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Ar comprimido: energia na forma de pressão
Transformação de energia eléctrica em pressão ; resulta da compressão do ar ambiente, cuja composição é uma mistura de oxigénio (≈ 23,2 %(m/m)), nitrogénio (≈ 75,5 %(m/m)), alguns gases raros e vapor de água.
Segunda energia na indústria transformadora!
Mais cara cerca de 7 a 10 vezes mais que a energia eléctrica para realizar uma tarefa idêntica.
Menos racionalizada
Ar comprimido: energia na forma de pressão
Custo aproximado de um sistema de ar comprimido:
- compressor num período de trabalho de 10 anos ( ≈80 mil horas).
Ar comprimido: energia na forma de pressão
Fugas de ar comprimido e seu custo
Fugas de ar comprimido e seu custo
50 fugas de 1 mm 5 fugas de 3mm 24 horas/dia (365 dias/ano)
Potência requerida para 1 mm = 0,3 kW Potência requerida para 3 mm = 3,1 kW kWh = [ (50x0,3 + 5x3,1)*24 = 732 kWh
kWh/ano = 732 kWh x 365 = 259860 kwh!
IndústriaIndústria
Cálculo do caudal de fugas
Dispositivos pneumáticos fora de serviço
Consumo de fugas pode ser medido de duas formas:
- no reservatóriono reservatório: medindo o tempo de queda no diferencial de pressão;
- no compressorno compressor: medindo os tempos de carga num dado período.
Cálculo do caudal de fugas
Exemplo
Num reservatório com o volume de 2000 litros (2 m^3 ), inicialmente à pressão de 7,5 bar, foram necessários 40 segundos para baixar a pressão 0,5 bar (diferencial normal), ou seja , de 7,5 para 7 bar.
quedadiferencia l
res máx min
t
Caudal defugas =V ×(P −P )
Caudal de fugas = 1500 l/min
Cálculo do caudal de fugas
Exemplo
Um compressor que debita 12 m^3 /min, durante 600 segundos entrou em carga cinco vezes, com tempos iguais a 24 s.
Unidades de pressão
Unidades de pressão
Regra geral, na pneumática as pressões de ar comprimido são referidas em valores manométricos (diferenciais positivos), enquanto no vácuo os valores são absolutos.
Classes de vácuoClasses de vácuo
Objectivos do ar comprimido
OO queque sese podepode fazerfazer comcom arar comprimido?comprimido?
- Mais fácil explicar o que não se pode fazer!
PneumáticaPneumática Usa o ar comprimido como transformação de potência através da actuadores lineares (cilindros pneumáticos) e/ou actuadores rotativos (motores pneumáticos). FluidicaFluidica Neste âmbito refere-se sempre ao meio gasoso. Distingue-se da pneumática porque não possui peças móveis no interior dos seus compomentes.
Produção de ar comprimido
Em termos tecnológicos a produção de ar comprimido é realizada pelos compressores, sendo estes accionados, na indústria transformadora por motores eléctricos.
Instalação de produção de ar comprimido
Classificação dos compressores
Dinâmicos
Tipos de compressão
Compressão dinâmica Transformação de energia cinética em pressão, ou seja, gasta-se energia para movimentar fortemente o ar captado à atmosfera e quando este desacelera a pressão aumenta.
velocidade -
pressão +
velocidade +
pressão -
Tipos de compressão
Compressão dinâmica
A energia cinética, de que o gás vem animado, é convertida em energia de pressão, devido à contínua desaceleração do referido fluxo.
Tipos de compressão
Compressão volumétrica
0 a 3 - admissão do ar
Admissão
Tipos de compressão
Compressão volumétrica
Compressão
3 a 4 - compressão do ar
Tipos de compressão
Compressão volumétrica
4 a 5 - descarga do ar
Descarga
Tipos de compressão
Compressão volumétrica
5 a 2 – expansão do gás remanescente no espaço “morto” (0-1)
Expansão
A partir de 2 até 3 – a válvula abre e tudo volta ao ciclo com a admissão de ar
Compressão politrópica
Compressor industrial transforma a energia eléctrica em energia mecânica e esta, por sua vez, é transformada em calor e pressão.
Compressão politrópica
- Construção de unidades compressoras capazes de se libertarem do calor o mais possível, o que significa, em termos reais, a aproximação da compressão politrópica à isotérmica, ainda que esta seja impossível de atingir, por razões de ordem prática.
- No entanto, é possível uma boa aproximação quando se recorre à técnica de vários andares de compressão e, por complemento, optimamente arrefecidos.
Andares de compressão
Forma pratica de retirar calor durante a fase de compressão
Dividir a compressão em vários andares
A – cilindro de alta pressão B – cilindro de baixa pressão P – arrefecedor intermédio ( intercooler )
Compressor alternativo para uma pressão final de 7 bar e com dois estágios de pressão.
Andares de compressão
Para cada pressão existe um número óptimo de estágios
Exemplo: compressor alternativo (pistão)
- unidades pequenas, potência máxima de 7,5 kW (10cv) e intervalo de 1-14 bar 1 andar de compressão
- compressores ditos industriais, potencias superiores a 10 cv, intervalo 6-30 bar 2 andares compressão
- 30 a 180 bar 3 andares compressão
- 180 a 350 bar 4 andares compressão
Selecção dos compressores
Compressed Air and GCompressed Air and Gas Institute (CAGI-EUA)as Institute (CAGI-EUA)
Caudal (ft^3 /min)
Pressão descarga (psig)
Compressed Air and Gas Institute (CAGI-EUA)
Selecção dos compressores
NívelNível dede purezapureza dodo arar comprimidocomprimido: aplicação critica ou não critica
Aplicações críticas (hospitais, laboratórios, ar para respiração humana, etc.) deverão ser equipados com compressores do tipo não- lubrificados (isentos de óleo), eliminando-se o risco de contaminação do ar com óleo no caso de um acidente com os filtros de óleo dos compressores lubrificados.
Compressores dinâmicos
- Os compressores dinâmicos podem ser – centrífugoscentrífugos ouou radiaisradiais e axiaisaxiais – e operam a velocidades superiores aos compressores volumétricos.
- Na indústria, de um modo geral, operam à volta de 20000 r.p.m., embora velocidades superiores sejam cada vez mais comuns.
Compressores dinâmicos: centrífugos
- Compressão processa-se perpendicularmente ao veio motor e a descarga do ar efectua-se segundo a tangente ao raio das pás impulsoras
- Unidades indicadas para produzirem ar isento de óleo.
Compressor centrífugoCompressor centrífugo
- 4 andares de compressão ( impellers )
- gama de pressões entre 17 e 24 bar.
