Eficiência energética em sistemas de ar comprimido

Eficiência energética em sistemas de ar comprimido

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3.2 - Implementação de melhorias no sistema específico de sua empresa a)Planejar todas as atividades necessárias. Trabalhe com especialistas em sistema de ar comprimido, para implementar uma estratégia apropriada de controle para os compressores.

b)Confirmar a disponibilidade de recursos (materiais, financeiros, humanos e de tempo). c)Implementar a medida. d)Documentar todas as atividades e custos.

e) Medir as melhorias obtidas (medir o sucesso da implantação). Do mesmo modo que no início 1.d, faça o levantamento dos dados da nova situação, estabeleça novos índices e rendimentos e ajuste os índices para as condições atuais, caso elas tenham se modificado ao longo da implantação da medida (aumento de produção, novos consumidores, época do ano,etc.).

f)Comparar com a meta estabelecida. Justifique aquelas que não estejam em conformidade.

g)Corrigir as dificuldades que surgiram.

h)Uma vez que os controles estejam ajustados, repetir as medições para obter uma leitura precisa da potência (kW) e das pressões. Determine a carga de pico e recalcule o consumo de energia e custo do ar comprimido produzido.

i)Identificar e consertar os vazamentos e corrigir os usos inapropriados – custos conhecidos. Repita as medições e reajuste os controles.

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O resultado de qualquer ação implementada deve ser avaliado, e seu impacto no sistema deve ser analisado, para determinar se a ação já pode ser considerada concluída e reiniciar o ciclo do plano de ação para outras oportunidades identificadas. (Benchmarking deve ser parte de um grande planejamento.)

Figura I.3 - Ciclo de implementação do plano de ação

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Resumo do Plano de Ação de acordo com a abordagem sistêmica (“system approach”)

A abordagem sistêmica analisa ambos os lados do sistema - da demanda e do fornecimento - e mostra como eles se interagem, essencialmente transferindo o foco dos componentes individuais para a atenção no desempenho global do sistema. Muitas vezes, os operadores estão tão focados nas demandas imediatas dos equipamentos que não têm conhecimento de como os parâmetros do sistema afetam o equipamento. Similarmente, a abordagem comum da engenharia consiste em explodir (subdividir) o sistema em seus componentes básicos ou módulos, otimizar a escolha (seleção) ou projeto destes componentes e, então, montar estes componentes para formar o sistema. Uma vantagem desta abordagem é que simplifica os problemas. Entretanto, uma desvantagem é que, freqüentemente negligencia a interação entre estes componentes. Por outro lado, a abordagem sistêmica avalia o sistema de forma global para determinar como as necessidades de uso final podem ser mais efetiva e eficientemente servidas.

O aperfeiçoamento e a manutenção do sistema de ar comprimido no seu melhor desempenho requerem não somente a atenção nos componentes individuais, mas também a análise de ambos os lados do sistema, do suprimento e da demanda, e do modo como eles interagem. A aplicação da abordagem sistêmica usualmente envolve os tipos de ações relacionadas nesta parte do Manual.

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Para a identificação de oportunidades de melhoraria na eficiência energética e no desempenho econômico de sistema de ar comprimido, sugere-se a seguinte metodologia de enfoque sistêmico.

A produção de ar comprimido é, basicamente, um processo de conversão de energia, no qual a energia elétrica é convertida pelo motor em energia mecânica, que aciona o compressor, e este converte em energia potencial em forma de pressão no ar comprimido, pela transformação termodinâmica no ar atmosférico produzida pela compressão. Os compressores são os componentes que realmente demandam energia no sistema de ar comprimido. Isto implica que o gerenciamento da energia deve manter especial atenção nos compressores e nas suas condições de operação. Muitos fatores são ingredientes chaves no desempenho dos compressores, como visto a seguir.

1.1 - Identificação dos fatores que afetam a eficiência na geração de ar comprimido

A eficiência energética de um sistema, de maneira geral, indica o quanto um equipamento real aproxima-se de um comportamento ideal, no qual não existem perdas. Teoricamente, a eficiência energética na geração de ar comprimido η deveria ser determinada pela quantidade de energia útil contida no ar comprimido e pela quantidade de energia gasta para a sua produção. Na prática, a eficiência de um compressor é determinada a partir do rendimento termodinâmico ηth e do rendimento mecânico ηc cth ηηη ⋅=

Rendimento termodinâmico. É obtido pelo trabalho de compressão teórico (processo adiabático reversível) e pelo trabalho de compressão real (processo politrópico) de um gás perfeito.

Rendimento termodinâmico (thη) associado a um processo real de compressão:

W Wthth =η

MANUAL PRÁTICO - EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM SISTEMAS DE AR COMPRIMIDO26 em que:

Wth - trabalho ideal por unidade de massa, a ser calculado a partir de ∫vdpao

longo de um processo ideal; e

W - trabalho real por unidade de massa efetivamente empregado na compressão.

Trabalho ideal de um compressor (processo adiabático reversível) nvPW [kJ/kg]

em que:

T1 - temperatura do ar na admissão[ K ];

T2 - temperatura do ar na descarga[ K ];

R - 0,287[kJ/kg.K]; e n = λ = 1,4 (ar em condições ambiente e processo adiabático).

Trabalho real de um compressor (processo politrópico). O trabalho real é obtido a partir de medidas efetuadas durante o funcionamento da máquina. Os parâmetros a serem obtém-se:

P Plog

T Tlog

Substituindo o valor n calculado (1 < n < 1,4) na equação de Wth , obtém-se o valor de W.

Rendimento mecânico. Durante a transmissão de energia do acionador para o compressor ocorrem inevitáveis dissipações, provocadas pelo atrito mecânico. Dessa forma, como

MANUAL PRÁTICO - EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM SISTEMAS DE AR COMPRIMIDO27 indica o esquema da Figura I.1, apenas uma parte do trabalho recebido pelo compressor é fornecida ao gás.

Figura I.1 - Esquema de transferência de energia ao gás

Para que esse efeito seja computado nos cálculos da compressão, utilizamos o rendimento mecânico mecη, com valores típicos entre 0,92 e 0,98, cuja definição é dada por:

cmec W W=η sendo W o trabalho efetivamente fornecido ao gás para um suprimento CW de trabalho ao compressor. A mesma definição poderia ser apresentada em termos das potências consumidas.

Potência de compressão. Compressores são equipamentos caracterizados termodinamicamente como volumes de controle, cujo desempenho deve ser analisado por meio da identificação de fluxos de energia. Por isso é que neste texto são feitas referências muito mais freqüentes à potência do que ao trabalho de compressão. Para o cálculo da potência, utiliza-se a seguinte fórmula:

mecth thC wm em que,

• m = Vazão mássica do gás[kg/s]; thw = Trabalho ideal por unidade de massa[kJ/kg]; thη = Rendimento termodinâmico[ - ]; mecη= Rendimento mecânico[ - ]; e

CW• = Potência requerida pelo compressor[kW].

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Consumo específico de energia (kWh/m3). É um índice de referência da eficiência de um compressor. Na prática, para o seu cálculo é necessária a potência (kW) para a compressão e a vazão (m3/h) volumétrica de ar.

WC energia de específico Consumo[kWh/m3]e ν⋅=••

mQ [m3/h] em que: v - volume específico do gás[m3/kg] Observação:

WC energia de específico Consumo[kW.h/Nm3]

em que:

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