Guia prático de ar Comprimido Metalplan

Guia prático de ar Comprimido Metalplan

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Referências bibliográficas:

- International standard ISO-8573-1 - 1st edition, 1991 - International standard ISO-7183 - 1st edition, 1986

- Compressed Air and Gas Handbook - Compressed Air and Gas Institute - USA - Fifth edition, 1989 - w.knowpressure.org - compressed air challenge

- O tratamento de ar comprimido como fator de redução de custos na indústria Estudo organizado pela Câmara Setorial de Compressores Industriais - ABIMAQ

A seleção do compressor de ar é função direta da aplicação do ar comprimido, o que determinará a vazão, a pressão e o nível de pureza do mesmo. O diagrama de vazão x pressão abaixo auxilia na escolha do tipo de compressor mais indicado para atender esses parâmetros:

Centrífugo Pistão

Parafuso

Palheta Lóbulo

Pressão de descarga, psig Vazão, pcm(a)

Ao se determinar a quantidade de compressores do sistema, a máxima "um é pouco, dois é bom e três é demais" se encaixa muito bem. Na verdade, dois compressores que atendam a demanda total do sistema, amparados por um terceiro compressor da mesma capacidade em stand by, representam uma escolha racional sob todos os aspectos, sejam econômicos, operacionais ou de qualquer outra natureza.

Por exemplo, se fôssemos selecionar compressores para uma vazão total de 1800 pcm a uma pressão de 100 psig, recomendaríamos três modelos rotativos de parafusos de 900 pcm cada (ou um pouco maior), sendo um reserva, que deveriam operar num sistema de rodízio.

Quanto ao nível de pureza do ar comprimido, mesmo com o advento de equipamentos de tratamento e descontaminação extremamente eficientes, que purificam o ar além de qualquer exigência, é altamente recomendável eleger compressores não lubrificados quando a aplicação for crítica (hospitais, laboratórios, ar para respiração humana, etc.), eliminando-se o risco de um lançamento excessivo de óleo na tubulação no caso de um acidente com os sistemas de separação de óleo dos compressores lubrificados.

Além desses parâmetros, deve-se também considerar cuidadosamente os seguintes aspectos na seleção de um compressor:

rendimento energético

disponibilidade de água e/ou facilidade para instalação de
atendimento às normas locais e internacionais de projeto,

Você sabia que o custo da energia elétrica para a geração do ar comprimido é de ~US$ 0,005/m³ @ 7 barg? (Sendo 1,0 kWh ~ US$ 0,04) regime de operação proporção dos tempos carga/alívio temperatura de descarga do ar sincronização de partidas/paradas em instalações com mais de um compressor problemas com subsolo/fundação dutos para arrefecimento a ar custo inicial custos de operação e manutenção vida útil dimensões nível de ruído dispositivos de segurança desempenho e segurança disponibilidade de assistência técnica confiabilidade

O local onde os compressores serão instalados também deve ser objeto de um estudo prévio. Sempre que possível, deve-se optar por mantê-los numa sala própria para atender suas necessidades. A sala dos compressores deve respeitar certos princípios básicos para um perfeito funcionamento de todo o sistema, como:

estar localizada, de preferência, separada e

externamente às áreas "produtivas" do empreendimento, porém próxima o bastante para não incorrer numa elevada queda de pressão do ar até os usuários.

a captação do ar atmosférico deve ficar distante de

o ruído emitido pelos equipamentos deve ser isolado do exterior e a sala deve estar o mais distante possível da presença humana, exceto de seus operadores diretos. quaisquer tipos de fontes de contaminação ou calor, tais como: torres de resfriamento de água, ruas sem calçamento, banhos químicos, chaminés, caldeiras, escapes de motores de combustão, etc. O descuido com esse item gera problemas com a qualidade do ar comprimido e com o consumo de energia.

o arrefecimento de compressores resfriados a ar deve ser
o lay-out, a área, a altura, o piso e outras características
a entrada na sala deve ser permitida apenas ao pessoal
o condensado gerado pelo sistema é um efluente ácido e

Você sabia que 3°C de redução na temperatura do ar ambiente na admissão do compressor proporcionam uma economia de energia de 1%? realizado por dutos de entrada e saída, procurando-se obter a menor temperatura ambiente disponível. da sala devem facilitar a operação e a visualização dos painéis de controle dos equipamentos, além de livre acesso para manutenção. autorizado. Deve-se cuidar para que todas as normas de segurança sejam atendidas, principalmente as relativas a comandos e motores elétricos e equipamentos sob pressão. deve ser descartado para o meio-ambiente com o devido cuidado. Existem equipamentos apropriados para o tratamento desse condensado.

Os equipamentos de tratamento de ar comprimido e os reservatórios de ar também costumam ser instalados na sala dos compressores. Embora sejam essenciais para o fornecimento do ar comprimido com a qualidade requerida pela aplicação do cliente, esses equipamentos introduzem uma perda de carga adicional no sistema, que deve ser prevista no momento da regulagem da pressão de descarga dos compressores.

A seguir, apresentamos os fatores que mais prejudicam um desempenho eficiente de um sistema de ar comprimido:

Vazamento de ar comprimido X O orifício

Diãmetro do orifício de vazamento (pol)

m³/h vazamento

US$/ano

Perda de carga (US$/ano)

100250 500 750 1000 2000

P (psig)Vazão (m/h)

A norma internacional ISO-8573-1 é a referência central sobre a qualidade do ar comprimido para uso geral, não valendo para usos muito particulares, como ar medicinal, respiração humana e alguns outros. A tabela a seguir apresenta as classes de qualidade do ar comprimido em função dos seus três contaminantes típicos: água, óleo e partículas sólidas.

-x-

Água (ºC) não especific.

-x-

Óleo

(mg/m ) Sólidos

ISO-8573-1*Classes de qualidade

Para a obtenção dos diferentes níveis de pureza do ar comprimido (classes de qualidade), a ISO-8573 recomenda a seguinte seqüência padrão de equipamentos:reservatório compressor resfriadorposterior préfiltro pósfiltrosecador

1- ou antes do pré-filtro

Há também uma norma própria - ISO-7183 - que trata do projeto e testes de desempenho de secadores de ar. Secadores instalados em climas temperados devem obedecer a norma ISO-7183-A, que especifica a temperatura ambiente em 25°C e a temperatura de entrada do ar no secador em 35°C. Secadores instalados em climas tropicais devem obedecer a norma ISO-7183-B, que especifica a temperatura ambiente em 38°C e a temperatura de entrada do ar no secador em 38°C.

* O valor da economia proporcionada pelo tratamento de ar comprimido é o resultado da diferença entre o benefício e o custo desse tratamento. Ou seja, para saber o quanto você lucra com o tratamento do ar comprimido, basta multiplicar a sua vazão de ar pelo valor correspondente à sua aplicação. Nesse cálculo, já foram descontados todos os custos com a depreciação dos equipamentos, bem como sua instalação, operação e manutenção.Exemplo: Uma fábrica que consome 70m/h de ar comprimido, 24 h/dia, com classe de qualidade1.4.1, economizará até US$ 91.980,0/ano com o tratamento do ar.

Estudo organizado pela ABIMAQ

Fonte: “O tratamento de ar comprimido como fator de redução de custos na industria”

A combinação de um baixíssimo ponto de orvalho com retenção máxima de particulados é fundamental em aplicações como a fabricação de fibras óticas, circuitos integrados, compact discs, processamento de filmes, instrumentação crítica, siderurgia, reatores nucleares, etc.

classe 1.4.1

Economia proporcionada pelo Tratamento*US$/m

FILTRO M40 FILTRO M20

Instalações típicasAplicações ISO-8573 classe

Uso geral; proteção localizada de válvulas, cilindros, sopragem, pintura, ferramentas pneumáticas, automação, jateamento, etc. Como o ar não está seco neste sistema, recomenda-se um certo cuidado na sua aplicação.

Esta combinação compõe o sistema de tratamento mais largamente utilizado na indústria. Em função de seu abrangente nível de proteção, atende diversos setores, como o automobilístico, plástico, têxtil, papel e celulose, mecânico e metalúrgico, etc.

Veja também o

Qualidade similar ao sistema anterior, porém com eliminação de odores e um menor residual de óleo(0,003 mg/m), importante em geração de O e N, inalação sem eliminação de CO e CO, indústrias alimentícias, químicas, farmacêuticas, etc.

Utilizado quando o ar comprimido entra em contato com produtos higroscópicos (cimento, leite em pó, resinas, liofilizados, pastilhas efervecentes, etc.), devido ao risco de absorção do vapor d’água e também quando for submetido a baixas temperaturas, devido ao risco de congelamento.

ALTERNATIVO (pistão)

FILTRO M20

FILTRO M40

O ar comprimido está seco nesse arranjo, com ponto-de-orvalho médio entre 5ºC e 15ºC. É ideal p/ pequenas vazões (até 15 pcm) em aplicações de ponto-de-uso: pintura, jateamento, odontologia, etc.

COMPRESSOR ROTATIVO (parafuso, etc.) sistemas integrados conforme ISO-8573

Compressores alternativos (pistão)

Compressores rotativos (parafuso, etc.) compressor ar ambiente resfriador- posterior pré-filtro secador por refrigeração pós-filtro reservatório ar comprimido tratado compressor ar ambiente

Reservatório ar comprimido tratado

ar ambiente ar comprimido tratado compressor reservatório pré-filtro secador por refrigeração pós-filtro reservatório

ar ambiente ar comprimido tratado compressor reservatório reservatório synergy

A coalescência é a aglutinação de pequenas gotas de condensado (aerossóis) em gotas maiores até que atinjam uma dimensão e uma massa sujeitas à ação da gravidade. Esse processo é composto de três etapas:

- Impacto inercial (sólidos e (líqüidos) - Difusão (sólidos e líqüidos)

As microfibras de borossilicato, que proporcionam o efeito da coalescência, são fibras de vidro microscópicas totalmente impermeáveis ao óleo e à água, que são continuamente repelidos do meio filtrante. Por essa razo, a saturação de elementos coalescentes só ocorre em fun dos contaminantes sólidos, que ficam retidos em suas microfibras.

- Interceptação direta (sólidos) ã ção

TRATAMENTO DE AR COMPRIMIDO a filtração por coalescência

Em qualquer temperatura, 30% da contaminação líqüida do ar comprimido é formada por aerossóis, que possuem velocidade de queda inferior a 0,25 e não respondem à separação inercial. Como j vimos, somente o efeito da coalescência com microfibras de borossilicato é capaz de remover esses maerossóis.

m/s á inúsculos

A influência da temperatura na eficiência de um filtro coalescente

A eficiência dos separadores 2, 3 e 4 está baseada na vazão nominal do secador. Como são separadores inerciais, essa eficiência é fortemente afetada por mudanças de vazão (velocidade), prejudicando até mesmo a separação do condensado normal.

Por essas razões, a coalescência deve ser efetuada na menor temperatura possível do ar comprimido (desde que acima de zero ºC), garantindo que haja a máxima formação de condensado (aerossol e não aerossol) a ser removida.

Para o cálculo rápido do volume de um reservatório de ar, adota-se a seguinte regra:

Para compressores de pistão:

Volume do reservatório = 20% da vazão total do sistema medida em m³/min. Exemplo: - Vazão total = 5 m³/min

- Volume do reserv. = 20% x 5 m³/min = 1,0 m³

Para compressores rotativos: Volume do reservatório = 10% da vazão total do sistema medida em m³/min. Exemplo: - Vazão total = 5 m³/min

- Volume do reserv. = 10% x 5 m³/min = 0,5 m³

Para um cálculo mais sofisticado, deve-se adotar uma fórmula que considera a vazão de ar requerida pelo sistema num determinado intervalo em função do decaimento máximo de pressão aceitável nesse intervalo.

Encontrado o volume total de armazenamento de ar necessário para o sistema, recomenda-se dividi-lo em dois reservatórios menores, de igual capacidade, sendo o primeiro instalado logo após o compressor de ar e antes do pré-filtro e o segundo logo após o pós-filtro. Esse arranjo - um reservatório de ar úmido e um reservatório de ar puro e seco - traz inúmeros benefícios, como o ajuste perfeito do ciclo carga/alívio dos compressores, a proteção de todo o sistema contra vazamentos de óleo acidentais pelos compressores, o amortecimento de pulsações, a proteção dos rolamentos dos compressores, o fornecimento adequado de ar tratado para o consumo e a proteção dos equipamentos de tratamento de ar contra picos de vazão que viriam do primeiro reservatório, caso não houvesse o segundo.

Finalmente, um aspecto fundamental na seleção de reservatórios de ar comprimido é a segurança. A ocorrência de acidentes fatais envolvendo reservatórios fora de normas técnicas e sem as inspeções periódicas obrigatórias pela legislação brasileira é mais freqüente do que se imagina. Um reservatório deve sempre atender a PMTA (Pressão Máxima de Trabalho Admissível) do sistema, ser projetado, fabricado e testado conforme um conjunto de normas nacionais e internacionais (NR-13, ASME, etc.), possuir instalados seus acessórios mínimos obrigatórios (manômetro e válvula de segurança) e receber uma proteção anti-corrosiva interna e externa de acordo com sua exposição à oxidação.

Perda de carga na tubulação

Comprimento equivalente de tubulação (m)

Cotovelo 90° Curva 90°

Tê (fluxo dividido) Válv. gaveta

1/2”3/4” 1” 1.1/2” 2” 2.1/2” 3” 4” 5” 6”
1,101,34 1,58 2,25 2,60 2,80 3,40 4,0 2,20 2,70
0,670,70 0,83 1,0 1,10 1,10 1,20 1,40 1,50 1,70
0,801,20 1,50 2,40 3,0 3,90 4,80 6,0 8,0 9,20
0,170,20 0,25 0,37 0,46 0,52 0,58 0,76 0,95 0,98
1/2”3/4” 1” 1.1/2” 2” 2.1/2” 3” 4” 5” 6”

Perda de carga (psig) por 10 metros de comprimento de um tubo com diâmetro:

Uma rede de ar comprimido corretamente dimensionada garante uma baixa perda de carga (queda de pressão) entre a geração e o consumo, resultando num suprimento de ar adequado aos usuários, além de uma significativa economia de energia.

Sempre que possível, interligue entre si as extremidades da rede de ar, a fim de facilitar a equalização das pressões. O circuito em anel fechado é um lay-out de rede correto e bastante comum.

Mesmo que o ar comprimido seja tratado, convém construir a rede com uma pequena inclinação no sentido do fluxo de ar e instalar algumas válvulas nos pontos inferiores da mesma, visando captar o condensado formado durante eventuais paradas dos equipamentos de tratamento.

Com relação aos materiais da tubulação, dê preferência aos resistentes à oxidação, como aço galvanizado, aço inoxidável, alumínio, cobre e plásticos de engenharia. Utilize também conexões de raio longo para minimizar a perda de carga.

Para um bom desempenho de todo o sistema, não permita que os vazamentos ultrapassem 5% da vazão total do mesmo.

Synergy - sistema integrado de tratamento de ar comprimido “4 em 1”: resfriador-posterior + pré-filtro coalescente + secador por refrigeração + pós-filtro coalescente = ar de qualidade ISO-8573, classe 1.4.1

Termorreguladores:

Fornecimento contínuo de água com precisão no controle da temperatura (de ± 0,5°C),

Polar: chillers de água. Fornecimento contínuo, econômico e preciso de água gelada para diversas vazões e aplicações. Modelos Standard de 5000 a 120000 kcal/h.

Hyperfilter - uma linha completa de filtros coalescentes equipados com os exclusívos elementos de borossilicato plissado Hi-flux, disponíveis nos graus M40, M20 e MA.

E-plexus - secadores por adsorção para aplicações que exijam ponto de orvalho inferior a -40ºC.

Energy Plus - sistema integrado de tratamento de ar comprimido “3 em 1”: pré-filtro coalescente + secador por refrigeração + pós-filtro coalescente = ISO-8573, classe 1.4.1

Air Point - secador indicado para instalação junto ao ponto de utilização do ar comprimido.

Vem equipado com as exclusivas pastilhas absorvedoras AquaSorb.

Turbo Air - resfriador-posterior projetado para resfriar o ar comprimido após a descarga do compressor. Suporta temperaturas de até 120°C.

Titan: secador de ar comprimido por refrigeração para pequenas vazões (até 95 pcm) e ponto de orvalho de 10ºC, conforme classe -.6.- da norma ISO-8573-1.

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