disserta§£o eficiencia energetica

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O presente trabalho propõe o aproveitamento da energia térmica disponibilizada na geração do ar comprimido, para o aquecimento de água, em substituição dos chuveiros elétricos. Com esta substituição da energia elétrica (dos chuveiros), pela energia térmica do ar comprimido, constatou-se ser possível obter uma redução de até 73% no consumo de energia elétrica na geração de água quente. Comprovando-se, a partir de um estudo de caso, que o uso da energia térmica, por possuir maior eficiência energética, executa o mesmo trabalho com um menor custo e consumo. De forma sucinta, apresentam-se alguns conceitos teóricos básicos de Termodinâmica e serão ilustradas algumas recomendações que podem contribuir com o aumento da eficiência energética do sistema. Finalmente, será demonstrada a aplicação dos conceitos apresentados até agora, em um projeto de recuperação de calor rejeitado em compressores de um sistema de ar comprimido.

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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAO, CINCIA E TECNOLOGIA DA BAHIA

EFICINCIA ENERGTICA EM SISTEMA DE AR COMPRIMIDO. RECUPERAO DE CALOR DA COMPRESSO

Jair da Silva Dias Jnior Eliezer Gonalves Peixoto

Salvador

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Julho/2010

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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAO, CINCIA E TECNOLOGIA DA BAHIA

EFICINCIA ENERGTICA EM SISTEMA DE AR COMPRIMIDO. RECUPERAO DE CALOR DA COMPRESSO

Jair da Silva Dias Jnior Eliezer Gonalves Peixoto

Trabalho de Concluso de Disciplina apresentado disciplina Metodologia da Pesquisa como requisito parcial

obteno de aprovao da disciplina do curso de Engenharia Industrial Mecnica do Instituto Federal de Educao, Cincia e Tecnologia da Bahia.

Orientador: Prof. Mestre Luiz Carlos Pereira Vargas

Salvador Julho/2010 3

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Dias, Jair e Peixoto, Eliezer

Eficincia Energtica em Sistemas de Ar Comprimido Recuperao de Calor da Compresso. Salvador/Ba. 31 f.:il. Trabalho de Concluso da Disciplina Metodologia de Pesquisa Curso de engenharia Industrial Mecnica, Instituto Federal de Educao, Cincia e Tecnologia da Bahia, 2010 1 - Compressor de Ar Comprimido. 2 - Eficincia Energtica. 3 - Recuperao de Calor em Compressores.

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EFICINCIA ENERGTICA EM SISTEMA DE AR COMPRIMIDO. RECUPERAO DE CALOR DA COMPRESSO

Jair da Silva Dias Jnior Eliezer Gonalves Peixoto

Trabalho de Concluso da Disciplina apresentado a disciplina Metodologia da Pesquisa do curso de Engenharia

Industrial Mecnica do Instituto Federal de Educao, Cincia e Tecnologia da Bahia.

BANCA EXAMINADORA:

_________________________________________________ LUIZ CARLOS PEREIRA VARGAS MESTRE EM ENGENHARIA MECNICA UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA

Salvador

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Julho/2010

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EFICINCIA ENERGTICA EM SISTEMA DE AR COMPRIMIDO. RECUPERAO DE CALOR DA COMPRESO

RESUMO

O presente trabalho prope o aproveitamento da energia trmica disponibilizada na gerao do ar comprimido, para o aquecimento de gua, em substituio dos chuveiros eltricos. Com esta substituio da energia eltrica (dos chuveiros), pela energia trmica do ar comprimido, constatou-se ser possvel obter uma reduo de at 73% no consumo de energia eltrica na gerao de gua quente. Comprovando-se, a partir de um estudo de caso, que o uso da energia trmica, por possuir maior eficincia energtica, executa o mesmo trabalho com um menor custo e consumo. Inicialmente so resumidas as aplicaes do ar comprimido, na seqncia apresentam-se os principais tipos e aspectos construtivos dos compressores. De forma sucinta,

apresentam-se alguns conceitos tericos bsicos de Termodinmica e so dadas sugestes para o projeto da rede de distribuio, operao e manuteno do sistema de ar comprimido e tambm sero ilustradas algumas recomendaes que podem contribuir com o aumento da eficincia energtica do sistema. Finalmente, ser demonstrada a aplicao dos conceitos apresentados at agora, em um projeto de recuperao de calor rejeitado em compressores de um sistema de ar comprimido.

Palavras-chave: Compressor de Ar Comprimido, Eficincia Energtica, Recuperao de Calor em Compressores.

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ENERGY EFFICIENCY IN COMPRESSED AIR SYSTEM. HEAT RECOVERY COMPRESSION

ABSTRACT

This paper proposes the use of thermal energy released in the generation of compressed air, to heat water instead of electric showers.With the replacement of electricity (showers), the thermal energy of compressed air, it was found possible to obtain a reduction of up to 73% in electricity consumption in the generation of hot water. Proving themselves from a case study, the use of thermal energy, because it has greater energy efficiency, performs the same job with a lower cost and consumption. Initially we summarized the applications of compressed air, the sequence shows the main types of compressors and constructive aspects. Briefly present some basic theoretical concepts of thermodynamics and are given suggestions for the design of the distribution network for operation and maintenance of compressed air system will also be illustrated and some recommendations that may contribute to increased efficiency of the system. Finally, it is demonstrated the application of the concepts presented so far in a project to recover waste heat from compressors in a compressed air system.

Key words: Compressor Compressed Air, Energy Efficiency, Heat Recovery in Compressors

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SUMRIO Pgina. RESUMO ................................................................................................... ABSTRACT ............................................................................................... SUMRIO................................................................................................... NDICE DE TABELAS................................................................................ NDICE DE FIGURAS................................................................................ SMBOLOS E ABREVIATURAS................................................................ 1. INTRODUO....................................................................................... 1.1 Objetivo........................................................................................ 2. REVISO BIBLIOGRFICA.................................................................. 2.1. Compresso dos gases.............................................................. 2.2. Determinao do Trabalho na Compresso............................... 2.3. Compresso em Vrios Estgios................................................ 2.4. Potncia Real de Compresso................................................... 3. AUMENTO DA EFICINCIA ENERGTICA.......................................... 3.1. Temperatura de Admisso do Ar................................................ 3.2. Relao de Presso.................................................................... 3.3 Compresso em Estgios............................................................ 3.4. Diminuio das Perdas de Carga............................................... 3.5. Aproveitamento do calor rejeitado.............................................. 4. ESTUDO DE CASO............................................................................... 4.1. Apresentao da Empresa.......................................................... 4.2. Sistema Estudado e Caracterizao do Problema..................... 4.3. Resultados e Discusso.............................................................. 5. CONCLUSES...................................................................................... 6. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS...................................................... 10 11 12 12 15 17 19 19 29 21 22 23 23 24 24 25 28 29 31

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NDICE DE FIGURAS

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Figura 1.1 - Propores do Custo Total. Figura 2.1 - Grfico P x V para compresso Isotrmica. Figura 2.2 - Grfico P x V para compresso adiabtica. Figura 2.3 - Grfico P x V para compresso politrpica. Figura 2.4 - Grfico P x V para trabalho especifico no processo Isotrmico. Figura 2.5 - Grfico P x V para compresso em mltiplos estgios Figura 4.1 - Curva de carga eltrica para os chuveiros numa quarta-feira Figura 4.2 - Curva de carga eltrica para os chuveiros numa quinta-feira Figura 4.3 - Medies eltricas e dutos de ar do resfriamento dos compressores Figura 4.4 - Dimensionamento do trocador de calor Figura 4.5 - Diagrama da proposta apresentada Figura 4.6 - Montagem dos trocadores de calor Figura 4.7 - Instalao dos trocadores de calor Figura 4.8 - Tempo de amortizao do investimento

11 13 14 15

16 18 25 26

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NDICE DE TABELAS

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Tabela 1.1 - Perfil do consumo de energia eltrica em 2005 Tabela 3.1 - Variao do consumo com a temperatura de aspirao Tabela 3.2 - Energia recuperada

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SMBOLOS E ABREVIAES

[/] - Adimensional DLE - Descarga Efetiva GWh GigaWatt hora K - Kelvin kg / s Quilo por Segundo kJ / kg Quilo Joule por Quilograma kJ/(kg.K) - Quilo Joule por Quilograma Kelvin kW Quilolo Watt kWh - Quilolo Watt Hora m Metro Cbico m3/kg - Metro Cbico por Quilo PA - Pascal Pay-back Retorno de Investimento3

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