Eficiência energética ambiental Sistemas de ar comprimido 2 º. semestre, 2017
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.
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.
Aplicações de ar comprimido
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.
Outras aplicações Automação industrial:
Outras aplicações Estações de tratamento:
Outras aplicações Processos de moldagem:
Tipos de compressores
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.
Tipos de compressores Compressores dinâmicos: operam com pressões menores que os volumétricos mas com vazões maiores. Podem ser radiais ou axiais.
Tipos de compressores Diferença entre compressor dinâmico e de deslocamento positivo: operam com pressões menores que os volumétricos mas com vazões maiores
Tipos de compressores Compressores de parafuso isentos de óleo
Tipos de compressores Compressores de parafuso isentos de óleo: Operam com velocidades maiores que os compressores com óleo; Necessitam resfriamento por água na carcaça;
Tipos de compressores Compressores de parafusos com injeção de óleo: Óleo é injetado na câmara de compressão: vedação e resfriamento durante a compressão.
Tipos de compressores Compressores de parafusos com injeção de óleo:
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.
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.
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.
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.
Secagem do ar na saída do compressor Tipos de secagem:
Exemplo de instalação com dois compressores redundantes
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.
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.
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.
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%.
Oportunidade para economia de energia Consumo de ar comprimido (vazamentos):
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.
Recuperação de energia térmica do ar comprimido
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.
Recuperação de energia térmica do ar comprimido Para compressores com injeção de óleo, temperaturas de aproveitamento entre 50 a 60 C podem ser obtidas.
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 2.000 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.