manual de ar comprimido

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(Parte 1 de 5)

Créditos

Trabalho elaborado no âmbito do contrato realizado entre a ELETROBRÁS/PROCEL e o consórcio EFFICIENTIA/FUPAI

Esplanada dos Ministérios Bloco “U” - CEP. 70.065-900 – Brasília – DF w.mme.gov.br

Ministra Dilma Rousseff

Av. Rio Branco, 53 - 20º andar - Centro - CEP 20090-004 - Rio de Janeiro – RJ w.eletrobras.com/procel - procel@eletrobras.com

Presidente Silas Rondeau Cavalcante Silva

Diretor de Projetos Especiais e Desenvolvimento Tecnológico e Industrial e Secretário Executivo do PROCEL Aloísio Marcos Vasconcelos Novais

Chefe de Departamento de Planejamento e Estudos de Conservação de Energia e Coordenador Geral do Projeto de Disseminação de Informações de Eficiência Energética Renato Pereira Mahler

Chefe da Divisão de Suporte Técnico de Conservação de Energia e Coordenador Técnico do Projeto de Disseminação de Informações de Eficiência Energética Luiz Eduardo Menandro Vasconcellos

Chefe da Divisão de Planejamento e Conservação de Energia Marcos de Queiroz Lima

Chefe de Departamento de Projetos Especiais George Alves Soares

Chefe da Divisão de Desenvolvimento de Projetos Setoriais de Eficiência Energética Fernando Pinto Dias Perrone

Chefe da Divisão de Desenvolvimento de Projetos Especiais Solange Nogueira Puente Santos

Coordenador Geral Marcos Luiz Rodrigues Cordeiro

Av. Afonso Pena, 1964 – 7º andar – Funcionários – CEP 30130-005 – Belo Horizonte – MG w.efficientia.com.br - efficientia@efficientia.com.br

Diretor Presidente da Efficientia Elmar de Oliveira Santana

Coordenador Geral do Projeto Jaime A. Burgoa / Túlio Marcus Machado Alves

Coordenador Operacional do Projeto Ricardo Cerqueira Moura

Coordenador do Núcleo Gestor dos Guias Técnicos Marco Aurélio Guimarães Monteiro

Coordenador do Núcleo Gestor Administrativo-Financeiro Cid dos Santos Scala

FUPAI – Fundação de Pesquisa e Assessoramento à Indústria

Rua Xavier Lisboa, 27 – Centro – CEP 37501-042 – Itajubá – MG w.fupai.com.br – fupai@fupai.com.br

Presidente da FUPAI Djalma Brighenti

Coordenador Operacional do Projeto Jamil Haddad * Luiz Augusto Horta Nogueira *

Coordenadora do Núcleo Gestor Administrativo-Financeiro Heloisa Sonja Nogueira

Apoio Técnico Adriano Jack Machado Miranda Maria Aparecida Morangon de Figueiredo Micael Duarte França

Fotografia Eugênio Paccelli

Carlos Roberto Rocha, Marco Aurélio Guimarães Monteiro

* Professores da Universidade Federal de Itajubá

Apresentação

Criado em 1985, pelo Governo Federal, o Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica (PROCEL) é coordenado pelo Ministério de Minas e Energia e implementado pela ELETROBRÁS. O objetivo principal do PROCEL é contribuir para a redução do consumo e da demanda de energia elétrica no país, por meio do combate ao desperdício deste valioso insumo.

A ELETROBRÁS/PROCEL mantém estreito relacionamento com diversas organizações nacionais e internacionais cujos propósitos estejam alinhados com o citado objetivo. Dentre elas, cabe ressaltar o Banco Mundial (BIRD) e o Global Environment Facility (GEF), os quais têm se constituído em importantes agentes financiadores de projetos na área da eficiência energética.

Nesse contexto, o GEF, que concede suporte financeiro a atividades relacionadas com a mitigação de impactos ambientais, como o uso racional e eficiente da energia, doou recursos à ELETROBRÁS/PROCEL, por intermédio do BIRD, para o desenvolvimento de vários projetos. Dentre eles, destaca-se o projeto “Disseminação de Informações em Eficiência Energética”, concebido e coordenado pela ELETROBRÁS/PROCEL e realizado pelo Consórcio Efficientia/ Fupai, com o apoio do Programa das Nações Unidas para o Desenvolvimento (PNUD), que objetiva divulgar informações sobre tecnologias de uso eficiente de energia para os profissionais dos setores industrial, comercial, prédios públicos e saneamento, difundindo aspectos tecnológicos e operacionais que permitam reduzir o desperdício de energia elétrica.

O objetivo deste manual é instrumentalizar os interessados com informações úteis e práticas, capacitando-os para identificar oportunidades de redução de custos e de consumo de energia em seu sistema.

INTRODUÇÃO9
Parte I - PLANO DE AÇÃO13
1 - CARACTERIZAÇÃO DO SISTEMA E DA INSTALAÇÃO ONDE ESTÁ INSERIDO13
1.1 - Conhecimento de um sistema de ar comprimido genérico13
1.2 - Conhecimento do sistema de ar comprimido específico de sua empresa15
2 - IDENTIFICAÇÃO E SELEÇÃO DAS OPORTUNIDADES DE MELHORIAS16
2.1 - Oportunidades de melhoria em um sistema de ar comprimido genérico16
empresa ............................................................................................................................................. 18
3 - IMPLEMENTAÇÃO DAS AÇÕES DEFINIDAS19
3.1 - Implementação de melhorias em um sistema de ar comprimido genérico19
3.2 - Implementação de melhorias no sistema específico de sua empresa19

Sumário 2.2 - Oportunidades de melhoria no sistema de ar comprimido específico de sua

REINÍCIO DO PROCESSO PARA NOVAS AÇÕES20
Parte I - OPORTUNIDADES PARA MELHORAR A EFICIÊNCIA25
1 - IDENTIFICAÇÃO DAS OPORTUNIDADES NA GERAÇÃO DE AR COMPRIMIDO25
1.2 - Áreas de oportunidade de melhoria de eficiência na geração28
1.2.1 - Redução de perdas devido à temperatura do ar aspirado pelo compressor28
1.2.2 - Redução de perda de carga por sujeira no filtro de aspiração30
1.2.3 - Redução de perdas no sistema de compressão30
1.2.4 - Redução de perdas com a pressão de trabalho muito elevada3
1.2.5 - Recuperação de calor de compressão35
1.2.6 - Redução de perdas por manutenção preventiva inadequada37
1.2.9 - Redução de perdas pelo tratamento do ar comprimido4

4 - AVALIAÇÃO DOS RESULTADOS E 1.1 - Identificação dos fatores que afetam a eficiência na geração de ar comprimido.25 1.2.7 - Redução de perdas devida à melhoria no sistema de controles de compressores39 1.2.8 - Redução de perdas usando reservatório e sistema de estabilização de pressão.42 1.2.10 - Redução de perdas na drenagem do condensado.....................................................46

1.4 - Sugestões para identificar oportunidades na geração58
NA DISTRIBUIÇÃO DE AR COMPRIMIDO59
comprimido ..................................................................................................................................... 59
comprimido ..................................................................................................................................... 60
2.2.2 - Redução de perdas devido aos vazamentos na distribuição62
2.3 - Exemplos6
2.4 - Sugestões para identificar oportunidades na distribuição68

2 - IDENTIFICAÇÃO DAS OPORTUNIDADES 2.1 - Identificação dos fatores que afetam a eficiência na distribuição de ar 2.2 - Áreas de oportunidade para melhorar a eficiência na distribuição do ar 2.2.1 - Redução de perdas devido à queda de pressão (perdas de carga na tubulação)60

3.3 - Exemplos73
3.4 - Sugestões para identificação de oportunidades no uso final74
4 ASPECTOS ECONÔMICOS76
4.1 - Benchmarking para o custo de ar comprimido76
4.2 - Determinação do custo do ar comprimido para suas instalações76
Parte I - FONTES DE CONSULTA83
1 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS83
2 - LINKS ÚTEIS85

MANUAL PRÁTICO - EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM SISTEMAS DE AR COMPRIMIDO9

Introdução

Este Manual foi concebido para disponibilizar informações técnicas aos usuários de sistemas de ar comprimido. Descreve os componentes básicos de sistemas de ar comprimido; sugere passos a serem seguidos na busca de melhorias; esboça oportunidades para melhorar a eficiência energética; e discute os benefícios de uma abordagem sistêmica na identificação e implementação destas oportunidades de melhorias.

Os sistemas de ar comprimido são amplamente utilizados na indústria como fonte de energia para acionamento há mais de um século, sendo freqüentemente considerados como a “quarta utilidade”. Quase toda instalação industrial, desde urna pequena oficina até uma grande indústria, tem algum sistema de ar comprimido.

A produção de ar comprimido pode ser um dos processos mais dispendiosos da fábrica. Atualmente, a maior parte do ar comprimido é produzida por compressores acionados por motores elétricos.

Objetivo

Disponibilizar informações técnicas úteis e práticas aos profissionais de empresas que possuem sistemas de ar comprimido, capacitando-os a identificar oportunidades de melhoria da eficiência energética que resultem em redução de custos e de consumo de energia em seu sistema.

Público alvo

Técnicos, engenheiros e participantes de Comissões Internas de Energia (CICE) em cujas empresas existem sistemas de ar comprimido e consultores de engenharia e demais profissionais que trabalhem com esses sistemas.

Orientações gerais

Este Manual faz parte de um conjunto de publicações editadas pela Eletrobrás/Procel. Apresenta, de forma sucinta, dicas para reduzir de custos e consumo de energia. Simultaneamente, a Eletrobrás/Procel publica o livro “EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM SISTEMAS DE AR COMPRIMIDO”, com conteúdo mais abrangente sobre este tema, para servir de material de consulta e suporte para aqueles profissionais que desejarem se aprofundar mais no assunto.

MANUAL PRÁTICO - EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM SISTEMAS DE AR COMPRIMIDO10

As oportunidades de eficientização energética apontadas neste Manual são um extrato dos conceitos e fundamentos apresentados na referida publicação. Assim, ao apresentar as informações neste Manual, procuraremos referenciar o texto original, caso o usuário queira mais informações sobre o assunto.

Procurando oferecer uma ferramenta de uso prático e útil, incluímos um CD contendo uma versão eletrônica deste Manual. O CD contém, ainda, programas, textos, planilhas e tabelas de auxílio que servem para complementar as informações e auxiliar no desenvolvimento de um programa de eficientização.

O Manual está dividido em três partes:

1. PLANO DE AÇÃO; 2. OPORTUNIDADES PARA MELHORAR A EFICIÊNCIA; e 3. FONTES DE CONSULTA.

Naturalmente, o foco do Manual será a parte 2: Oportunidades para melhorar a eficiência.

Para facilitar e agilizar a consulta, no anexo constam grandezas, unidades de medida, fatores de conversão e fórmulas utilizadas neste Manual e no texto base (“EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM SISTEMAS DE AR COMPRIMIDO”).

MANUAL PRÁTICO - EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM SISTEMAS DE AR COMPRIMIDO12 MANUAL PRÁTICO - EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM SISTEMAS DE AR COMPRIMIDO12

MANUAL PRÁTICO - EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM SISTEMAS DE AR COMPRIMIDO13

Este Manual utiliza três categorias para discutir os componentes de um sistema de ar comprimido: geração, distribuição e uso final. Estas três áreas seguem o trajeto do fluxo do ar comprimido desde a descarga do compressor até os pontos de uso final (pontos de consumo).

1.1 - Conhecimento de um sistema de ar comprimido genérico

O conhecimento de um sistema de ar comprimido genérico característico, com seus componentes básicos de geração, distribuição, uso final e as respectivas condições operacionais, pode facilitar a caracterização de um sistema de ar comprimido em particular (por exemplo, o sistema da sua empresa).

A Figura I.1 apresenta o esquema de um sistema de ar comprimido.

Figura I.1 - Esquema de um sistema de ar comprimido completo

MANUAL PRÁTICO - EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM SISTEMAS DE AR COMPRIMIDO14

Sistema de geração de ar comprimido - O ar comprimido é produzido por compressores pela captação do ar atmosférico e elevação de sua pressão. Um moderno sistema de geração de ar comprimido industrial é composto de muitos subsistemas e muitos subcomponentes. Os principais subsistemas incluem compressores, motores e acionamentos, controles, equipamentos de tratamento de ar, reservatório e acessórios. O compressor é um equipamento mecânico que capta o ar ambiente e eleva a sua pressão. Motores elétricos normalmente fornecem a energia consumida para acionar o compressor. Os controles servem para regular a quantidade de ar comprimido que está sendo produzida. Os equipamentos de tratamento removem contaminantes do ar comprimido, e os acessórios mantêm o sistema operando adequadamente.

Sistema de distribuição de ar comprimido - A distribuição transporta o ar comprimido dos tanques reservatórios alimentados pelos compressores aos pontos de uso final, entregando quantidades suficientes de ar limpo, seco e estável, devendo ser fornecido na pressão adequada, de forma confiável e econômica, às aplicações de uso final. Para isso, muitos sistemas de distribuição possuem reservatórios de ar comprimido e têm diversas linhas de distribuição, que operam em diferentes pressões. Estas linhas são separadas por vários tipos de válvulas de isolação, reguladoras de pressão e outras. O desempenho eficiente do sistema de distribuição requer um correto balanceamento da pressão do ar comprimido nas linhas, com regulagem eficaz da pressão, boa drenagem de condensado e perfeita estanqueidade.

Sistemas de uso final de ar comprimido - Há muitas e diferentes aplicações de uso final para o ar comprimido, como no acionamento de ferramentas pneumáticas em sistemas de acionamento pneumático; acionamento mecânico e comando de válvulas em sistemas de controle; transporte por ar comprimido; jateamento; e operações com sopro de ar e jato de água; operações de inspeção e teste; controle de processos com ar comprimido. É largamente usado em quase todos os setores industriais. Seu campo de aplicação é bastante grande e cresce dia a dia.

O conhecimento do balanço energético característico deste sistema pode contribuir muito para identificar as perdas que reduzem a eficiência do sistema e para fornecer um ponto de partida para a identificação de oportunidades e de seleção e implementação de ações de melhorias da eficiência. A Figura I.2 mostra um balanço de energia característico de perdas de um sistema de ar comprimido.

MANUAL PRÁTICO - EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM SISTEMAS DE AR COMPRIMIDO15

Figura I.2 - Diagrama de perdas características de sistemas de ar comprimido

1.2 - Conhecimento do sistema de ar comprimido específico de sua empresa

Para caracterizar um sistema de ar comprimido específico, sugerem-se os seguintes passos:

a)Elaborar um diagrama de blocos do processo produtivo e das instalações da planta, indicando onde o ar comprimido é utilizado.

b)Baseado no leiaute da planta ou instalação industrial, indicar a localização dos componentes do sistema de ar comprimido e as condições operacionais nominais ou de projeto (pressões, vazões, temperaturas, etc).

c)Criar um perfil dos “parâmetros operacionais” (demanda de ar comprimido, produção de ar comprimido, consumo de energia elétrica e pressão) do sistema ao longo do dia, semana, mês e ano, o que for necessário para entender o funcionamento do sistema e verificar a ocorrência ou não de sazonalidades.

d)Levantar os dados reais (medições). A partir da instrumentação existente ou de medições instantâneas, verificar os valores reais dos parâmetros operacionais. Levantar o regime de funcionamento, picos de carga, consumo e capacidades totais e por período. Simultaneamente, deve-se contabilizar a produção e o consumo que ocorreu no período de medição. Meça seus índices de referência (consumo kW, perfil de pressão, perfil de demanda e carga de pico) e calcule a energia consumida e o seu respectivo custo.

MANUAL PRÁTICO - EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM SISTEMAS DE AR COMPRIMIDO16

Os índices de referência (benchmarks) mais usuais nos sistemas de ar comprimido, normalmente, são os de custo específico de ar comprimido, eficiência do compressor e consumo específico:

- O custo específico relaciona a quantidade de energia elétrica consumida e seu respectivo preço para produzir um metro cúbico de ar comprimido (custo unitário de produção ar comprimido – R$/m³).

- A eficiência de compressão está relacionada à quantidade de energia elétrica (kWh) que o compressor consome para produzir 1 m³ de ar comprimido na pressão de operação do sistema (kWh/m³).

- O consumo específico ou a necessidade de ar comprimido do produto final corresponde à quantidade de ar comprimido necessária para a produção de uma unidade ou um quilo de produto (m³/t).

Quando se busca a melhoria da eficiência de um sistema de ar comprimido específico, a primeira etapa consiste em identificar as oportunidades e, em seguida, fazer a seleção das oportunidades mais promissoras.

2.1 - Oportunidades de melhoria em um sistema de ar comprimido genérico

Muitas oportunidades de melhoria da eficiência em um sistema de ar comprimido são comuns em instalações industriais. Estas oportunidades podem ser classificadas de acordo com a parte do sistema na qual são implementadas. Oportunidades de melhoria da eficiência para as áreas de geração, distribuição e uso final de um sistema de ar comprimido estão listadas na tabela I.1.

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Tabela I.1 - Oportunidades de melhoria da eficiência aigreneedaimonoceedsadideM edadilibacilpA )1( sohnaG )2( edlaicnetoP oãçiubirtnoc )3( ametsisodoãçavoneruooãçalatsnI sotnemanoicasodairohleM

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