Eficiência energética em sistemas de ar comprimido

Eficiência energética em sistemas de ar comprimido

(Parte 6 de 7)

VR = DLE / 3.

-Para sistemas com consumo intermitente, geralmente, compressores a pistão,

Sistemas funcionando com compressores a pistão requerem reservatórios maiores para permitir melhor equalização do fluxo de ar, evitando-se os pulsos de ar gerados nesse tipo de compressor.

Dica: Quanto maior o diferencial de pressão permitido, menor será o reservatório ou menos tempo o compressor irá funcionar.

Caso se queira reduzir o tempo em alívio dos compressores, isto é, economizar energia, deve-se aumentar o tamanho dos reservatórios e/ou aumentar o diferencial de pressão, reduzindo a pressão de entrada em operação, se for possível.

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1.2.9 - Redução de perdas pelo tratamento do ar comprimido

Os equipamentos mais modernos que utilizam ar comprimido exigem que este esteja completamente livre de impurezas, seco (isento de água) e, em certas aplicações, até esterilizado. As impurezas contidas no ar atmosférico são normalmente invisíveis a olho nu. Elas podem danificar e reduzir a performance de funcionamento dos equipamentos pneumáticos, podendo até, em certos casos, provocar falhas nos produtos finais do usuário / indústria. Em média, 1 m3 de ar atmosférico contém mais de 180 milhões de partículas, de tamanhos que se distribuem entre 0,01 e 100 µm, e de 5 a 40 g/m³ de água. Também é comum existir material oleoso na base de 0,01 a 0,03 mg/m3 em suspensão na forma de aerossóis e de hidrocarbonetos gasosos. Em certos locais também são encontrados traços de material pesado, como: chumbo, cádmio, mercúrio e ferro. Quando o ar é comprimido, o volume ocupado pelo ar é reduzido, e a concentração dessas impurezas aumenta bruscamente. Por exemplo, na compressão de ar a 10 bar a concentração de impurezas aumenta 1 vezes. Assim, o volume de 1m3 de ar comprimido nesta pressão conterá cerca de 2 bilhões de partículas.

• Benefícios obtidos com o tratamento do ar comprimido

–aumento da vida útil dos equipamentos consumidores de ar comprimido; –melhoria na qualidade do produto final;

–redução de problemas mecânicos por mau funcionamento, causado por essas sujeiras;

–redução de custos com a aquisição de dispositivos de coleta e a eliminação de condensado das linhas;

–redução dos tempos mortos, devido à manutenção corretiva;

–redução de perdas de pressão na distribuição de ar, por eliminar as resistências ao escoamento do ar; e

–redução do consumo de energia, que é diretamente ligada à perda de pressão.

A presença das impurezas e de água no ar atmosférico, admitida no sistema de compressão, poderá causar problemas em diversas partes do sistema de ar comprimido. Por exemplo: aumentar o desgaste das tubulações e dos equipamentos consumidores e gerar a possibilidade de redução da qualidade dos produtos do processo fabril. Em algumas aplicações, o uso do ar comprimido sem o devido tratamento pode causar danos muito graves e até prejudiciais à saúde. Tendo em vista essas considerações, torna-se importante que o ar seja tratado; ou seja, retirado o máximo possível de particulados, óleo e água.

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Secagem do ar comprimido. Uma parte importante no tratamento do ar comprimido é cumprida pela retirada da água do ar comprimido. Esta ação, denominada secagem do ar comprimido, oferece inúmeras vantagens aos usuários de ar comprimido, em termos de qualidade, durabilidade e manutenbilidade.

Aftercooler ou resfriador posterior de ar comprimido. O aftercooler é um trocador de calor, que resfria o ar comprimido, possibilitando a precipitação primária do condensado, evitando que a água fique nas tubulações. O resfriamento do ar comprimido pode ser realizado por água ou ar. A posição de instalação deverá ser logo após o compressor, antes do reservatório e do sistema de secagem do ar. Cerca de 80-90% do condensado deverão ser precipitados pela ação do aftercooler e do secador. De modo geral, o ar comprimido deixa o aftercooler com a temperatura 10ºC acima da do fluido de resfriamento usado: ar ou água. Atualmente, os resfriadores posteriores estão incorporados ao compressor em um único conjunto.

Os métodos de secagem usam os princípios de: condensação, sorção e difusão para a retirada da água contida no ar.

•Condensação. Consiste na precipitação da água quando o ar é resfriado do seu ponto de orvalho.

•Sorção. É a secagem por remoção química da umidade. Neste processo, o ar é obrigado a entrar em contato com um material higroscópico, que poderá ser líquido ou sólido (exemplo: cloreto de sódio e ácido sulfúrico).

•Difusão. É a secagem por transferência molecular em película. Com o tempo de uso, a película tem que ser regenerada. Existem dois tipos de regeneração: a frio e a quente.

Embora exista a possibilidade de utilização de secadores de todos os tipos, a realidade mostra que para o uso normal de ar industrial os secadores que funcionam na base de condensação, denominados secadores de ar por refrigeração, são, de longe, os mais utilizados.

O uso de secadores de sorção exige o consumo de material higroscópico, de parcela do ar produzido e de uma fonte de energia para regeneração do material secante. Deste modo, torna-se um processo menos eficiente e mais caro. Entretanto, este tipo de secador deve ser empregado quando se deseja um ar praticamente isento de água, pois ele pode levar o ponto de orvalho a -40°C, enquanto os secadores por refrigeração, para as mesmas condições, atingem pontos de orvalho entre 2 e 10°C. Como seu emprego para secagem completa é limitado a aplicações específicas, faremos considerações somente sobre o uso de secadores de ar por refrigeração. Primeiramente, verificaremos onde deve ser posicionado o secador num circuito de ar comprimido.

Posicionamento dos secadores com relação ao reservatório de ar. Existem duas

MANUAL PRÁTICO - EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM SISTEMAS DE AR COMPRIMIDO46 possibilidades de arranjo de um sistema de secagem do ar comprimido por refrigeração em uma instalação. O sistema pode ser instalado antes ou depois do reservatório de ar comprimido. A decisão de se utilizar uma ou outra situação depende das considerações sobre as vantagens e desvantagens da escolha.

Filtragem do ar comprimido. Os filtros utilizados nas instalações têm a função de retirar partículas sólidas e óleo presentes no ar comprimido.

Filtros e terminologia dos filtros a) Filtros coalescentes •Filtros coalescentes grau AO

Usados para a remoção de partículas de até 1 micron, inclusive água e óleo condensado. A remoção de óleo prescreve um residual máximo de óleo de 0,5 mg/m³ de ar a 21oC.

•Filtros coalescentes grau A

Usados para a remoção de partículas de até 0,01 micron, inclusive água e óleo condensado. A remoção de óleo prescreve um residual máximo de óleo de 0,01 mg/ m³ de ar a 21oC. A instalação deste filtro deve ser precedida em série por um filtro coalescente do grau AO.

•Filtros coalescentes grau ACS e AC (carvão ativo)

Usados para a remoção de vapores de óleo, propiciando um conteúdo remanescente máximo de óleo menor que 0,003 mg/m³ de ar (0,003 ppm) a 21oC. A instalação deste filtro deve ser precedida em série por um filtro coalescente do grau A. Os filtros ACS e AC não removem CO/ CO2 ou qualquer outro gás tóxico.

A concentração é usualmente medida pela proporção do peso das impurezas pelo volume [mg/m3 ] do ar comprimido. Para concentrações muito baixas, a medida de concentração é usualmente definida pelo número de partículas por unidade de volume [nº de partículas/ cm3]. A quantidade de partículas por unidade de volume como medida de concentração é utilizada para medir a eficiência de filtragem de filtros de alto desempenho. A medição precisa e acurada do peso e ou quantidade de partículas por unidade de volume envolve muito trabalho e instrumentos de medição delicados.

1.2.10 - Redução de perdas na drenagem do condensado

A compressão produz a umidade em forma de gotas de água (condensado). Esta água é usualmente drenada de dentro do reservatório. Parte do calor gerado no ar devido à compressão é retirada e cedida ao meio que envolve o reservatório pelas superfícies externas do reservatório, e então o ar é resfriado. Esse resfriamento é que origina o fato de grande parte do condensado ser precipitado nas paredes internas do reservatório. O

MANUAL PRÁTICO - EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM SISTEMAS DE AR COMPRIMIDO47 condensado é coletado no fundo do reservatório e removido para o exterior por meio de um conjunto adequado de drenagem. Nos reservatórios em instalações onde na grande parte do tempo ficam sem funcionar, as paredes poderão ter corrosão pelo condensado. A galvanização das superfícies em contato com o condensado pode reduzir este problema. Porém, se o condensado é drenado constante e regularmente, não é absolutamente essencial a galvanização. Quando o condensado contém concentrações de agentes agressivos, a galvanização é absolutamente necessária.

Sempre e onde aparecer nos sistemas pneumáticos, o condensado deve ser drenado. Caso contrário, ele tomará conta de toda a tubulação, e o ar o transportará para onde for. A coleta e a eliminação de condensado representa um custo operacional obrigatório. O condensado deve ser drenado também para que possam se manter as perdas de pressão do sistema sob controle. Deve-se levar em conta que a formação de condensado não ocorre em regime constante. A quantidade de condensado varia com a vazão, a temperatura e a umidade do ar que é aspirado pelo compressor.

Classificação dos tipos de drenagem para condensado. Para selecionar o tipo de drenagem de condensado a ser usado, devem-se observar o tipo de condensado e as condições de formação do mesmo. A partir daí, deve-se escolher o tipo de drenagem a ser utilizado. Para cada local de aplicação do ar comprimido, o condensado gerado irá orientar o uso. Alguns fatores que devem ser levados em conta são:

-condensados muito agressivos; - condensados pastosos;

-áreas com perigo de explosão;

-redes que operam com pressões muito baixas ou mesmo vácuo; e

-redes que operam com pressões muito altas ou super altas.

Drenagem por meio de válvulas manuais. O condensado deverá ser coletado em recipientes apropriados, onde poderá ser também armazenado por algum tempo. O pessoal de operação deverá verificar o nível deste recipiente em intervalos de tempo regulares. Se necessário, o condensado deverá ser drenado, por meio da abertura de uma válvula manual instalada no fundo do recipiente, e ser esgotado direto para o esgoto. Suas principais características são:

-não tem alarme ou aviso de que o reservatório esteja cheio (portanto, a verificação de nível de condensado deverá ser feita em intervalos de tempo regulares).

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Drenagem com controle de nível. No interior do recipiente de condensado existe uma bóia que controla a abertura da válvula de saída no fundo do tanque, por intermédio do acionamento de uma alavanca. Se o nível do tanque alcança determinada altura, a alavanca efetua a abertura da válvula. A pressão do sistema obriga o condensado a sair do recipiente. Quando o nível atinge certos valores, a alavanca funciona em sentido contrário, fechando a válvula de saída e evitando que ar comprimido da linha escape. Suas principais características são:

-simples e barato; -não usa eletricidade, o que o torna utilizável em áreas com perigo de explosão;

-não há perda de ar comprimido;

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