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  • Termodinmica e Otimizao de Energia Trmica

    Curso de Especializao em Eficincia Energtica DAELT - UTFPRProf Fbio Jos Horta Nogueira

    EFICINCIA ENERGTICA

    EM SISTEMAS DE AR COMPRIMIDO

    Curitiba, 23 e 24 de novembro de 2012

  • Termodinmica e Otimizao de Energia Trmica

    Curso de Especializao em Eficincia Energtica DAELT - UTFPRProf Fbio Jos Horta Nogueira

    SUMRIO INTRODUO FUNDAMENTOS DE TERMODINMICA TIPOS DE COMPRESSORES RENDIMENTO DOS COMPRESSORES COLETA DE DADOS CUSTO DO AR COMPRIMIDO VAZAMENTOS INSTALAES DE AR COMPRIMIDO PSICROMETRIA EXEMPLOS DE APLICAO

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  • Termodinmica e Otimizao de Energia Trmica

    Curso de Especializao em Eficincia Energtica DAELT - UTFPRProf Fbio Jos Horta Nogueira

    INTRODUO FUNDAMENTOS DE TERMODINMICA TIPOS DE COMPRESSORES RENDIMENTO DOS COMPRESSORES COLETA DE DADOS CUSTO DO AR COMPRIMIDO VAZAMENTOS INSTALAES DE AR COMPRIMIDO PSICROMETRIA EXEMPLOS DE APLICAO

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    Curso de Especializao em Eficincia Energtica DAELT - UTFPRProf Fbio Jos Horta Nogueira

    INTRODUO

    Primeira aplicao: certamente, na pr-histria, para avivar as brasasde uma fogueira. Primeiro compressor: os pulmes humanos, 100 l/min e presso de0,02 a 0,08 bar em valores mdios. Encontra aplicao at nos dias de hoje.

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    Por volta de 3.000 AC, quando o homem comeou atrabalhar com metais esse compressor se mostrouineficiente. Usou-se o vento como fonte de ar.

    No Egito, em 1.500 AC, foram introduzidos os folesacionados com os ps ou com as mos.

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    Os foles manuais permaneceram em uso por mais de2.000 anos. A ilustrao mostra um fole de 1530,usado para a ventilao de minas.

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    Em 1762 John Smeaton registra a patente de um compressoracionado por uma roda dgua. Aperfeioamento com a inveno de John Wilkinson, a mquina debroquear. O desenvolvimento dos compressores possibilitou o incremento doprocessamento de minrios e da produo dos metais.

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    Em 1857 foi feita a primeira experincia de sucesso no transportede energia por meio de ar comprimido, na construo do tnel MontCenis, nos Alpes Suos.

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    Em Paris, no ano de 1888 entra em operao a primeira planta dedistribuio de ar comprimido. O ar comprimido era usado desde oacionamento de geradores e relgios at distribuio de cerveja.

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    A tcnica de construo e de materiais foi se desenvolvendo, a figuraabaixo, mostra um compressor de ar alternativo, resfriado a gua, deduplo efeito e duplo estgio, fabricao Mannesmann, de 1935.

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    Os compressores atuais associam recursos de controleinformatizado e recuperao de energia. So compactos e eficientes.

    GA - Atlas Copco Sierra - Ingersoll Rand

    ZH - Atlas Copco Centac - Ingersoll Rand

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    As vazes e as presses podem atingir valores muito elevados,exigindo equipamentos de grande porte.

    Rotor axial - GE

    Datum Dresser Rand

    Datum - Dresser RandRotor centrfugo - GE

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    APLICAES DO AR COMPRIMIDO Equipamentos a presso de ar, Equipamentos de jato livre, Equipamentos de percusso, Motores a ar comprimido, Bombeamento, Atuadores rotativos e lineares, Instrumentao, etc.

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    VANTAGENS DO USO DO AR COMPRIMIDO: Pode ser armazenado e transportado sem isolamentotrmico. No apresenta riscos de exploso. Os equipamentos so compactos, potentes e durveis.

    DESVANTAGENS DO USO DO AR COMPRIMIDO: Maior consumo de energia em relao a energia eltrica. Custo mais elevado para as ferramentas e equipamentos deproduo.

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    INTRODUO FUNDAMENTOS DE TERMODINMICA TIPOS DE COMPRESSORES RENDIMENTO DOS COMPRESSORES COLETA DE DADOS CUSTO DO AR COMPRIMIDO VAZAMENTOS INSTALAES DE AR COMPRIMIDO PSICROMETRIA EXEMPLOS DE APLICAO

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    FUNDAMENTOS DE TERMODINMICAINTRODUO A Termodinmica ferramenta bsica para

    estudo das mquinas trmicas. Entre essasmquinas trmicas encontram-se oscompressores.

    Conceitos essenciais:

    a)Partcula

    b) Sistema

    c) Volume de controle

    v

    .

    a)

    F

    Qb)

    Q

    m

    Pe

    .

    m.

    .

    c)

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    INTRODUO O estado de uma partcula pode ser descrito pela sua massa, sua

    velocidade e pelas suas coordenadas.

    Quando trata-se de sistemas ou volumes de controle necessita-sede outras propriedades ligadas a estrutura ntima da matria,denominadas propriedades termodinmicas, tais como:temperatura, volume, presso e outras.

    A anlise pode ser feita considerando-se o sistema fechado ouento observando-se seus fluxos pelas fronteiras

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    INTRODUO Um outro conceito importante o Postulado de Estado. Esse

    postulado estabelece que para caracterizar o estado termodinmicode uma mistura de gasosa so suficientes duas propriedadestermodinmicas intensivas e a composio da mistura. Porexemplo, basta a composio, a temperatura e a presso de umamistura para determinar todas as outras propriedades.

    Processo Termodinmico o nome dado a mudana de um estadode equilbrio para um outro estado.

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    INTRODUO A Energia Interna U a soma de das energias cinticas e potencial de

    todas as molculas de um sistema.

    uma propriedade que depende da massa do sistema, isto , trata-sede uma propriedade extensiva.

    Essa propriedade pode ser transformada em intensiva dividido-sepela massa do sistema. Tem-se ento a Energia Interna u.

    Os sistemas mudam sua energia interna pelas trocas de calor Q etrabalho W ( por unidade de massa q e w).

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    INTRODUO A Primeira Lei da Termodinmica em volumes de controle:

    Essa expresso vlida para vazo constante e calor etrabalho trocados em taxas constantes.

    A entalpia pode ser aqui introduzida

    )(. 12 eemWQ =

    ( ) ( )[ ]221112 vpvpuumWQ +=12 hhwq =

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    PROCESSOS IDEAIS DE COMPRESSO O trabalho terico de compresso de um gs ideal nointerior de um cilindro dado por:

    P

    V

    W

    2

    1

    =2

    1FdlW

    =2

    1dl . A . pW

    =2

    1dV . pW

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    PROCESSOS IDEAIS DE COMPRESSO O trabalho terico de compresso e transporte de um gsideal ao longo de um volume de controle dado por:

    P

    V

    W

    2

    1

    =2

    1dp vW

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    A DEGRADAO DE ENERGIA NO VOLUME DE CONTROLE De forma semelhante ao deslizamento de um bloco sobreum plano, o transporte de um gs envolve a variao daenergia interna. Isso acontece em razo do atrito viscoso edas turbulncias no gs.

    Aqui se introduz uma nova propriedade, a Entropia S.

    IdealocessoPr

    2

    112 TdQSS

    =

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    Curso de Especializao em Eficincia Energtica DAELT - UTFPRProf Fbio Jos Horta Nogueira

    A DEGRADAO DE ENERGIA NO VOLUME DE CONTROLE Isso pode ser visto em uma diagrama h x s.

    h

    s

    P = cte.

    T = cte.

    1

    2s

    2 0=S

    0>S

    0

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    Curso de Especializao em E