Eficiência energética ambiental. Sistemas de ar comprimido. 2 º. semestre, 2017

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1 Eficiência energética ambiental Sistemas de ar comprimido 2 º. semestre, 2017

2 Aplicações de ar comprimido Ar comprimido é utilizado em virtualmente todos os campos na indústria e comércio, tanto na: Manufatura (metal-mecânica, química, alimentos); Processamento; Tratamento; Transporte; Movimentação; Empacotamento; Equipamentos de aeração, mistura e agitação; Controle, etc.

3 Aplicações de ar comprimido Aplicações de serviço de potência: onde o ar é utilizado para produzir movimento ou exercer uma força, ou ambos. Exemplos: atuadores lineares, ferramentas pneumáticas, dispositivos de fixação, transporte pneumático, etc. Aplicações de controle: as aplicações de controle são aquelas em que o ar (ou o gás) desencadeia, inicia, para, modula ou direciona máquinas ou processos.

4 Aplicações de ar comprimido

5 Outras aplicações Motores a ar: utilizados como fonte de potência em locais com presença de líquidos ou vapores inflamáveis ou explosivos, em locais corrosivos ou com atmosfera úmida. Vácuo: em diversas aplicações onde a pressão deve ser reduzida. Separação de ar: processos de destilação criogênica para separação do nitrogênio, oxigênio e argônio do ar atmosférico.

6 Outras aplicações Automação industrial:

7 Outras aplicações Estações de tratamento:

8 Outras aplicações Processos de moldagem:

9 Tipos de compressores

10 Tipos de compressores Há dois tipos básicos de compressores: Compressores de deslocamento positivo e compressores dinâmicos. Compressores de deslocamento positivo podem se: alternativos, scroll, parafuso, pás, etc.

11 Tipos de compressores Compressores dinâmicos: operam com pressões menores que os volumétricos mas com vazões maiores. Podem ser radiais ou axiais.

12 Tipos de compressores Diferença entre compressor dinâmico e de deslocamento positivo: operam com pressões menores que os volumétricos mas com vazões maiores

13 Tipos de compressores Compressores de parafuso isentos de óleo

14 Tipos de compressores Compressores de parafuso isentos de óleo: Operam com velocidades maiores que os compressores com óleo; Necessitam resfriamento por água na carcaça;

15 Tipos de compressores Compressores de parafusos com injeção de óleo: Óleo é injetado na câmara de compressão: vedação e resfriamento durante a compressão.

16 Tipos de compressores Compressores de parafusos com injeção de óleo:

17 Secagem do ar na saída do compressor Quando o ar é comprimido, a concentração de água aumenta em função da diminuição de volume do ar e do aumento da pressão. Por exemplo, um compressor operando a 7 bar e capacidade de 200 L/s, comprimindo ar desde 20 C e umidade relativa de 80%, libera aproximadamente 10 L/h de água na linha de distribuição do ar.

18 Secagem do ar na saída do compressor Tipos de secagem: Trocador de calor (after-cooler): É um trocador de calor que resfria o ar comprimido aquecido utilizado para precipitar á água presente. Geralmente resfriado a água ou a ar. Aproximadamente 80-90% da água é condensada no trocador de calor.

19 Secagem do ar na saída do compressor Tipos de secagem: Secagem por refrigeração: Um sistema de refrigeração diminui a temperatura do ar comprimido permitindo que uma grande quantidade de água seja condensada. Após, o ar é reaquecido, evitando condensação na parte externa da tubulação. Esses sistemas são utilizados para temperaturas de orvalho entre 2 e 10 C. O limite inferior é a temperatura de congelamento da água.

20 Secagem do ar na saída do compressor Tipos de secagem: Secagem adsorção: Nesse sistema o ar úmido escoa através de um material higrocópico (geralmente sílica gel, alumina ativada, etc.), o que produz sua secagem. O material dissecante necessita ser regenerado regularmente. Por isso, essa instalação possui dois vasos. Enquanto um é utilizado para secagem o segundo vaso fica sendo regenerado.

21 Secagem do ar na saída do compressor Tipos de secagem:

22 Exemplo de instalação com dois compressores redundantes

23 Economia de energia Em sistemas de ar comprimido, o consumo de energia pode representar entre 70 a 80% do custo total do sistema. Sistemas de controle por variador de velocidade, para condições de carga parcial, já demonstraram sua viabilidade.

24 Oportunidade para economia de energia Pressão de operação: A pressão de operação afeta diretamente a potência necessária para o acionamento do compressor. Alta pressão alto consumo de energia. Para cada 1 bar de aumento da pressão de operação há um aumento de aproximadamente 8% da potência consumida.

25 Oportunidade para economia de energia Pressão de operação: Aumento da pressão para compensar perdas de pressão na linha (tubulações, válvulas, acessórios ou filtros) ou em equipamentos não é uma boa prática.

26 Oportunidade para economia de energia Consumo de ar comprimido (vazamentos): O balanceamento entre consumo e produção de ar comprimido reduz custos de operação. O consumo inadequado está geralmente associado à vazamentos, equipamentos com desgastes, processos não adequadamente configurados ou mesmo o uso incorreto. A divisão da instalações em seções menores permite o fechamento de parte do sistema durante as horas não trabalhadas ou durante os finais de semana. Vazamentos podem representar, frequentemente, perdas de 10 a 15% da vazão de ar comprimido produzida. Os vazamentos também são proporcionais à pressão utilizada. Reduzindo pressão, reduz o vazamento. Uma redução da pressão de apenas 0,3 bar, reduz as perdas em 4%.

27 Oportunidade para economia de energia Consumo de ar comprimido (vazamentos):

28 Recuperação de energia térmica do ar comprimido Quando o ar comprimido é resfriado em trocadores de calor para diminuição de sua umidade, cria-se a possibilidade de aproveitar essa energia em outra parte do processo. Estima-se que 94% da energia fornecida ao ar pelo compressor possa ser aproveitada termicamente.

29 Recuperação de energia térmica do ar comprimido

30 Recuperação de energia térmica do ar comprimido Compressor isento de óleo: pode ser aproveitado o calor da descarga do ar comprimido, possibilitando o aquecimento de água até 90 C.

31 Recuperação de energia térmica do ar comprimido Para compressores com injeção de óleo, temperaturas de aproveitamento entre 50 a 60 C podem ser obtidas.

32 Recuperação de energia térmica do ar comprimido O potencial de recuperação de calor pode ser estimado através de: [ K1 Q1 + K2Q ] t r W = 2 onde Wé a energia recuperável, em kwh/ano; t r é o tempo considerado para a recuperação, em h/ano; Q 1 é a taxa de calor disponível com o compressor em capacidade nominal, kw; Q 2 é a taxa de calor disponível com o compressor operando em carga parcial, em kw; K 1 e K 2 são as frações do tempo onde o compressor opera em cada uma dessas condições. A economia anual (geralmente considera-se h/ano) é determinada por: R$ = W e p η onde e p é o preço da energia, em R$/kWh e ηé o rendimento da fonte térmica utilizada para o mesmo aquecimento.