Tipos de Compressores, Notas de estudo de Engenharia Mecânica
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Com PPereira_Ar Comp

Tema: Ar comprimido

SEMINÁRIO PROMOT

Atlas Copco de Portugal Divisão de Compressores

OBJECTIVOS

 Custos de exploração de sistemas de ar comprimido  Tipos de compressores  Redução de consumos energéticos associados a:

 Optimização da selecção de compressores  Utilização de sistemas de tratamento de ar comprimido de

elevada eficiência  Sistemas de controlo e optimização de centrais de ar

comprimido  Dimensionamento de redes de ar comprimido  Eliminação de fugas na rede de ar comprimido  Recuperação de energia

CUSTOS DE EXPLORAÇÃO DE SISTEMAS DE AR COMPRIMIDO

Atlas Copco de Portugal Divisão de Compressores

Custo do ciclo de vida de uma central de ar comprimido

80%

15% 5%

Energia investimento manutenção

TIPOS DE COMPRESSORES - MÉTODOS DE COMPRESSÃO

Atlas Copco de Portugal Divisão de Compressores

TIPOS DE COMPRESSORES

compressores

dinâmicosvolumétricos

Atlas Copco de Portugal Divisão de Compressores

Atlas Copco de Portugal Divisão de Compressores

PRICIPIOS DE FUNCIONAMENTO

A redução do volume do gás provoca um

aumento de pressão

Compressão volumétrica

Atlas Copco de Portugal Divisão de Compressores

O volume do ar ou gás é progressivamente reduzido ao longo do parafuso, causando um aumento de pressão

Compressão volumétrica aplicada ao compressor de parafuso

Rotor Fêmea

Rotor Macho

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PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO

Velocidade (Energia cinética)

1/2 mv 2

Convertida em pressão

Compressão dinâmica

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blade

barrier A roda gira

 Aumento da velocidade da bola

 Redução repentina da velocidade causa uma aumento de pressão

Compressor centrífugo

SISTEMAS DE TRATAMENTO DE AR COMPRIMIDO

Tipos de Secadores e sistemas de filtragem

Atlas Copco de Portugal Divisão de Compressores

Composição do ar atmosférico

N2

O2 V a

p

o

r

d

e

Á

g

u

a

+ outros

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Tipos de Secadores

Secadores

AdsorçãoRefrigeração

Atlas Copco de Portugal Divisão de Compressores

 Secagem obtida por arrefecimento do ar comprimido seguido de um reaquecimento

 Ponto de orvalho na ordem dos +3ºC

 Principio de funcionamento

 Aplicações Tipo:  Prevenção contra corrosão das tubagens  Decapagem  Ferramentas  Industria Alimentar  ...

Secadores de Refrigeração - FD

Atlas Copco de Portugal Divisão de Compressores

 Tipos de secadores adsorção:

 Regeneração com purga de ar seco - CD  PDP entre -20ºC e -70ºC  Regeneração - Aprox 15% de ar comprimido  Dissecante – Alumina activada

 Regeneração com ar quente atmosférico - BD  PDP entre -20ºC e -70ºC  Arrefecimento – Aprox 2% de ar comprimido  Ar de regeneração aquecido por resistências de baixa potência  Ventilador de baixa potência  Dissecante – Sílica Gel

 Regeneração com ar quente de compressão - MD  PDP na ordem dos -30ºC  Sem perdas de ar comprimido na regeneração  Sem consumo energético  Dissecante – Sílica Gel

Atlas Copco de Portugal Divisão de Compressores

 Filtros Coalescentes – DD, PD  Para utilização geral  Remoção de partículas até 0.01 µm  Remoção de água líquida e óleo até 0.01 ppm  Fluxo – do interior para o exterior

 Filtros de partículas – DDp, PDp  Filtragem de partículas sólidas  Remoção de partículas até 0.01 µm  Fluxo – do exterior para o interior

TIPOS DE FILTROS

Atlas Copco de Portugal Divisão de Compressores

 Filtros de carvão activo – QD  Para remoção de vapores de óleo  Remoção de vapor óleo até 0.003 ppm  Fluxo – do interior para o exterior  Para temperaturas superiores a 40ºC não se dá a absorção dos vapores de óleo  Tempo de vida útil do elemento filtrante = 1000 h  Para aplicações com pequenos caudais para determinados consumidores.

 Para elevados consumos de ar comprimido torna-se mais rentável a utilização de compressores isentos de óleo

TIPOS DE FILTROS

REDUÇÃO DE CONSUMOS ENERGÉTICOS

Atlas Copco de Portugal Divisão de Compressores

Optimização da selecção de compressores C

o

n

s

u

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e

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p

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c

í

f

i

c

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J

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l

Potência kW55 450 - 500

Atlas Copco de Portugal Divisão de Compressores

Optimização da selecção de compressores

Compressores carga vazio:  Eficientes em perfis de consumo com poucas flutuações  Quando utilizados em perfis intermitentes o facto de necessitarem de

trabalhar em vazio => consumo de energia sem produção de ar comprimido => desperdício de energia.

 Arrancador DOL, YD ou arrancador suave  Potências 5 KW - 750KW

Baseada na determinação do perfil de consumos

Atlas Copco de Portugal Divisão de Compressores

Compressores VSD (velocidade variável):  Eficientes em perfis com elevada intermitência => redução de até 35%

nos consumos de energia.  Redução obtida devido à eliminação da operação em vazio.  Pressão na rede constante  Arranque com aceleração progressiva => arranque suave  Potências 11KW - 900KW

Optimização da selecção de compressores

Atlas Copco de Portugal Divisão de Compressores

Compressores Centrífugos:  Eficientes em perfis de consumo de elevado caudal e muito constantes

(Potências 350KW - 8.5MW)  Quando utilizados em perfis intermitentes o facto de necessitarem de

fazer “blow off” => Potência consumida ˜ Abertura min. IGV para um débito inferior

 Arrancador DOL, YD ou arrancador suave

Optimização da selecção de compressores

Atlas Copco de Portugal Divisão de Compressores

Sistemas de tratamento de ar comprimido de elevada eficiência:

Secadores de refrigeração:  Caudal a tratar constante => Secador de refrigeração de

velocidade fixa.  Caudal a tratar variável => Secador de refrigeração VSD

(velocidade variável) => desaceleração do compressor de frio => consumo ˜ ao seu regime.

Atlas Copco de Portugal Divisão de Compressores

Secadores de Adsorção:  Quanto > o ar de purga gasto, para garantir o caudal de ar seco

necessário > o compressor => Potência consumida superior

Sistemas de tratamento de ar comprimido de elevada eficiência:

 Devem ser utilizados secadores com controlo de ciclo por PDP (Ponto de orvalho à pressão) => prolongamento do ciclo de secagem até que seja atingido o PDP mínimo desejado

 Sempre que possível (PDP = -30ºC e ar isento de óleo), devem ser utilizados secadores sem consumo de ar comprimido para regeneração do tipo MD

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Sistemas de filtragem:  Consoante os requisitos do processo fabril devem ser dimensionados

sistemas de filtragem de ar comprimido de baixa perda de carga.  Aumento da pressão de trabalho do compressor em 1bar => aumento

da potência consumida em 6%.  Filtros de carvão activo para remoção de vapores de óleo => filtragem

de ar para pequenos pontos de consumo  Processos dependentes de isento de óleo => compressores isentos de

óleo

Sistemas de tratamento de ar comprimido de elevada eficiência:

Atlas Copco de Portugal Divisão de Compressores

 Perda de carga baixa => redução da pressão de trabalho do compressor => redução da potência consumida

 Lei de Darcy

 Considerações:  ?P =0,1 bar(e)

 Resolvendo em ordem a d obtém-se o diâmetro dos troços de tubagem

Dimensionamento de redes de ar comprimido

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 Orifício de 1mm => fuga de 1l/s a 7 bar(e) => 0.35KW de potência consumida pelo compressor

 Percorrer regularmente as tubagens de ar comprimido detectando e eliminado possíveis fugas

Eliminação de fugas de ar comprimido

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Sistemas de controlo de centrais de ar comprimido:

 Optimização do recursos disponíveis para a produção e tratamento de ar comprimido tendo em vista a redução dos custos energéticos.

 Manter a pressão na rede de ar comprimido estável

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ES 1000 - Economizador de energia pressão Sem sistema ES Com sistema ES

1. Redução da pressão média => Menor consumo energético pelos compressores

2. Redução da pressão média => Redução de fugas

6,5

7,5

7,0 6,7

6,5

6,9

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ES 2000 – Controlo de compressores VSD

Specific Energy Requirement (J/l)

Flow (l/s)

VSD

Optimum zone

Adjustable points

Optimum point

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ES3000 – Controlo de compressores Turbo

Turbo with IGV

Optimum zone

Energia Especifica Requerida (J/l)

Flow (l/s)

O ES3000 minimiza: • blow-off para a atmosfera • ciclos carga/vazio

Optimum point

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 Cerca de 80% da potência necessária ao veio do compressor é dissipada no seu sistema de arrefecimento de óleo e recuperável na forme de água quente para uso industrial.

 Cerca de 4% perde-se no ar comprimido  Em compressores arrefecidos a ar, os restantes 16% poderão ser

utilizados para aquecimento de espaços.

Exemplo: Compressor arrefecido a ar de 90 KW => 72KW recuperáveis no

arrefecedor de óleo e cerca de 16KW no sistema de ventilação

Recuperação de energia

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Questões ?

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Variador principal

Elemento de parafuso Motor VSD

Alimentação eléctrica

(Instalação Fabril)

P Veio η Motor (95 - 96%)

P cons. motor

η Variador (96 - 98%)

Variador Secundário

P Accionamento

Motor / Ventilador

P Vent η Motor (95 - 96%)

P cons. MvP Ventilação

P total “Package”

η Variador (96 - 98%)

Arrefecedor final

Válvula de não retorno

Filtro de ar

Separador óleo/ar

Circuito eléctrico Circuito de ar

 

  

× +

  

× =

VariadorMv

Vent

VariadorMotor

Veio Total

PP P

ηηηη

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Corrente de arranque

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Balanço térmico de um compressor lubrificado - % potência requerida ao veio

Arrefecedor de óleo Arrefecedor de ar Perdas no motor eléctrico Perdas por radiação Remanescente no ar comprimido

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