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7/21/2019 ArComprimido.docx

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Faculdade de Engenharia - FAENEfcincia Energtica em Sistemas e Instalaes

Pro. eginaldo Sousa

Sistemas de Ar Comprimido! ar com"rimido uma orma de trans"orte de energia de enorme utilidade ecom in#meras a"licaes. Em alguns casos somente ele "ode ser usado. E$%

Interior de minas& tra'alhos su'a(u)ticos.

Nas ind#strias& o ar com"rimido em"regado em m)(uinas o"eratri*es&motores "neum)ticos& e(ui"amentos de mo+imenta,o& trans"orte demateriais e "rodutos& sistemas de comando e etc. am'm tem utilidade emaero"ortos& hos"itais& o'ras ci+is& "ostos de com'ust+el e em di+ersos outroslocais.

/antagem%

N,o necessita de isolamento trmico no arma*enamento e trans"orte0

N,o oerece riscos de incndio ou e$"los,o. Em"rego& 1e$+el& com"acto e "otente. /a*amentos s,o toler)+eis. odos os sistemas de ar com"rimido est,o

su2eitos a +a*amentos e n,o s,o raras "erdas de at 345 de todo o arcom"rimido "rodu*ido.

6es+antagem%

7aior consumo de energia (ue a eltrica "or e$em"lo. !s "rocessostermodin8micos naturalmente re2eitam calor e "erdem energia "ara omeio am'iente.

Por esta ra*,o& a correta utili*a,o e o"era,o efciente e econ9mica doscom"ressores :cora,o; de e$trema im"ort8ncia.


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Conceitos bsicos

Rendimento dos compressores

! rendimento glo'al "ode ser determinado de maneira muito sim"les.

=PU

PM

!nde% PU a "otncia #til& e PM a "otncia (ue est) sendo utili*ado "elomotor eltrico.


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A constante de"ende da nature*a do g)s e "ode ser determinadae$"erimentalmente. Buando se com"rime um g)s "ereito de orma (ue suatem"eratura se2a mantida cte& tem-se o (ue se denomina com"ress,oisotrmica. Neste caso as trocas de calor de+em ser "ereitas "ara (ue todocalor gerado durante o "rocesso de com"ress,o se2a eliminado. Para este ti"o

de com"ress,o +ale%

p1 v1=p2 v2=R T

!nde P1 a "ress,o inicial ?Pa@& v1 o +olume inicial ?mC@& P2 a "ress,ofnal ?Pa@& v2 o +olume fnal ?mC@& R a cte do g)s ?KL:Kg.M;@ e T atem"eratura ?M@.

ela,o P $ /& resulta em uma amlia de hi"r'oles e(uil)teras.

!utro modo de com"rimir um g)s (uando n,o se "ermite trocas de calor& oo"osto do caso anterior. Neste caso o isolamento de+e ser "ereito. Este"rocesso chamado de com"ress,o adia')tica.

p1 v1k=p2 v2

k=cte

k=Cp

Cv

Cpcalor es"ecfco medido a "ress,o cte.

Cvcalor es"ecfco medido a +olume cte.

C


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Estes dois "rocessos n,o s,o "oss+eis na "r)tica. ! "rimeiro e$ige resistnciatrmica nula e o segundo em resistncia trmica infnita. Assim e$iste outro"rocesso chamado de com"ress,o "olitr"ica& (ue re"rodu* o (ue acontece narealidade. Para tal situa,o& o e$"oente (ue a"arece so're o +olume rece'e onome de e$"oente da "olitr"ica.

p1 v1n=p2 v2

n=cte

!nde P1 a "ress,o inicial ?Pa@& v1 o +olume inicial ?mC@& P2 a "ress,o

fnal ?Pa@& v2 o +olume fnal ?mC@ e n o e$"onete da "olitr"ica.

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A com"ress,o "olitr"ica "ode ser considerada como uma generali*a,o& "aran> igual a isotrmica e "ara n>K adia')tica. A com"ress,o "otr"ica e aadia')tica s,o mais inclinadas (ue a isotrmica "or(ue o e$"oente da"olitro"ica e o K s,o sem"re maior (ue .

Trabalo Te!rico de Compresso

! tra'alho ao se com"rimir um 1u$o de g)s dado "ela seguinte integral%

w=v dp

!nde " o tra'alho es"ecfco terico ?KLKg@& o +olume es"ecfco do g)s?mCKg@ e p a "ress,o do g)s ?Pa@.

No diagrama P$/ o tra'alho eetuado durante a com"ress,o numericamenteigual O )rea delimitada "elas duas retas de "ress,o cte "aralelas ao ei$ohori*ontal& "elo ei$o +ertical e "ela cur+a de re"resenta o "rocesso de

com"ress,o.

Processo isotrmico& >A. Processo "olitr"ico >AQAH& Processo adia')tico>AQAHQAC.

esol+endo a integral "ara com"ress,o isotrmica& resulta%

w=R T1 ln(p2

p1 )esol+endo a integral "ara com"ress,o "olitr"ica& resulta%

G


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w= n

n1 R T 1[(p2p1)

n1

n 1]!nde " o tra'alho es"ecfco terico ?KLKg@& P1 a "ress,o inicial ?Pa@& v1

o +olume inicial ?mC@& P2 a "ress,o fnal ?Pa@& v2 o +olume fnal ?mC@& n oe$"onete da "olitr"ica& R a cte do g)s ?KL:Kg.M;@ e T1 a tem"eraturainicial ?M@.

Compresso em #st$ios

! menor tra'alho o'tido durante a com"ress,o isotrmica. Porm na "r)tica im"oss+el. 6este modo "ara melhorar a efcincia do com"ressor& "rocura-sea*er o uso de um resriamento durante o "rocesso de com"ress,o& tentandotra'alhar mais "r$imo do "rocesso isotrmico. Isto o'tido a*endo acom"ress,o em est)gios.

A econ9mia alcanada com a com"ress,o em est)gios est) re"resentada nafgura seguinte "elas )reas hachuradas& "ara um e$em"lo com trs est)gios.

! tra'alho es"ecfco terico "ara mais de um est)gio calculado com ae(ua,o (ue segue%

w= n

n1 R T 1 e [(ep2p1 )

n1

n1]

!nde " o tra'alho es"ecfco terico ?KLKg@& P1 a "ress,o inicial ?Pa@& P2a "ress,o fnal ?Pa@& n o e$"onete da "olitr"ica& R a cte do g)s ?KL:Kg.M;@ eT1 a tem"eratura inicial ?M@.

R


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Esta e$"ress,o tam'm +alida "ara "rocessos de com"ress,o de a"enas estagio& 'asta a*er e>.

Pot%ncia Real de Compresso

dada "or%

Wc= m wt mec ele

!nde% Wc a "otncia real de com"ress,o ?KT@& m a +a*,o m)ssica do

g)s ?Kgs@& o tra'alho es"ecfco ?KLKg@& t o rendimento

termodin8mico& mec o rendimento mec8nico e ele o rendimento

eltrico.

Melorias da e&ci%ncia em sistemas de ar comprimido!s "rinci"ais "ontos onde e$istem "otenciais em melhorias da efcinciaenergtica em um sistema de ar com"rimido s,o%

'imin(i)o da massa de ar


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Red()o da presso de opera)o


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w= n

n1 R T

1 e [(ep2p1 )

n1n1]

Para est)gio e

p2

p1=

15

1

w= 1,3

1,310,287 300,15 1[(1p2p1 )

1,31

1,31]=324 [kJ/kg ]

Para H est)gio ep2

p1=

15

1

w= 1,3

1,310,287 300,15 2 [(

2p

2

p1 )

1,311,3

1]=273[kJ/kg ]Red()o de 1+,-

Para est)gio ep2

p1=

25

1

w= 1,31,31 0,287 300,15 1[(1

p

2

p1 )1,311,3

1

]=411[kJ/kg]

Para H est)gio ep2

p1=

25

1

w= 1,3

1,310,287 300,15 2 [(2p2p1 )

1,311,3

1]=335[kJ/kg ]Red()o de 1.,.

Sistema de controle do compressor

A demanda de ar com"rimido geralmente +ari)+el. ! sistema de controle doscom"ressores de+e ser tal (ue acom"anhe estas +ariaes com um mnimo de"ertur'a,o na "ress,o de descarga. ecomenda-se utili*ar sensores de"ress,o eletr9nicos& (ue "ermite o"erar com menores ai$as de a2uste.

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Aproveitamento do calor re/eitado

Yrande "arte da energia utili*ada na com"ress,o transormada calor. =tili*areste calor como onte de energia "ara a(uecimento de )gua ou ar "ara estuasde secagem. Esta medida ele+ar o rendimento glo'al do sistema em at V45.

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