de admissão, localizada na entrada de ar, e a válvula de alívio, que libera o excesso de ar, entram simultaneamente reduzindo assim o esforço do compressor e da produção de ar comprimido. Ao recolocar em funcionamento a válvula de alívio deve fechar rapidamente para evitar perdas desnecessárias. 3.5 Eficiência em Sistemas de Ar-comprimido Em todos os processos em que há transformação de energia há a ocorrência de perdas e, portanto é aplicável o conceito de rendimento e eficiência. Neste caso em particular pode-se assim descrever conforme diagrama de Sankey apresentado entado na figura 3.2: Figura 3.2 Diagrama de Sankey para Compressores É fácil notar que as componentes mecânicas e elétricas assumirão um papel importante em análises futuras, visto que a fórmula geral do rendimento é dada por: E que: (3.7) (3.8) Onde: rendimento; P (útil) Potência útil do Sistema; P (total) Potência Total do Sistema.

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