Ar Comprimido, Notas de estudo de Engenharia de Petróleo

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Í NDICE

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Quando destacamos a questão da segurança, estamos reforçando o princí- pio de que o usuário deverá estar atento para que todas as exigências le- gais, bem como aquelas ditadas pelo bom senso, sejam cumpridas. Nor- mas de projeto, fabricação e testes de equipamentos e instalações devem ser respeitadas. Nos casos onde a legislação for omissa, as melhores práti- cas deverão ser aplicadas.

Afinal, não são poucos os acidentes relacionados com o ar pressurizado, incluindo muitos casos fatais.

Com relação ao meio ambiente, um sistema de ar comprimido eficiente e consciente é aquele que gera o menor nível possível de contaminação ca- paz de afetar a natureza.

A combinação equilibrada de todos esses parâmetros é um dos objetivos desse Manual, fornecendo subsídios atualizados para a tomada das deci- sões corretas por parte dos usuários.

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E P OR FALAR EM E NERGIA ...

O ar comprimido é uma importante forma de energia, insubstituível em diversas aplicações e resultado da compressão do ar ambiente, cuja com- posição é uma mistura de oxigênio (~20,5%), nitrogênio (~79%) e alguns gases raros.

Atualmente, cerca de 5 bilhões de toneladas de ar são comprimidas por ano em todo o planeta, gerando um consumo de 400 bilhões de kWh a um custo de 20 bilhões de dólares.

São números que provocam um grande impacto no meio ambiente, mas que poderiam ser substancialmente reduzidos com medidas racionais.

Na indústria, um metro cúbico de ar à pressão de 7 barg custa cerca de meio centavo de dólar (1,0 m³ ar ~ R$ 0,025) apenas em energia.

Em função das perdas decorrentes da transformação de energia, o ar com- primido (energia pneumática) pode custar de sete a dez vezes mais do que a energia elétrica para realizar uma aplicação similar, embora isso seja nor- malmente compensado pelas vantagens de flexibilidade, conveniência e segurança proporcionadas pela energia pneumática.

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Vazamento através de diferentes orifícios x custo energético CUSTO DO VAZAMENTO Diâmetro do orifício de vazamento (pol) 1/32”^ 1/16”^ 1/8”^ 1/4”^ 3/8” m³/h vazamento 2,72 10,9 44,2 174,0 397, R$/ano 340,00 1.360,00 5.515,00 21.715,00 49.610, Considerando: P = 7 barg uso = 16h/dia 300 dias/ano (1,0kWh ~ R$ 0,25)

Perda de carga (queda de pressão)

Além da redução da pressão do ar comprimido provocada por uma rede de distribuição inadequada (diâmetro da tubulação inferior ao necessário, lay-out incorreto da tubulação, curvas e conexões em excesso, etc.), um sistema de ar comprimido também pode estar operando numa pressão muito superior à exigida pela aplicação.

O cálculo correto das redes de distribuição principal e secundárias, a ma- nutenção (substituição) periódica de elementos filtrantes saturados, a regulagem precisa da pressão de cada ponto de consumo, a escolha de componentes e acessórios com menor restrição ao fluxo de ar, bem como a seleção correta do compressor em função das necessidades de pressão do sistema, poderão contribuir de forma fundamental para a redução do consumo de energia associado à perda de carga.

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A tabela abaixo apresenta alguns custos com a queda de pressão

m³/h 340 800 1700 P bar (psi) 0,07 (1) 0,14 (2) 0,07 (1) 0,14 (2) 0,07 (1) 0,14 (2) R$/ano 215,00 430,00 505,00 1.010,00 1.075,00 2.150, Considerando: P=7barg / uso=16h/dia – 300 dias/ano (1,0 kWh=R$ 0,25)

Temperatura de admissão do ar

A elevação da temperatura ambiente diminui a densidade do ar, provocan- do uma redução da massa aspirada pelo compressor. Em conseqüência, a eficiência do compressor fica comprometida.

Admite-se que uma redução de 3°C na temperatura de admissão do ar ambiente pelo compressor implica numa economia de energia de 1%.

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GERAÇÃO DE A R COMPRIMIDO

A sala dos compressores

Os compressores e demais equipamentos de geração, tratamento e armazenamento de ar comprimido situam-se na categoria de utilidades, tais como caldeiras, geradores, tratamento, bomba etc.

Dessa forma, procure respeitar as seguintes orientações:

• Reserve uma sala específica para isso, separada das demais áreas da empresa.
• O ruído emitido pelos equipamentos deve ser isolado do exterior.
• O ingresso na sala deve ser permitido apenas ao pessoal autorizado, portando os EPI´s mínimos exigidos por lei, como o protetor auricular.
• A captação do ar atmosférico deve ficar distante de 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 proble- mas com a qualidade do ar comprimido e com o consumo de energia.
• O arrefecimento de compressores resfriados a ar deve ser realizado por dutos de entrada e saída, procurando-se obter a menor temperatura ambiente disponível.

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O compressor de ar

O equipamento que realiza a compressão do ar ambiente é denominado compressor de ar , que transforma um tipo de energia (normalmente elétrica) em energia pneumática.

Hoje, existem cerca de 40 milhões de compressores em operação no mun- do e outros 4 milhões são fabricados todos os anos.

Para o escopo desse Manual, interessa-nos dois tipos básicos de compres- sores: alternativos (de pistão) e rotativos (de parafuso e centrífugo).

Em termos conceituais, os compressores de pistão e de parafuso são deno- minados de deslocamento positivo , pois a compressão do ar é obtida pela redu- ção de seu volume, de forma alternada (pistão) ou contínua (parafuso).

O compressor centrífugo é do tipo dinâmico , pois a compressão ocorre pela trans- formação da energia cinética (velocidade) do ar em energia potencial (pressão).

Os compressores de pistão são comumente aplicados para pequenas vazões (até 100 m³/h).

Os compressores de parafuso são mais indicados para pequenas, médias e grandes vazões (50 m³/h a 2000 m³/h).

Os compressores centrífugos são mais indicados para vazões grandes e muito grandes (> 1500 m³/h).

As pressões atingidas pelos compressores variam, em geral, entre 6 barg e 40 barg, sendo a pressão de 7 barg tipicamente encontrada na maioria das aplicações.

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Quanto ao nível de pureza do ar comprimido, é conveniente fazer uma distinção entre aplica- ção crítica e não-crítica.

Mesmo com a utilização obrigatória dos mais sofisticados equipamentos de trata- mento de ar comprimido, as aplicações críticas (hospitais, laboratórios, ar para respiração humana, etc.) deverão ser equi- pados com compressores do tipo não-lubri- ficados (isentos de óleo), eliminando-se o risco de um lançamento excessivo de óleo no sistema, no caso de um acidente com os separadores de óleo dos compressores lubrificados.

• PREFÁCIO
• E POR FALAR EM ENERGIA
  • • Vazamento de ar comprimido
  • • Perda da carga (queda de pressão)
  • • Temperatura de admissão do ar
• OS EQUIPAMENTOS DE UM SISTEMA DE AR C OMPRIMIDO
• GERAÇÃO DE A R COMPRIMIDO
  • • A sala dos compressores
  • • O compressor de ar
  • • Quantidade de compressores
• TRATAMENTO DE AR C OMPRIMIDO
  • • Norma ISO-8573-1
• OS C OMPONENTES DE UM S ISTEMA DE TRATAMENTO DE AR C OMPRIMIDO
  • • O resfriador-posterior
  • • O filtro de ar comprimido
  • • O secador de ar comprimido
  • • O secador por refrigeração
  • • O secador por adsorção
• ARMAZENAMENTO DE A R C OMPRIMIDO
  • • Para compressores de pistão
  • • Para compressores rotativos
• DISTRIBUIÇÃO DE A R C OMPRIMIDO
• LINHA DE PRODUTOS
  • • TotalPack / PowerPack
  • • Rotor Plus
  • • Energy
  • • Titan Plus
  • • Air Point
  • • E-plexus
  • • Hyperfilter / Hi-Flux
  • • Cronomatic / Acquamatic
  • • Turbo Air
  • • Polar
  • • SubZero
• INSTITUCIONAL
• BIBLIOGRAFIA
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TRATAMENTO DE AR C OMPRIMIDO

A contaminação do ar comprimido é a soma da contaminação do ar ambiente com outras substâncias que são introduzidas durante o proces- so de compressão.

O ar ambiente é contaminado por partículas sólidas (poeira, microorga- nismos, etc.), vapor d’água (umidade relativa), vapores de hidrocarbonetos (fumaça de óleo diesel, etc.), dióxido de carbono, monóxido de carbono, óxido nitroso, dióxido de enxofre, etc.

Durante o processo de compressão, o ar comprimido também é contami- nado pelo óleo lubrificante do compressor e por partículas sólidas prove- nientes do desgaste das peças móveis do mesmo.

Na tubulação de distribuição, o ar comprimido ainda pode arrastar ferru- gem e outras partículas.

A norma ISO-8573^1 classifica os contaminantes do ar comprimido e suas unidades de medida da seguinte maneira:

Contaminante Dimensão Concentração Ponto de orvalho Sólidos μm mg/m³ -x- Água -x- -x- °C Óleo -x- mg/m³ -x-

A pressão e a temperatura do ar comprimido potencializam os efeitos pre- judiciais de todos esses contaminantes.

A redução gradual da temperatura do ar comprimido ao longo da tubula- ção causa a condensação de alguns contaminantes gasosos.

Ao atingirem a fase líqüida (condensado), esses contaminantes estarão pre- sentes no fluxo de ar comprimido sob diferentes aspectos, desde um con- junto amorfo (filete de condensado) depositado nas partes inferiores da tubulação e dos equipamentos, passando por pequenas gotas e chegando até a aerossóis microscópicos dispersos entre as moléculas do ar comprimido.

(^1) Este documento utiliza a 1ª edição da Norma ISO-8573 (1991)

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Por definição (ISO-8573/2.4), aerossol é uma suspensão num meio ga- soso de partículas sólidas e/ou líquidas com uma desprezível velocidade de queda (< 0,25 m/s).

O resultado da mistura de todos os contaminantes é uma emulsão ácida e abrasiva que compromete o correto funcionamento de um sistema de ar comprimido em qualquer tipo de aplicação.

A análise do ar ambiente de uma região industrial típica encontra as se- guintes taxas aproximadas de contaminação, considerando-se uma tempe- ratura ambiente de 38 ºC e umidade relativa de 100%:

Contaminante Dimensão Concentração Sólidos 0,01 a 2,0 μm 1020 partículas/m³ Água -x- 46,3 g/m³ Óleo -x- 15 mg/m³

Esses contaminantes serão aspirados por qualquer compressor de ar, seja lubrificado ou isento de óleo, juntamente com os gases cita- dos anteriormente.

A título de ilustração, tomemos um sistema de ar comprimido com um compressor de 5100 m³/h operando em três turnos. Num ambiente sob temperatura de 25°C e umidade relativa de 75%, este compressor introdu- zirá 2106 litros de água por dia no sistema.

Norma IS0-8573-

A norma internacional ISO-8573-1 é a referência central sobre a qualida- de do ar comprimido para uso geral, não valendo para usos muito particu- lares, 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.