Como fonte de energia amplamente utilizada no setor industrial, o ar comprimido representa de 10% a 35% do consumo total de energia na produção industrial. Desse total, 96% corresponde ao consumo de energia dos compressores industriais, e o consumo anual de energia desses compressores na China representa mais de 6% do consumo total de energia do país. Considerando os custos operacionais dos compressores de ar, incluindo custos de aquisição, manutenção e energia, a análise do ciclo de vida completo revela que os custos de aquisição representam apenas cerca de 10%, enquanto o custo da energia chega a 77%. Isso demonstra a necessidade urgente da China de melhorar a eficiência do uso de energia em sistemas de ar comprimido, em meio à reestruturação industrial e econômica.
Com o aprofundamento da compreensão das necessidades das empresas em relação ao ar comprimido, à economia de energia e à redução de emissões, torna-se urgente a escolha da tecnologia adequada para a transformação dos sistemas existentes em sistemas de economia de energia, visando alcançar os melhores resultados nesse sentido. Nos últimos dois anos, pesquisas realizadas em empresas industriais chinesas demonstraram que a demanda por reformas para economia de energia provém principalmente dos seguintes três aspectos:
O consumo de energia dos compressores de ar representava uma proporção excessiva do consumo de energia das empresas; a instabilidade no fornecimento de ar comprimido, as flutuações de pressão e outros fatores impactavam o funcionamento normal dos equipamentos; com a expansão da escala de produção, as empresas precisavam otimizar seus sistemas de ar comprimido para se adaptarem ao aumento da demanda. Devido às diferentes características dos sistemas de ar comprimido das empresas e às tecnologias de economia de energia aplicáveis, para aumentar a taxa de sucesso da transformação, esta não pode ser implementada de forma indiscriminada. É fundamental selecionar as medidas de economia de energia adequadas com base em uma análise abrangente, testes e avaliação de todo o sistema. Os autores analisaram e exploraram as características e o escopo de aplicação de algumas tecnologias de economia de energia existentes e emergentes, investigando o uso de ar comprimido em um grande número de empresas industriais.
Estratégia de economia de energia do sistema
Com base na teoria de avaliação do consumo de energia e análise de perdas de energia em sistemas pneumáticos, e considerando os diversos aspectos da composição do sistema, as seguintes medidas de economia de energia são adotadas:
Geração de ar comprimido. Configuração e manutenção adequadas de diferentes tipos de compressores, otimização do modo de operação e gestão diária dos equipamentos de purificação do ar. Transporte de ar comprimido. Otimização da configuração da rede de tubulações, separação das tubulações de alimentação de alta e baixa pressão; supervisão em tempo real da distribuição do consumo de ar, inspeção diária e minimização de vazamentos, melhoria da perda de pressão nas conexões. Utilização de ar comprimido. Melhoria do circuito de acionamento dos cilindros, utilização de produtos de baixo consumo energético desenvolvidos para este setor, como válvulas especiais economizadoras de ar para cilindros de revestimento na indústria de alumínio eletrolítico, bem como pistolas e bicos de ar comprimido com baixo consumo energético. Recuperação do calor residual do compressor. O calor gerado durante a compressão do ar é recuperado por meio de trocadores de calor, etc., e utilizado para aquecimento auxiliar e aquecimento de processos, etc.
Geração de ar comprimido
1 Compressor de ar único com economia de energia
Atualmente, os compressores de ar mais utilizados na indústria dividem-se principalmente em alternativos, centrífugos e de parafuso. Os compressores alternativos ainda são amplamente utilizados em algumas empresas tradicionais; os compressores centrífugos são muito utilizados em indústrias têxteis, devido à sua operação estável e alta eficiência, porém são propensos a oscilações quando a pressão do sistema muda repentinamente. As principais medidas de economia de energia adotadas são: garantir a limpeza do ar importado, especialmente em empresas têxteis, realizando uma filtragem grosseira adequada para remover um grande número de fibras curtas presentes no ar; reduzir a temperatura de entrada do compressor para melhorar a eficiência; a pressão do óleo lubrificante sobre a vibração do rotor da centrífuga tem um grande impacto, sendo recomendável a escolha de um óleo lubrificante que contenha agentes antiespumantes e estabilizadores de oxidação; atentar para a qualidade da água de resfriamento, com descarga adequada e reposição programada; e realizar a drenagem regular dos pontos de descarga do condensado do compressor, do secador, do tanque de armazenamento e da rede de tubulação. Para evitar ruídos causados por mudanças rápidas na demanda de ar, etc., preste atenção ao ajuste da faixa proporcional e do tempo integral definidos pela unidade e tente evitar reduções repentinas no consumo de ar. Selecione centrífugas de três estágios com notável eficiência energética e procure usar motores de alta pressão para reduzir as perdas na linha e manter a elevação da temperatura da estação de ar comprimido baixa.
O compressor de ar de parafuso é amplamente utilizado. A seguir, destacamos uma comparação dos modos de controle do compressor de ar de parafuso: analisando os problemas atuais de carga/descarga e regulação de pressão constante do compressor de ar, concluímos que: dependendo de meios mecânicos para regular a válvula de entrada, o fornecimento de ar não pode ser ajustado de forma rápida e contínua. Quando a quantidade de gás está em constante mudança, a pressão de fornecimento inevitavelmente flutua bastante. O controle de frequência pura é usado para compensar a flutuação do consumo de ar na fábrica, adicionando um conversor de frequência para ajustar a produção de ar do compressor. A desvantagem é que o sistema é adequado apenas para situações em que a flutuação do consumo de ar na fábrica não é grande (a flutuação é de 40% a 70% do volume de ar produzido por uma única máquina, e o efeito de economia de energia é mais significativo).
2 Sistema de controle especializado para grupo de compressores de ar
O sistema de controle especializado para grupos de compressores de ar tornou-se a nova tecnologia para controle e economia de energia em grupos de compressores de ar. De acordo com as mudanças na demanda de pressão, o sistema controla o início e a parada de diferentes compressores de ar, bem como o carregamento e descarregamento, mantendo o número e a capacidade de compressores em operação sempre adequados.
O sistema de controle residencial, através do controle do conversor de frequência, altera a velocidade de um único compressor de ar no sistema de fornecimento de gás de baixa pressão da fábrica, controlando o tempo de produção de gás da unidade do compressor e adaptando-se às pequenas flutuações na quantidade de gás do sistema de fornecimento de baixa pressão da fábrica. Geralmente, a escolha do conversor de frequência para o compressor de ar requer testes e cálculos abrangentes por parte de um profissional. Através da análise e comparação acima, podemos constatar que muitos dos nossos sistemas de ar comprimido apresentam grande potencial de melhoria na eficiência energética. O conversor de frequência do compressor só alcança economia de energia quando integrado à operação do sistema de ar comprimido próprio da empresa, o que exige testes e avaliações completos por profissionais antes do uso. O sistema de controle especializado para grupos de compressores de ar é particularmente adequado para múltiplos compressores operando simultaneamente, com a implementação de configurações combinadas em etapas, atendendo bem às necessidades das empresas.
3. Melhoria do processo de secagem com ar comprimido
Atualmente, os equipamentos de secagem e processamento de ar comprimido mais utilizados pelas empresas são os do tipo refrigerado, os do tipo sem regeneração de calor e os do tipo composto com microregeneração de calor. A principal comparação de desempenho é apresentada na tabela abaixo.
A transformação da linha de defesa para economia de energia segue os seguintes princípios: Se o sistema original de tratamento do ar for de pureza excessiva, deve-se substituí-lo por um sistema compatível com menor pureza. Aprimorar o processo de secagem, reduzindo a perda de pressão na etapa de secagem (a perda de pressão no secador de certos sistemas pode chegar a 0,05 ~ 0,1 MPa), e, consequentemente, o consumo de energia.
Transporte de ar comprimido
1. O sistema de tubulação do compressor de ar não deve exceder 1,5% da pressão de trabalho. Atualmente, muitas estações de ar comprimido não possuem tubulações primárias e secundárias, apresentam muitas curvas e cotovelos desnecessários, pulsações de pressão frequentes e perdas de pressão significativas. Algumas tubulações de ar comprimido estão enterradas em valas e não podem ser monitoradas quanto a vazamentos. Para garantir a pressão necessária do sistema em qualquer situação, a equipe de gerenciamento operacional aumenta a pressão de operação de todo o sistema em 0,1 a 0,2 MPa, introduzindo perdas de pressão artificiais. Para cada aumento de 0,1 MPa na pressão de exaustão do compressor de ar, o consumo de energia do compressor aumentará de 7% a 10%. Ao mesmo tempo, o aumento da pressão do sistema aumenta o vazamento de ar. Medidas de renovação para economia de energia: alterar o arranjo de ramificação da tubulação para um arranjo em circuito fechado, implementar a separação do fornecimento de ar de alta e baixa pressão e instalar unidades de alívio de pressão de precisão para alta e baixa pressão; Durante a renovação para economia de energia, a tubulação com alta resistência local é substituída, reduzindo-se essa resistência. Além disso, a parede interna da tubulação é purificada por meio de lavagem ácida, remoção de ferrugem, etc., garantindo assim uma superfície lisa.
2. Vazamento, detecção de vazamentos e vedação
A maioria dos vazamentos em fábricas é grave, atingindo entre 20% e 35%, e ocorre principalmente em válvulas, juntas, conexões triplas, válvulas solenoides, conexões roscadas e na tampa frontal do cilindro de cada equipamento que utiliza gás. Alguns equipamentos operam sob sobrepressão, descarregam automaticamente e liberam gases com frequência. Os danos causados por vazamentos são quase inimagináveis. Por exemplo, em uma estação de soldagem por pontos de automóveis, um pequeno furo de 1 mm de diâmetro em um tubo de gás, causado por escória de solda, resulta em uma perda anual de energia elétrica de até 355 kWh, quase equivalente ao consumo anual de energia elétrica de duas famílias de três pessoas. Medidas de economia de energia: Instalar um sistema de gerenciamento de medição de fluxo na tubulação de suprimento de gás da oficina geradora principal para determinar o limite de uso do processo. Ajustar o consumo de gás do processo, minimizar o número de válvulas e juntas e reduzir os pontos de vazamento. Reforçar a gestão e utilizar ferramentas profissionais para inspeções regulares. Em resumo, as empresas podem utilizar equipamentos de teste profissionais, como detectores inteligentes de vazamento de gás com acesso paralelo, pistolas de escaneamento de pontos de vazamento, etc., para tomar medidas preventivas contra o mau funcionamento, riscos, gotejamento e vazamentos do sistema de ar comprimido, realizando, consequentemente, trabalhos de manutenção e substituição de componentes.
Utilização de ar comprimido
As pistolas de ar comprimido são amplamente utilizadas em processos de acabamento, usinagem e outras etapas de fabricação, e seu consumo de ar chega a 50% do suprimento total de ar em algumas áreas industriais. Durante o uso, ocorrem problemas como tubulações de ar comprimido muito longas, pressão de suprimento excessiva, uso de tubos de cobre retos como bico e aumento não autorizado da pressão de trabalho pelos operadores, o que causa um enorme desperdício de ar.
O uso inadequado de gás em equipamentos pneumáticos também se torna mais evidente, como a detecção de pressão de retorno de gás na peça de trabalho, o fornecimento de gás para geradores de vácuo, etc., e o fenômeno de fornecimento ininterrupto de gás quando o equipamento não está em funcionamento. Esses problemas são especialmente comuns em tanques químicos e outros equipamentos que utilizam gases para mistura, e na fabricação de pneus, como a inflação irregular. Medidas de reforma para economia de energia incluem: o uso de novos dispositivos economizadores de energia em bicos pneumáticos e pistolas de ar pulsadas. Além disso, recomenda-se o uso de equipamentos pneumáticos especializados em setores específicos, como na indústria do alumínio, com a promoção do uso de válvulas economizadoras de ar especiais em cilindros de moldagem.
recuperação de calor residual do compressor de ar
De acordo com a avaliação do ciclo de vida completo, 80% a 90% da energia elétrica consumida pelos compressores de ar é convertida em calor e dissipada. A distribuição do consumo de energia elétrica e calor do compressor de ar é mostrada na figura abaixo. Excluindo o calor irradiado para o ambiente e armazenado no próprio ar comprimido, os 94% restantes da energia podem ser utilizados na forma de recuperação de calor residual.
A recuperação de calor residual, realizada por meio de trocadores de calor e outros meios apropriados, permite que o calor do processo de compressão de ar seja utilizado para aquecer ar ou água, sendo suas aplicações típicas aquecimento auxiliar, aquecimento de processos e pré-aquecimento da água de reposição de caldeiras. Com melhorias adequadas, é possível recuperar e reutilizar de 50% a 90% da energia térmica. A instalação de dispositivos de recuperação de calor permite controlar eficazmente a temperatura de operação do compressor de ar, mantendo-a na faixa ideal, o que melhora as condições de lubrificação e aumenta o volume de exaustão do compressor em 2% a 6%. Para compressores de ar refrigerados a ar, é possível desligar o ventilador de refrigeração do próprio compressor e utilizar a bomba de circulação de água para recuperar o calor; compressores de ar refrigerados a água podem ser utilizados para aquecer água fria ou ambientes, com uma taxa de recuperação de 50% a 60%. A recuperação de calor residual, em comparação com equipamentos de aquecimento elétrico, praticamente não consome energia e, em comparação com equipamentos a gás combustível, emite zero poluentes, sendo uma forma limpa e ambientalmente amigável de economia de energia. Com base na teoria de análise de perdas de energia em sistemas de ar comprimido, são analisados e resumidos os fenômenos de uso inadequado de gás e as medidas de economia de energia existentes nas empresas. Na transformação para economia de energia em uma empresa, é fundamental realizar testes e avaliações detalhadas em diferentes sistemas, a partir dos quais se aplicam medidas de otimização adequadas para atingir as metas de economia de energia e melhorar a eficiência operacional de todo o sistema de ar comprimido.
Data da publicação: 02/03/2024