Ar Comprimido

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 - www.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

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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.

O SISTEMA DE AR COMPRIMIDO GERAÇÃO DE AR COMPRIMIDO 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:

100.000

Pistão

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

Parafuso

rendimento energético 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 disponibilidade de água e/ou facilidade para instalação de dutos para arrefecimento a ar custo inicial custos de operação e manutenção vida útil dimensões nível de ruído dispositivos de segurança atendimento às normas locais e internacionais de projeto, desempenho e segurança disponibilidade de assistência técnica confiabilidade

Centrífugo

10.000

1.000 Axial (500)

100 (60)

Palheta

Lóbulo (200.000)

10 (200)

Pressão de descarga, psig

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.

10

100

1.000

10.000

100.000 1.000.000

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.

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.

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. 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 problemas com a qualidade do ar comprimido e com o consumo de energia. Você sabia que 3°C de redução na temperatura do ar ambiente na admissão do compressor proporcionam uma economia de energia de 1%? o arrefecimento de compressores resfriados a ar deve ser realizado por dutos de entrada e saída, procurando-se obter a menor temperatura ambiente disponível. o lay-out, a área, a altura, o piso e outras características da sala devem facilitar a operação e a visualização dos painéis de controle dos equipamentos, além de livre acesso para manutenção. a entrada na sala deve ser permitida apenas ao pessoal 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. o condensado gerado pelo sistema é um efluente ácido e 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 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.

ISO-8573-1*

1 2 3 4 5 6 7

Classes de qualidade

Sólidos ( m)

Água (ºC)

Óleo (mg/m 3)

0,1 1 5 15 40 -x-x-

-70 -40 -20 +3 +7 +10

0,01 0,1 1 5 25 -x-x-

não especific.

*1991

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

compressor

resfriador posterior

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

pré filtro

secador

pós filtro

Vazamento de ar comprimido X O orifício reservatório 1

Diãmetro 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

397,5

117,00

468,00

1.902,00

US$/ano

simbolos conf. ISO-1219-1

7.490,00 17.100,00

Considerando: P= 7barg / uso=24h/dia - 365 dias/ano

3 Perda de carga (US$/ano) P (psig) 1 5 10

100

3

Vazão (m /h)

250

500

750

1000

2000

74,00 185,00 371,00 556,00 742,00 1.483,00 371,00 927,00 1.854,00 2.779,00 3.702,00 7.412,00 742,00 1.854,00 3.702,00 5.560,00 7.412,00 14.827,00

Considerando: P= 7barg / uso=24h/dia - 365 dias/ano

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.

Instalações típicas

ISO-8573 classe

FILTRO M20

FILTRO M40

1.7.1

SECADOR FILTRO PONTO-DE-USO M40

1.7.1

Aplicações

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.

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.

Economia proporcionada pelo Tratamento* US$/m3

0,00006

0,0012

COMPRESSOR ROTATIVO (parafuso, etc.)

1.4.1

RESFRIADOR POSTERIOR

SECADOR POR FILTRO REFRIGERAÇÃO FILTRO M40 M20*

0,0042

Veja também o FILTRO MA

1.4.1

COMPRESSOR ALTERNATIVO (pistão)

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.

Qualidade similar ao sistema anterior, porém com eliminação de odores e um menor residual de óleo(0,003 mg/m2), importante em geração de O2 e N2, inalação sem eliminação de CO e CO2, indústrias alimentícias, químicas, farmacêuticas, etc.

0,015

nota 3

SECADOR POR ADSORÇÃO

2.2.1 2.1.1

FILTRO FILTRO M40 M20*

FILTRO M40

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.

0,05

classe 1.4.1

FILTRO M20

1.2.1 1.1.1

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.

0,70

* 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 700m3/h de ar comprimido, 24 h/dia, com classe de qualidade1.4.1, economizará até US$ 91.980,00/ano com o tratamento do ar.

Fonte: “O tratamento de ar comprimido como fator de redução de custos na industria” Estudo organizado pela ABIMAQ

O DESEMPENHO DE QUALQUER SISTEMA DE TRATAMENTO DE AR COMPRIMIDO DEPENDE INTEGRALMENTE DA CORRETA SUBSTITUIÇÃO DOS ELEMENTOS FILTRANTES NO MOMENTO DE SUA SATURAÇÃO.

TRATAMENTO DE AR COMPRIMIDO

TRATAMENTO DE AR COMPRIMIDO

a filtração por coalescência

sistemas integrados conforme ISO-8573

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: - Interceptação direta (sólidos) - Impacto inercial (sólidos e (líqüidos) - Difusão (sólidos e líqüidos)

Compressores alternativos (pistão)

compressor

resfriadorposterior

pré-filtro

secador por pós-filtro refrigeração

reservatório ar comprimido tratado

classe 1.4.1.

ar ambiente

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 razão, a saturação de elementos coalescentes só ocorre em função dos contaminantes sólidos, que ficam retidos em suas microfibras.

ou compressor

Reservatório ar comprimido tratado

classe 1.4.1.

ar ambiente

A influência da temperatura na eficiência de um filtro coalescente Em qualquer temperatura, 30% da contaminação líqüida do ar comprimido é formada por aerossóis, que possuem velocidade de queda inferior a 0,25 m/s e não respondem à separação inercial. Como já vimos, somente o efeito da coalescência com microfibras de borossilicato é capaz de remover esses minúsculos aerossóis. 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.

synergy

Compressores rotativos (parafuso, etc.)

compressor reservatório pré-filtro

secador por pós-filtro reservatório refrigeração ar comprimido tratado

Volume de condensado

condensado “normal” (70%) 99,99%

Eficiência de separação (%)

95%

aerossóis

Filtro coalescente de microfibras de borossilicato de alta eficiência. (D.O.P.=99,99%)

classe 1.4.1.

ar ambiente

Separador de condensado por centrifugação.

ou

90%

Demister coalescente de malha de aço.

compressor

30%

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.

80%

Separador de condensado por impacto inercial.

5,0

1,0

0,25

Velocidade de queda do condensado (m/s)

0,05

reservatório

reservatório ar comprimido tratado

ar ambiente

classe 1.4.1.

ARMAZENAMENTO DE AR COMPRIMIDO 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

DISTRIBUIÇÃO DE AR COMPRIMIDO 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.

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

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.

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.

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.

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.

Para um bom desempenho de todo o sistema, não permita que os vazamentos ultrapassem 5% da vazão total do mesmo. Perda de carga na tubulação 3

m /h

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

80 170 350 500 850 1200 1700 2100 2500 3400 4200 5100 6800 10200 13600 17000

1/2”

3/4”

1”

1.1/2”

2”

2,73 0,64 0,18 2,51 0,70 0,08 2,68 0,31 0,09 0,68 0,19 1,86 0,50 1,00 1,97

2.1/2”

0,08 0,21 0,41 0,81 1,28 1,79

3”

0,13 0,25 0,41 0,56 1,00 1,56 2,24

4”

0,10 0,14 0,25 0,39 0,55 0,97 2,15

5”

6”

0,08 0,12 0,17 0,30 0,67 1,18 1,82

0,07 0,12 0,26 0,46 0,71

5”

6”

Comprimento equivalente de tubulação (m) 1/2”

3/4”

1.1/2”

2”

2.1/2”

1,10 0,67

1,34 1,58 0,70 0,83

2,25 1,00

2,60 1,10

2,80 1,10

3,40 4,00 2,20 2,70 1,20 1,40 1,50 1,70

Tê (fluxo dividido) 0,80 Válv. gaveta 0,17

1,20 1,50 0,20 0,25

2,40 0,37

3,00 0,46

3,90 0,52

4,80 6,00 8,00 9,20 0,58 0,76 0,95 0,98

Cotovelo 90° Curva 90°

1”

3”

4”

até 4” = rosca 5” e 6” = solda/flange

LINHA DE PRODUTOS METALPLAN

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

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

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.

Air Point - secador indicado para instalação junto ao ponto de utilização do ar comprimido. Vem equipado com as exclusivas pastilhas absorvedoras AquaSorb.

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

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

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

Cronomatic-6000 / Acquamatic-2000 purgadores eletrônicos temporizados e com sensor de umidade. Removem o condensado do ar comprimido com o máximo de economia e confiabilidade.

SubZero: ultra resfriador de ar comprimido (-35ºC) Ar comprimido super-gelado para uma sopragem de plásticos 20%, 30%, 40% mais rápida ou até mais. A temperatura do ar comprimido de sopro de -35ºC (-30ºF) aumenta a produtividade das sopradoras e das embalagens produzidas.

NitroMax Tyre: nitrogênio para pneus. O NitroMax Tyre é um gerador de nitrogênio gasoso a partir do ar comprimido produzido por qualquer tipo de compressor. Além do modelo destinado ao enchimento e calibração de pneus, a Metalplan dispõe de modelos maiores, específicos para uso industrial.

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.

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

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Desde 1986, a Metalplan já fabricou mais de trinta mil equipamentos de tratamento de ar comprimido, sendo mais de dez mil secadores apenas nos últimos cinco anos, tornando-se líder absoluta neste segmento na América Latina. Nossos produtos estão instalados em empresas de todos os portes, desde pequenas oficinas até as grandes indústrias automobilísticas. Atualmente, uma parcela significativa de nossa produção é destinada à exportação, atendendo diversos países, inclusive os Estados Unidos.

Nossos equipamentos são projetados, fabricados e testados de acordo com um rigoroso Sistema da Qualidade ISO-9001, garantindo um produto de padrão internacional. Também somos a única empresa brasileira que possui um completo laboratório para o ensaio de filtros e secadores (ISO-7183) E para dar suporte a isso tudo, contamos com 5000 m² de instalações próprias a apenas 6km do rodoanel de São Paulo, além do apoio de uma abrangente rede de distribuidores autorizados e de serviços técnicos. Nos últimos anos, a Metalplan tem expandido suas atividades em termos de Energia e Fluídos, especificamente com o lançamento de geradores de nitrogênio e oxigênio, além de unidades de água gelada e sistemas de ultra-resfriamento de ar comprimido (-35 °C). Por isso, na hora de decidir, opte por toda a tecnologia, qualidade e confiabilidade da marca Metalplan.