Sistemas de ar comprimido

2º. semestre, 2017

Eficiência energética ambiental

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:

onde W é a energia recuperável, em kWh/ano; tr é o tempo considerado para a recuperação, em h/ano; Q1 é a taxa de calor disponível com o compressor em capacidade nominal, kW; Q2 é a taxa de calor disponível com o compressor operando em carga parcial, em kW; K1 e K2 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:

onde ep é o preço da energia, em R$/kWh e η é o rendimento da fonte térmica utilizada para o mesmo aquecimento.

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ηpe

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