Buscar

P_PROCEL_Eficiencia Ar Comprimido

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Você viu 3, do total de 208 páginas

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Você viu 6, do total de 208 páginas

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Você viu 9, do total de 208 páginas

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Prévia do material em texto

EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
EM SISTEMAS DE AR COMPRIMIDO
ELETROBRÁS Centrais Elétricas Brasileiras
Praia do Flamengo, 66 – Bloco A – 14º andar - Flamengo
CEP 22210-030 – Rio de Janeiro – RJ
Tel.: (21) 2514-5151 – Fax: (21) 2507-2474
PROCEL Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica
Av. Rio Branco, 53 – 20º andar - Centro
CEP 20090-004 – Rio de Janeiro – RJ
Tel.: (21) 2514-5197 – Fax: (21) 2514-5155
F I C H A C A T A L O G R Á F I C A
CENTRAIS ELÉTRICAS BRASILEIRAS, FUPAI/EFFICIENTIA
Eficiência Energética em Sistemas de Ar Comprimido. Rio de Janeiro: Eletrobrás, 2005.
208p. ilust. (Contém CD)
1.Conservação de Energia Elétrica.2.Racionalização no Uso da Energia Elétrica.3.Ar
Comprimido.4.Compressor de Ar.I.Título.II.Rocha, Newton Ribeiro.III.Monteiro, Marco Aurélio
Guimarães.
CDU: 621.3.004
621.3.004.14.004.1
621.54
621.51
Trabalho elaborado no âmbito do contrato realizado entre a ELETROBRÁS/PROCEL e o consórcio
EFFICIENTIA/FUPAI
MME - MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA
Esplanada dos Ministérios Bloco "U" - CEP. 70.065-900
– Brasília – DF
www.mme.gov.br 
Ministra
Dilma Rousseff
E L E T R O B R Á S / P R O C E L
Av. Rio Branco, 53 - 20º andar - Centro - CEP 20090-
004 - Rio de Janeiro – RJ
www.eletrobras.com/procel - procel@eletrobras.com 
Presidente
Silas Rondeau Cavalcante Silva
Diretor de Projetos Especiais e Desenvolvimento
Tecnológico e Industrial e Secretário Executivo do
PROCEL
Aloísio Marcos Vasconcelos Novais
Chefe de Departamento de Planejamento e
Estudos de Conservação de Energia e Coordenador
Geral do Projeto de Disseminação de Informações
de Eficiência Energética
Renato Pereira Mahler
Chefe da Divisão de Suporte Técnico de
Conservação de Energia e Coordenador Técnico do
Projeto de Disseminação de Informações de
Eficiência Energética
Luiz Eduardo Menandro Vasconcellos
Chefe da Divisão de Planejamento e Conservação
de Energia
Marcos de Queiroz Lima
Chefe de Departamento de Projetos Especiais
George Alves Soares
Chefe da Divisão de Desenvolvimento de Projetos
Setoriais de Eficiência Energética
Fernando Pinto Dias Perrone
Chefe da Divisão de Desenvolvimento de Projetos
Especiais
Solange Nogueira Puente Santos
E Q U I P E T É C N I C A
Coordenador Geral
Marcos Luiz Rodrigues Cordeiro
C O N S Ó R C I O E F F I C I E N T I A / F U P A I
EFFICIENTIA
Av. Afonso Pena, 1964 – 7º andar – Funcionários –
CEP 30130-005 – Belo Horizonte – MG
www.efficientia.com.br - efficientia@efficientia.com.br
Diretor Presidente da Efficientia
Elmar de Oliveira Santana
Coordenador Geral do Projeto
Jaime A. Burgoa/Tulio Marcus Machado Alves
Coordenador Operacional do Projeto
Ricardo Cerqueira Moura
Coordenador do Núcleo Gestor dos Guias 
Técnicos
Marco Aurélio Guimarães Monteiro
Coordenador do Núcleo Gestor Administrativo-
Financeiro
Cid dos Santos Scala
FUPAI – Fundação de Pesquisa e Assessoramento à
Indústria
Rua Xavier Lisboa, 27 – Centro – CEP 37501-042 –
Itajubá – MG
www.fupai.com.br – fupai@fupai.com.br 
Presidente da FUPAI
Djalma Brighenti
Coordenador Operacional do Projeto
Jamil Haddad*
Luiz Augusto Horta Nogueira*
Coordenadora do Núcleo Gestor Administrativo-
Financeiro
Heloisa Sonja Nogueira
E Q U I P E T É C N I C A
Apoio Técnico
Adriano Jack Machado Miranda
Maria Aparecida Morangon de Figueiredo
Micael Duarte França
Fotografia
Eugênio Paccelli
Autor: Newton Ribeiro Rocha Co-autor: Marco Aurélio Guimarães Monteiro
* Professores da Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI
Apresentação
Considerações Iniciais
Siglas e Abreviaturas
1 Introdução 15
2 Conceitos Básicos 17
2.1 Sistemas de unidades 18
2.2 Temperatura (T) 18
2.3 Pressão (P) 19
2.4 Volumes e vazões volumétricas do ar 22
2.5 O ar atmosférico 25
2.6 Mudancas de estado do ar 31
2.7 Ar comprimido 35
3 Sistemas de Geração de Ar Comprimido 38
3.1 Compressores 40
3.1.1 Compressor recíproco de pistão 41
3.1.2 Compressores de parafuso 45
3.1.3 Compressores dinâmicos 47
4 Armazenamento do Ar Comprimido - Reservátorios 50
4.1 Funções dos reservatórios de ar comprimido 51
4.2 Instalação dos reservatórios 52
4.3 Volume dos reservatórios 55
5 O Tratamento do Ar Comprimido 62
5.1 Benefícios obtidos com o tratamento do ar comprimido 62
5.2 Conseqüências do tratamento ineficiente do ar comprimido 63
5.3 Secagem do ar comprimido 64
5.4 Filtragem do ar comprimido 71
5.4.1 Filtros e terminologia dos filtros 72
5.4.2 Perda de pressão ou perda de carga �P 74
5.5 Drenagem do condensado gerado nos sistemas de ar comprimido 74
5.5.1 Classificação dos tipos de drenagem para condensado 75
5.5.2 Drenagem por meio de válvulas manuais 76
5.5.3 Drenagem com controle de nível 76
5.5.4 Drenagem por meio de válvulas magnéticas
de comando temporizado 77
S U M Á R I O
5.5.5 Drenagem utilizando medição eletrônica de volume ocupado 78
5.5.6 Drenagem utilizando bóia para controle de nível 80
5.6 Separação do óleo contido na água 81
6 Aplicações 82
6.1 Puxar e grampear com ar comprimido 82
6.2 Transporte por ar comprimido 83
6.3 Sistemas de acionamento pneumático 83
6.4 Jateamento com ar comprimido 84
6.5 Operações com sopro de ar e jato de água 84
6.6 Operações de inspeção e teste 85
6.7 Controle de processos com ar comprimido 86
6.8 Aplicações especializadas 87
7 Critérios de Seleção e Instalação Eficiente do Sistema 93
7.1 Escolha da pressão de trabalho 95
7.1.1 Variação da pressão de trabalho 96
7.2 Cálculo das necessidades de ar da instalação 97
7.3 Centralizar ou não centralizar o fornecimento de ar comprimido 102
7.4 Efeito da altitude no funcionamento dos compressores 103
7.5 Observações sobre consumo variável 105
7.6 Redes de distribuição do ar comprimido 106
7.6.1 Perdas de carga e velocidades utilizadas nas tubulações 107
7.6.2 Procedimento de cálculo de perda de pressão
por fórmulas e gráficos 108
7.6.3 Determinação do diâmetro do tubo conhecendo-se
a perda de carga fixada 113
7.6.4 Materiais e componentes mais utilizados nas redes 114
7.7 Exemplos do dimensionamento de um sistema de ar comprimido 118
7.7.1 Usando compressores alternativos de pistão 118
7.7.2 Usando compressores tipo parafuso 122
8 Manutenção e Operação Eficiente do Sistema 126
8.1 Controle do sistema 126
8.1.1 Controle por alívio de pressão 126
8.1.2 Controle por desvio 127
8.1.3 Controle por redução da entrada de ar no compressor 127
8.1.4 Alívio de pressão e obstrução da aspiração do ar 127
8.1.5 Partida e parada 127
8.1.6 Controle pela velocidade de rotação 128
8.1.7 Carga - Alívio - Parada 128
8.2 Modernização dos sistemas de controle 129
8.2.1 Sistemas mais simples 129
8.2.2 Sistemas mais avançados 129
8.2.3 Sistema centralizado 130
8.3 Manutenção 130
9 Medidas de Eficiência Energética 132
9.1 Potenciais de economia na geracão do ar comprimido 133
9.1.1 Temperatura elevada no ar aspirado pelo compressor 133
9.1.2 Sujeira no filtro de aspiração 135
9.1.3 Pressão de desarme muito elevada 136
9.2 Potenciais de economia de energia elétrica na rede
de distribuição e consumo 139
9.2.1 Vazamentos nas linhas de ar comprimido 139
9.2.2 Linhas de distribuição de ar comprimido muito sinuosas 143
9.3 Recuperação de energia térmica 143
9.3.1 Cálculo do potencial de economia de energia 145
9.3.2 Compressor resfriado a ar 147
9.3.3 Compressor resfriado a água 147
9.4 Cálculo da economia financeira e redução de demanda 148
10 Bibliografia 154
11 Links Úteis 156
Anexo A 157
A - Gestão Energética 157
Anexo B 176
B - Viabilidade Econômica 176
Criado em 1985 pelo Governo Federal, o Programa Nacional de
Conservação de Energia Elétrica (PROCEL) é coordenado pelo
Ministério de Minas e Energia e implementado pela ELETRO-BRÁS. O objetivo principal do PROCEL é contribuir para a redu-
ção do consumo e da demanda de energia elétrica no país, por
meio do combate ao desperdício desse valioso insumo.
A ELETROBRÁS/PROCEL mantém estreito relacionamento com
diversas organizações nacionais e internacionais cujos propósi-
tos estejam alinhados com o citado objetivo. Dentre elas, cabe
ressaltar o Banco Mundial (BIRD) e o Global Environment Facility
(GEF), os quais têm se constituído em importantes agentes fi-
nanciadores de projetos na área da eficiência energética.
Nesse contexto, o GEF, que concede suporte financeiro a ativi-
dades relacionadas com a mitigação de impactos ambientais,
como o uso racional e eficiente da energia, doou recursos à
ELETROBRÁS/ PROCEL, por intermédio do BIRD, para o desen-
volvimento de vários projetos. Dentre eles, destaca-se o projeto
“Disseminação de Informações em Eficiência Energética”, conce-
bido e coordenado pela ELETROBRÁS/PROCEL e realizado pelo
Consórcio Efficientia/Fupai, com o apoio do Programa das Na-
ções Unidas para o Desenvolvimento (PNUD), que objetiva di-
vulgar informações sobre tecnologias de uso eficiente de ener-
gia para os profissionais de vários setores, como o industrial, co-
mercial, prédios públicos e saneamento, difundindo aspectos
tecnológicos e operacionais que permitam reduzir o desperdí-
cio de energia elétrica. Esse projeto também engloba a elabora-
ção de casos de sucesso e treinamentos específicos que retra-
tem os conceitos do uso racional e eficiente da energia.
A P R E S E N T A Ç Ã O
Em 2001, o Brasil vivenciou uma séria crise de abastecimento no setor elétrico. Duas cons-
tatações positivas, entretanto, sobressaíram-se desse episódio: a forte participação da so-
ciedade na busca de soluções; e o papel importante da eficiência no uso de energia.
Como conseqüência desse processo involuntário de aprendizagem, vem se formando
uma consciência de que a eficiência energética não pode estar vinculada apenas a ques-
tões conjunturais, mas deve fazer parte, de forma definitiva, da política energética nacio-
nal, mediante a adoção de ações que visem, por exemplo, agregar valor às ações já em
andamento no País, o desenvolvimento de produtos e processos mais eficientes e a in-
tensificação de programas que levem à mudança de hábitos de consumo.
A energia é um insumo fundamental para garantir o desenvolvimento econômico e soci-
al de um país. A racionalização de seu uso da energia apresenta-se como alternativa de
baixo custo e de curto prazo de implantação, sendo que, em alguns casos, grande econo-
mia pode ser obtida apenas com mudanças de procedimentos e de hábitos, além do im-
pacto positivo para o meio ambiente.
Dentre os aspectos econômicos envolvidos na atividade de racionalização do uso da
energia, deve-se destacar a importância de que a mesma se reveste quando analisada
sob a ótica estratégica e da imagem da empresa, haja vista que o mercado está cada vez
mais orientado a dar preferência a produtos de empresas comprometidas com ações de
proteção ao meio ambiente.
Uma empresa que deseja alcançar uma estrutura de custos racionalizada e tornar-se mais
competitiva não pode admitir o desperdício ou usar a energia de forma ineficiente e ir-
responsável. É necessário, pois, o esforço de todos os empregados da empresa, visando
obter como resultado o mesmo produto ou serviço com menor consumo de energia, eli-
minando desperdícios e assegurando a redução dos custos.
Espera-se que as informações contidas neste Livro sejam úteis para os técnicos das em-
presas brasileiras, capacitando-os a implementar melhorias que resultem no uso respon-
sável dos recursos naturais e energéticos e na melhoria da competitividade dos setores
produtivos e de serviços do País.
C O N S I D E R A Ç Õ E S I N I C I A I S
A Eletrobrás / Procel e o Consórcio Efficientia / Fupai agradecem os esforços de todos
aqueles que participaram dos vários estágios da elaboração deste documento, incluindo
as fases de concepção inicial e de revisão final do texto. Registramos as contribuições, no-
tadamente, de Evandro Sérgio Camêlo Cavalcanti e Osvaldo Luiz Cramer de Otero (Cepel);
Andreas Hahn, Marcos Luiz Rodrigues Cordeiro e Rose Pires Ribeiro (Consultores).
S I G L A S E A B R E V I A T U R A S
DP Perda de carga ou de pressão
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
ANEEL Agência Nacional de Energia Elétrica
AT Alta tensão
BT Baixa tensão 
CD Compact disk – disco ótico
CICE Comissão Interna de Conservação de Energia
DLE Descarga efetiva
DLL Descarga de ar livre 
DLP Descarga padrão normal
ETA Estação de tratamento de água
ETE Estação de tratamento de efluentes / esgoto
Fc Fator de coincidência
FC Fator de carga
FP Fator de potência
FS Horário fora de ponta em período seco
Fu Fator de utilização
FU Horário fora de ponta em período úmido
HFP Horário fora de ponta
HP Horário de ponta
ICMS Imposto sobre Circulação de Mercadorias
MME Ministério de Minas e Energia 
MT Média tensão
NHFP Número de horas fora de ponta
NHP Número de horas de ponta
PGE Programa de Gestão Energética
PLC Controlador lógico programável
PO Ponto de orvalho
Procel Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica
PS Horário de ponta em período seco
PSI Libras por polegada ao quadrado (Pounds square inch)
PU Horário de ponta em período úmido
S Seco
TBS Temperatura de bulbo seco
TBU Temperatura de bulbo úmido
Tc Taxa de ciclos do motor 
THS Tarifação horo-sazonal 
TIR Taxa interna de retorno 
U Úmido
UA Umidade absoluta
UR Umidade relativa
VPL Valor presente líquido
VR Volume do reservatório de ar
E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A E M S I S T E M A S D E A R C O M P R I M I D O 15
1Introdução
A energia elétrica, dentre as formas de energia secundárias existentes no planeta, é a
mais flexível, a mais eficiente e a mais pura. Porém, como sua produção vai se tornando
cada vez mais complexa e dispendiosa, é necessário que o usuário se conscientize da ne-
cessidade de utilizá-la da maneira mais eficiente possível, reduzindo ao máximo as perdas
e os desperdícios. Essa atitude pode ser considerada como um exercício de cidadania.
A utilização do ar comprimido como insumo e vetor energético é larga e intensamen-
te difundida nas indústrias.
Atualmente, a produção desta utilidade industrial é diretamente proporcional ao con-
sumo de energia elétrica. Pode-se até dizer que o ar comprimido é o ar eletricamente ca-
pacitado a realizar trabalho. Ou seja, perda de ar comprimido significa perda de energia
elétrica.
Tendo em vista os aspectos citados, engenheiros, técnicos e usuários do ar comprimi-
do devem procurar otimizar as suas instalações, objetivando a eficientização energética
tanto na geração quanto no tratamento, distribuição e consumo do ar comprimido.
Este documento propõe-se a orientar os usuários de ar comprimido sobre as muitas
oportunidades de seu uso otimizado. Apesar de ser este um Livro prático, aspectos teóri-
cos serão destacados para que esse conhecimento possa auxiliar os técnicos usuários de
ar comprimido no entendimento de seu processo de produção e uso, bem como para ca-
pacitá-los a identificar outras oportunidades.
A partir dos conceitos básicos, serão descritos os sistemas de geração de ar comprimi-
do, seu tratamento posterior, o dimensionamento adequado das linhas de distribuição de
ar comprimido e das necessidades de ar, e suas aplicações. Descritos esses sistemas, o
Livro apresenta as medidas de eficiência energética. Os usuários poderão, então, identifi-
car aquelas aplicáveis em suas instalações ou, a partir do conhecimento dessas alternati-
vas e dos sistemas descritos anteriormente, novas oportunidades.
Em todos os capítulos, exemplos práticos serão apresentados e as informações mais
importantes, do ponto de vista do uso eficiente do ar comprimido e, conseqüentemente,
E F I C I Ê N C I A E N ER G É T I C A E M S I S T E M A S D E A R C O M P R I M I D O16
da energia elétrica, serão ressaltadas.
Além das orientações para o uso adequado do ar comprimido, é apresentada breve
descrição das práticas de gerenciamento energético, necessárias para converter as eco-
nomias obtidas em kW e kWh em reais (R$). No anexo A, constam essas orientações, bem
como outras dicas para aqueles profissionais que não estão dedicados exclusivamente à
área de ar comprimido.
O anexo B, importante e, talvez, essencial, traz o resumo dos principais conceitos de Ma-
temática Financeira e viabilidade econômica, a partir dos quais o profissional poderá jus-
tificar, financeiramente, a necessidade de implantação das medidas de eficientização ener-
gética.
Finalmente, acompanha este Livro um CD, no qual são encontrados documentos, pla-
nilhas e programas mencionados ao longo do texto que auxiliarão e facilitarão a aplica-
ção das orientações aqui contidas. São modelos propostos que podem e devem ser aper-
feiçoados à condição específica de cada usuário.
O consórcio Efficientia/Fupai, responsável pela elaboração deste documento e do CD
que o acompanha, solicita que sugestões de melhorias ou eventuais ajustes no texto ou
nos arquivos lhe sejam encaminhados.
Um manual prático, do qual os conceitos aqui apresentados são extraídos e que va-
loriza mais os exemplos práticos e oferece dicas importantes, fórmulas, tabelas e gráfi-
cos úteis no dimensionamento de medidas de eficiência energética, também estará
disponível.
E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A E M S I S T E M A S D E A R C O M P R I M I D O 17
2 Conceitos Básicos
Este capítulo visa sintetizar os princípios da Física que embasam o entendimento dos
processos de obtenção, distribuição e uso do ar comprimido.
A parte da Física que estuda as transformações e as trocas de energia nos processos
com os gases – e o ar é um gás – é denominada Termodinâmica.
O ar comprimido é um produto dotado de alta energia, resultado de uma transforma-
ção termodinâmica sofrida pelo ar atmosférico por meio do consumo de trabalho mecâ-
nico de compressão realizado por uma máquina térmica, denominada compressor.
A realização de qualquer tipo de trabalho só é possível se o agente for dotado de ca-
pacidade; ou seja, tiver energia para tal fim.
Portanto, o binômio trabalho-energia deverá ser entendido como se os dois elemen-
tos fossem sinônimos ou como se o significado de um estivesse intimamente ligado ao
significado do outro.
Em Termodinâmica, denomina-se sistema motriz (motor térmico, máquina térmica)
um dispositivo que, funcionando segundo um ciclo, é capaz de receber energia e realizar
trabalho.
Assim, um sistema motriz termodinâmico para produzir o "ar comprimido" deverá
consumir um tipo de energia. No caso mais comum, a energia elétrica é usada para pro-
duzir o ar comprimido, que é um produto dotado de alta energia; portanto, dotado da ca-
pacidade de produzir trabalho mecânico no sistema em que for utilizado.
Como o consumo da energia elétrica é o principal insumo para obter-se o ar compri-
mido, qualquer uso indevido na produção e uso do ar comprimido representa perda de
energia elétrica.
Este documento objetiva identificar o melhor uso do ar comprimido no que refere ao
uso eficiente da energia que foi consumida para sua obtenção.
E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A E M S I S T E M A S D E A R C O M P R I M I D O18
2.1 Sistemas de unidades
Apesar da recomendação para que sejam usadas as unidades do sistema métrico in-
ternacional, o texto mencionará outras unidades de medidas, considerando seu uso já
consagrado entre os profissionais.
A tabela 2.1 apresenta as unidades mais comuns utilizadas no Brasil 
T A B E L A 2 . 1 – U N I D A D E S M A I S C O M U N S
DENOMINAÇÃO SIMBOLOGIA SISTEMA SISTEMA SISTEMA
INTERNACIONAL TÉCNICO INGLÊS
Pressão P Pascal (Pa) bar psi
Volume V m3 m3 ft3
Temperatura T K ºC ºF
Tempo t s h, min, s h , min
Vazão volumétrica DLP,DLE,Q m3/s m3/s cfm 
Peso específico g N/m3 kgf/m3 lbf/ft3
Massa específica r kg/m3 utm/m3 lb/ft3
Energia e Trabalho E,W J cal; kgf.m lbf.ft; Btu
Potência N W kgf.m/s; cv lbf.ft/h; hp
Velocidade v m/s m/s ft/h
2.2 Temperatura (T)
A temperatura é uma grandeza termodinâmica que indica o efeito cinético do movi-
mento das partículas interatômicas. A avaliação desta grandeza é realizada por instru-
mento de medição, denominado termômetro.
Existem termômetros que utilizam várias escalas de medição. No Brasil, adota-se a es-
cala Celsius, cujo símbolo é °C.
E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A E M S I S T E M A S D E A R C O M P R I M I D O 19
Os valores em ºC poderão ser transformados para a escala absoluta (escala kelvin), cujo
símbolo é K, pela relação aproximada:
T(K ) = T(ºC) + 273 (2.1) 
Exemplo: A quantos kelvins equivale a temperatura de 25ºC ? 
Utilizando a relação 2.1,
T(k) = 25 + 273 = 298 K 
Os países de língua inglesa utilizam a escala Fahrenheit, cujo símbolo é ºF. A relação en-
tre esta escala e a Celsius é a seguinte:
T(ºF) = 1,8 x T(ºC) + 32 (2.2)
Exemplo: A quantos graus Fahrenheit correspondem 25ºC ?
Utilizando a relação 2.2,
T(°F) = 1,8 x 25 + 32 = 77ºF
2.3 Pressão (P)
A grandeza da Física denominada Pressão é o resultado do efeito causado pela ação,
no plano perpendicular, de uma força sobre uma determinada área superficial onde está
aplicada a força. No caso do ar comprimido, é o resultado da força que ele exerce sobre a
superfície onde está confinado.
A equação que define o valor da pressão P é a que se segue:
P (Pa) = F / A (2.3)
F – valor da força, em N.
A – área superficial onde está aplicada a força, em m2.
A unidade de pressão no sistema internacional é o N/m2, ou Pa. Mas no campo indus-
trial é comum a utilização da relação entre a unidade de força (kgf ) pela unidade de área
(cm2), isto é, kgf/cm2. Outra unidade bastante utilizada é o bar, que equivale a 100 kPa.
E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A E M S I S T E M A S D E A R C O M P R I M I D O20
Para fins práticos, pode-se considerar que 1 bar = 1 kgf/cm2. (O valor exato é 0,986
kgf/cm2.)
Nos países de língua inglesa é utilizada a unidade psi, que significa libras por polega-
da ao quadrado.
1 bar = 14,5 psi = 100.000 Pa = 760 mm Hg Ou 1 psi = 0,069 bar = 6,9 kPa
Exemplo: Qual é o valor de 7 bar, expresso em psi e em Pa? 
7 bar => 7 x 14,5 = 101,5 psi = 7 x 100.000 = 700 kPa
Pressão atmosférica e pressão manométrica
A atmosfera que envolve o planeta Terra é composta pela mistura de vários gases,
como oxigênio e nitrogênio, vapor de água, materiais sólidos particulados (poeiras) e ae-
rossóis.
Essa camada, que tem aproximadamente 40 km de altitude média, exerce um peso
(força) sobre a superfície terrestre e tudo que se encontra nela. Pode-se perceber que a
maiores atitudes da superfície terrestre menos material atmosférico age sobre ela. Ao
contrário, quanto mais baixa a região terrestre, mais material atmosférico se acumula so-
bre ela. Este maior ou menor acúmulo de material na atmosfera exercerá maior ou menor
peso sobre as superfícies em contato com ele; portanto, maior ou menor pressão.
O instrumento indicado para medir esta pressão é denominado barômetro. Por isso, a
pressão medida por ele é dita de pressão barométrica ou atmosférica local.
Ao nível do mar, que é a referência para as medições, o valor medido pelo barômetro
é de 1,013 bar. utilizaremos o símbolo Patm para designar a pressão atmosférica.
A tabela 2.2 apresenta a variação da pressão atmosférica com a altitude referenciada
ao nível do mar.
E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A E M S I S T E M A S D E A R C O M P R I M I D O 21
T A B E L A 2 . 2 – V A R I A Ç Ã O D A P R E S S Ã O A T M O S F É R I C AC O M
A A L T I T U D E A C I M A D O N Í V E L D O M A R
ALTITUDE PRESSÃO ATMOSFÉRICA
m bar
0 (nível do mar) 1,013
100 1,010
200 0,989
300 0,978
400 0,966
500 0,955
600 0,943
800 0,921
1000 0,899
1400 0,856
1800 0,815
2000 0,795
2400 0,756
3000 0,683
Fonte: NASA
Nota: Os serviços de meteorologia locais fornecem os valores corretos da pressão at-
mosférica.
A denominação pressão manométrica, cujo símbolo é Pman, equivale à pressão de um
sistema, ou instalação, medida por um instrumento de medição denominado manôme-
tro.
E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A E M S I S T E M A S D E A R C O M P R I M I D O22
Essa medição não leva em conta a ação da pressão atmosférica do local. O valor da
pressão manométrica é escrito assim: 7 bar.
Quando se deseja levar em conta a pressão atmosférica do local, deve-se usar a pres-
são absoluta, cujo símbolo é Pabs.
Para obter-se a pressão absoluta de uma medição, basta adicionar ao valor medido o
valor da pressão atmosférica local. Por exemplo, a pressão absoluta do valor manométri-
co citado acima em um local a 500 m acima do nível do mar será: 7 + 0,955 (valor da ta-
bela 2.2) = 7,955 bar abs. O valor deve vir acompanhado do símbolo (abs), para indicar que
se trata de pressão absoluta.
A relação entre o valor da pressão absoluta e o valor da pressão manométrica pode ser
escrita na forma:
Pabs = Pman + Patm (2.4)
Em certos sistemas ou instalações existem pressões cujos valores estão abaixo da pres-
são atmosférica do local. Neste caso, é dito que a pressão é negativa, e o seu valor deve-
rá vir acompanhado do sinal (-). É também denominada pressão de vácuo. Estes valores
são medidos por um instrumento denominado Vacuômetro.
2.4 Volumes e vazões volumétricas do ar
■ Volume de ar livre V [ m3 ]
O volume do ar comprimido poderá ser medido como se estivesse na temperatura de
20ºC e na pressão manométrica de 0 bar, que equivale à pressão absoluta de 1 bar. O vo-
lume do ar comprimido, quando referido nessas condições, é denominado volume de ar
livre.
Vamos determinar pela geometria o volume ocupado por um cilindro, cujo valor será
denominado Vcil.
O volume do ar na condição livre é dado pelo volume do cilindro (figura 2.1) nas con-
dições de pressão e temperatura citadas acima.
Vcil = (� . d
2 / 4) x h (2.5) 
E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A E M S I S T E M A S D E A R C O M P R I M I D O 23
em que:
Vcil = volume do cilindro em m
3
d = diâmetro em m 
h = altura em m
Figura 2.1 – Volume de um cilindro
É evidente que se estiver comprimido a 8 bar e com outra temperatura, o volume ocu-
pado pelo ar será bem menor que o do cilindro Vcil.
■ Volume normal [ Nm3 ]
As condições denominadas normais de medição de volume do ar são aquelas que refe-
rem o volume do ar nas seguintes condições: pressão absoluta e atmosférica de 1,013 bar
e temperatura de 0ºC.
O volume de ar é dito volume padrão de ar normal e o seu valor deve vir acompanha-
do da letra N, maiúscula. Por exemplo: 50 Nm3 de ar
■ Volume de ar efetivo
Representa o volume do ar comprimido nas condições de compressão reais. Ou seja,
na pressão e na temperatura em que é realmente produzido.
Nestes casos, é necessário sempre referenciar o ar nas condições em que ele realmen-
te se encontra.
Exemplo: 50 m3 de ar comprimido na pressão manométrica de 7 bar e temperatura de
40ºC.
E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A E M S I S T E M A S D E A R C O M P R I M I D O24
■ Vazão ou descarga de ar comprimido
É o volume de ar comprimido produzido ao longo do tempo ou a quantidade de ar
produzida em um intervalo de tempo.
Conforme dito anteriormente, é preciso informar como este volume está sendo medi-
do ou referido.
Se a referência é como ar livre, denomina-se vazão ou descarga de ar livre (DLL).
Se a referência é como ar efetivo, denomina-se vazão ou descarga efetiva (DLE).
Se a referência é nas condições de padrão normal, denomina-se vazão ou descarga
padrão normal (DLP).
Por exemplo: DLP = 50 Nm3/h,
DLE = 3000 m3/h, a 7 bar, 40°C
DLL = 180 m3/s, na pressão atmosférica local e 20°C.
Se for necessário converter, por exemplo, uma vazão efetiva (DLE) em m3/h, para as
condições normais (DLP), ou seja, para Nm3/h que o compressor aspira, pode-se utilizar a
relação abaixo (2.6):
DLP [Nm3/h] = DLE [m3/h] x {273/(273+T1)} x [P1 -(UR x PV)]/1,013} (2.6)
em que:
T1 = temperatura de entrada do ar em ºC;
P1 = pressão de entrada do ar na admissão do compressor em bar abs.;
UR = umidade relativa do ar local em %; e
PV = pressão parcial do vapor de água em bar abs.
Para obter o valor da vazão efetiva comprimida (DLE) na descarga do compressor, sen-
do dada a vazão padrão normal (DLP), deve-se utilizar a relação simplificada abaixo:
DLE = DLP / R (2.7)
E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A E M S I S T E M A S D E A R C O M P R I M I D O 25
em que,
R = a pressão manométrica do ar comprimido + 1, denominada taxa de compressão.
Exemplo: 64 Nm3/h de ar é aspirado a 1 barabs e comprimido até 8 barabs. Determinar
a descarga efetiva deste ar.
R = 1 + 7 = 8
DLE = 64 / 8 = 8 m3 na pressão de 8 bar abs.
2.5 O ar atmosférico
■ Composição
A composição percentual de elementos que estão presentes no ar atmosférico seco
varia de região para região. Os engenheiros e cientistas utilizam nos cálculos o que deno-
minam ar seco padrão, que apresenta as composições mostradas na tabela 2.3.
T A B E L A 2 . 3 – T A B E L A D O A R S E C O P A D R Ã O
ELEMENTO PERCENTUAL EM VOLUME PERCENTUAL EM MASSA
Nitrogênio 78,0 75,5
Oxigênio 21,0 24,0
Outros 1,0 0,5
E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A E M S I S T E M A S D E A R C O M P R I M I D O26
Figura 2.2 – Constituição do ar atmosférico padrão
Na realidade, o ar atmosférico é composto por uma quantidade enorme de outros
elementos gasosos, sendo os mais importantes a água, na forma de vapor, e as poeiras,
em suspensão. A presença de poeira e de água na composição do ar exerce papel pre-
ponderante quando estamos tratando de ar comprimido.
O ar atmosférico pode ser entendido como se fosse uma esponja úmida (figura 2.3).
Ela pode conter certa quantidade de água quando estiver relaxada, em equilíbrio. Mas
quando a esponja é comprimida, a água é precipitada. No final, alguma água ainda per-
manece na esponja quando a pressão terminar. O ar tem o comportamento muito simi-
lar ao da esponja quando é comprimido.
Figura 2.3 – Ar como esponja
E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A E M S I S T E M A S D E A R C O M P R I M I D O 27
A retirada da água do ar comprimido pode ser realizada por meio de resfriamento do
ar, como ocorre nos aparelhos de ar condicionado. Para isso, é necessário entender os
conceitos de pressão de saturação e vaporização, umidade absoluta e relativa, e tempe-
raturas de bulbo úmido e seco.
■ Pressão de vaporização ou de vapor da água
Toda vez que um líquido se transforma em vapor, dizemos que ele atingiu a pressão de
vaporização ou a de vapor naquelas condições de temperatura.
A pressão de vaporização d’água somada à pressão parcial do ar seco totaliza a pres-
são atmosférica. A água presente na composição do ar atmosférico está sob a forma de
vapor em equilíbrio de pressões com a pressão total do ar. Portanto, ela permanecerá em
estado de vapor até que estas condições de pressão e temperatura mudem. Se a pressão
aumenta ou a temperatura reduz, a água poderá mudar do estado de vapor para o de lí-
quido e deixar a mistura, totalmente ou em parte.
Assim, ao comprimirmos o ar e, em seguida, o resfriamos, propiciamos as condições
para sua condensação.
■ Umidade do ar
O ar atmosférico contém água no estado de vapor, em equilíbrio com oar atmosféri-
co. Quando o ar não contiver água na sua composição, dizemos que o ar é seco. Se há pre-
sença de água na sua composição, diz-se que é ar úmido.
Existem duas formas de apresentar a umidade do ar: umidade absoluta e umidade re-
lativa.
Denominando Gv o peso de vapor de água e Gar o peso do ar seco contido na mistu-
ra de peso total G, temos que:
UA = Gv / Gar (2.8) 
UA é denominada umidade absoluta do ar, em kg de água / kg de ar seco.
Porém, a quantidade de água que pode ser contida no ar não é ilimitada. Ela depende
da pressão de saturação do vapor e da temperatura da mistura com o ar.
E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A E M S I S T E M A S D E A R C O M P R I M I D O28
Quando o ar contém o máximo de umidade possível (Gs), dizemos que o ar está satu-
rado. Isto significa que não existe possibilidade de se colocar mais água neste ar ou que,
se houver mais água que a umidade máxima, ela estará na forma líquida, condensada.
A relação entre o peso de vapor de água contida por kg de ar úmido e o peso de va-
por de água que o mesmo conteria se estivesse saturado recebe o nome de umidade re-
lativa, expressa em percentual:
UR = (Gv / Gs) x 100% (2.9)
Geralmente, a máxima umidade é expressa em g de água / m3 de ar. A tabela 2.4 apre-
senta as máximas umidades do ar para determinadas temperaturas e suas respectivas
pressões de vaporização ou de saturação.
T A B E L A 2 . 4 - M Á X I M A U M I D A D E D O A R
TEMPERATURA (°C) PRESSÃO DE SATURAÇÃO (bar) UMIDADE MAXIMA (g / m3)
0 0,00623 4,8
5 0,00891 7,1
10 0,01251 9,4
15 0,01738 12,8
20 0,02383 17,3
25 0,03229 23,0
30 0,04325 30,4
35 0,05733 39,6
40 0,07520 50,7
45 0,09771 65,4
50 0,12578 82,3
Fonte: Wylen&Sontag e Atlas Copco (Adaptação)
E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A E M S I S T E M A S D E A R C O M P R I M I D O 29
■ Temperatura de bulbo seco (TBS)
Quando se determina o valor da temperatura do ar utilizando um termômetro comum
de bulbo, diz-se que este valor representa a temperatura de bulbo seco do ar.
■ Temperatura de bulbo úmido (TBU)
Quando se utiliza para medição da temperatura do ar um termômetro cujo bulbo é
envolto por uma gaze umedecida com água, denomina-se o valor obtido de temperatu-
ra de bulbo úmido do ar. A medição é realizada fazendo-se girar ou balançar este termô-
metro para provocar a evaporação da água contida na gaze.
■ Ponto de orvalho (PO)
Se o vapor d'água contido no ar a uma determinada pressão se liquefaz, ou seja, con-
densa, dizemos que o ar atingiu uma temperatura abaixo do ponto de orvalho para aque-
la pressão. Isto é, a temperatura na qual se inicia a condensação de um gás, em determi-
nada pressão, é denominada ponto de orvalho.
Essas propriedades, geralmente, são obtidas em cartas psicrométricas, fornecidas pe-
los serviços de meteorologia.
Os textos que tratam da umidade do ar apresentam correlações aproximadas, que po-
dem auxiliar o usuário na determinação das pressões de vapor e de saturação do ar, como
também na determinação das umidades relativa e absoluta do ar, sendo conhecidas
como temperatura local de bulbo seco (TBS) e temperatura local de bulbo úmido (TBU),
facilmente obtidas nos serviços de meteorologia.
A seguir, fornecemos algumas equações das propriedades aqui descritas.
■ Pressão de vapor na saturação do ar
Pvs = 22.105.649,25 . e
X (2.10)
X = (-27.405,526 + 97,5413 .T – 0,146244 .T2 + 0,00012558 .T3 - 0,000000048502 .T4) /
(4,34903 .T – 0,0039381 .T2)
Pvs = pressão do vapor do ar saturado em Pa.
T = temperatura do ar saturado (TBU) em Kelvin (K).
E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A E M S I S T E M A S D E A R C O M P R I M I D O30
■ Pressão de vaporização da água contida no ar 
Pv = Pvs – (Patm / 755) . 0,5 . (TBS - TBU) (2.11)
Pv = pressão parcial do vapor no ar em Pa.
■ Umidade absoluta 
UA = 0,622 . Pv / (Patm - Pv) (2.12)
UA em kg de água / kg de ar.
P em Pa
■ Umidade relativa
UR = 100 . Pv / Pvs (2.13)
UR em %.
■ Volume específico do ar úmido
u = (101.300 / Pabs) . (0,7734 + 1,224 . UA) . (TBS / 273) (2.14)
u em m3/kg ; P em Pa; TBS em K.
Exemplo
Determinar Pvs, Pv, UR, UA e a massa específica do ar atmosférico que apresenta as se-
guintes propriedades: TBS = 30ºC, TBU = 20ºC, Patm = 101.300 Pa (1,013 bar).
a) Pressão de saturação
Pvs = 22.105.649,25 . e
X 
X = (-27.405,526 + 97,5413 .T – 0,146244 .T4 + 0,00012558 .T4 - 0,000000048502 .T4) /
(4,34903 .T – 0,0039381 .T4)
T = TBU = 20 + 273 = 293 K
X = -9,16
Pvs = 2.315 Pa
b) Pressão de vaporização
Pv = Pvs – (Patm / 755) . 0,5 . (TBS - TBU)
E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A E M S I S T E M A S D E A R C O M P R I M I D O 31
Pv = 2.315 – (101.300 / 755) . 0,5 . (30 - 20)
Pv = 1.644
c) Umidade relativa
UR = 100 . Pv / Pvs 
UR = 100 x 1.644 / 2.315
UR = 71,0%
d) Umidade absoluta
UA = 0,622 . Pv / (Patm - Pv) 
UA = 0,622 x 1.644 / (101.300 - 1.644)
UA = 0,01026 kg de água / kg de ar seco
e) Massa específica média do ar úmido em kg/m3
� = 1/ u
TBS = 30 + 273 = 303 K
u = (101.300 / Pabs) . (0,7734 + 1,224 . UA) . (TBS / 273)
u = (101.300 / 101.300) x (0,7734 + 1,224 x 0,01026) . (303 / 273)
u = 0,872
� = 1/ u = 1 / 0,872
� = 1,15 kg / m3
Para facilitar a sua manipulação, essas fórmulas foram colocadas no arquivo/planilha
“formulascap2” do CD que acompanha esse livro.
2.6 Mudanças de estado do ar
O ar é denominado comprimido quando a pressão a que estiver sujeito é maior que a
pressão atmosférica local. Quando isso ocorre, dizemos que o ar sofreu uma transforma-
ção termodinâmica, denominada compressão.
E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A E M S I S T E M A S D E A R C O M P R I M I D O32
Durante vários anos, estudiosos pesquisaram o comportamento dos gases quando es-
tes passavam por transformações. Chegaram a uma relação geral entre pressões, tempe-
raturas e volumes ocupados, a qual se denominou Equação geral dos gases.
As transformações a que um gás estará sujeito nos processos industriais poderão ser
entendidas pelas observações que se seguirão no texto abaixo.
Representando para um gás o volume ocupado por V, a temperatura por T e a pressão
por P, a equação geral dos gases é expressa por:
(P x V ) / T = Constante (2.15)
■ Transformação Isovolumétrica
Vamos observar o sistema abaixo, em que um gás está confinado dentro de um cilin-
dro sob a ação de um pistão. Nessas condições, sejam P0 e T0 os valores de sua tempera-
tura e pressão.
Se, por um processo qualquer, for fornecido calor para o gás confinado dentro do ci-
lindro, mantendo-se o pistão na mesma posição que estava anteriormente (V = constan-
te), o gás atingirá uma temperatura T1 > T0 e a pressão passará para um valor P1 > P0.
Essa transformação termodinâmica por que passou o gás é denominada transformação
isovolumétrica, transformação isócora ou, ainda, termocompressão.
Figura 2.4 – Transformação com volume constante
E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A E M S I S T E M A S D E A R C O M P R I M I D O 33
A relação 2.15 fica:
(P0 V) / T0 = (P1 x V) / T1
P0 / T0 = P1 / T1
P1 / P0 = T1 / T0 (2.16)
Se a pressão aumentar e o volume ocupado pelo gás permanecer constante, a tempe-
ratura aumentará.
■ Transformação Isotérmica
Considere-se o mesmo sistema anterior, admintindo-se, porém, que o pistão será mo-
vimentado no sentido de reduzir o volume ocupado pelo gás, de V0 para o valor V1, em
que V1 < V0. Portanto, aumenta-se a pressão para P1 > P0. À medida que o processo de
compressão for sendo realizado, retira-se calor, pois a temperatura tende a aumentar,
mantendo a temperatura com o mesmo valor do início ao fim da transformação. Dize-
mos, então, que foi realizada uma transformação isotérmica.
Figura 2.5 - Transformação com temperaturaconstante
Verificando a relação 2.15:
(P0 x V0 ) / T = (P1 x V1) / T
P0 x V0 = P1 x V1
P0 / P1 = V1 / V0 (2.17)
E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A E M S I S T E M A S D E A R C O M P R I M I D O34
■ Transformação Isobárica
Figura 2.6 - Transformação a pressão constante
Para obter-se essa transformação, basta, no mesmo sistema, fornecer calor para au-
mentar a temperatura T1>T0 e, ao mesmo tempo, liberar o pistão no sentido de aumen-
tar o volume para V1 >V0, para a pressão não aumentar.
Da relação 2.15:
P x V0 / T0 = P x V1 / T1
V0 / T0 = V1 / T1 (2.18)
Quando a temperatura aumenta e a pressão permanece constante, o volume deverá
aumentar. Essa transformação é denominada isobárica.
Obs.: Nessas relações, deve-se usar o sistema internacional de unidades.
Exemplo de determinação da massa de água (m) que será precipitada:
Seja considerado um volume de 8 m3 de ar atmosférico com as seguintes proprieda-
des fornecidas pelo serviço de meteorologia: P1 = 1 bar abs ,T1 = 25ºC, UR1 = 70%, Gs1 =
0,023 kg de água/m2.
Após sofrer a compressão para P2 = 8 bar abs, é armazenado num reservatório a T2 =
T1 = 25°C, Gs2 = Gs1 = 0,0023 kg de água/m
2 e UR2 = 100% 
E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A E M S I S T E M A S D E A R C O M P R I M I D O 35
A equação geral dos gases é: P2V2/T2 = P1V1/T1. Como T2 = T1, então vem de 2.12 que:
P2 .V2 = P1.V1
V2 = P1.V1 / P2
V2 = 1 x 8 / 8 = 1 m
3
m = V1 x UA1 x UR1 - V2 x UA1 x UR2 (2.19)
Ma = 8 x 0,023 x 0,80 - 1 x 0,023 x 1 = 0,124 kg = 124 g de água
No capítulo 5, sobre tratamento do ar comprimido, retornaremos a este tema.
2.7 Ar comprimido
O ar atmosférico está no seu estado natural de equilíbrio (pressão atmosférica) e não
dispõe de nenhuma energia que possa ser utilizada para realizar qualquer tipo de traba-
lho. Ou seja, é o mesmo que dizer que o ar está "desenergizado" para uso.
Quando este ar estiver com uma pressão maior que a atmosférica, aí sim ele poderá re-
alizar trabalho. Para tal, basta verificar os estragos realizados pelos ventos ou a energia
obtida pelos geradores eólicos a partir dos ventos.
Uma forma de obter-se um ar industrial dotado de muita energia consiste em compri-
mi-lo (isto é, aumentar sua pressão), pois assim ele ficará dotado de energia de pressão e,
portanto, estará, qualificado para realizar trabalho.
A área da engenharia que se ocupa do ar comprimido é denominada Pneumática, que
tem a finalidade de estudar o controle e o uso da energia potencial de pressão de que
está dotado o ar.
Se o ar comprimido estiver armazenado dentro de um vaso de pressão, ele não está re-
alizando nenhum trabalho, porém está dotado de muita energia potencial de pressão.
Desde que ele possa fluir ao longo de uma tubulação, uma parte desta energia poten-
cial se transforma em energia cinética (de velocidade), e o ar pode ser levado a outros lo-
cais, onde sua energia potencial poderá ser utilizada para a realização de algum trabalho.
Porém, se toda sua energia potencial for consumida em energia cinética para o seu des-
locamento, não restará ao ar nenhuma energia para produzir trabalho útil no local de uso.
E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A E M S I S T E M A S D E A R C O M P R I M I D O36
A seleção adequada dos compressores para produzir ar com determinada pressão e
vazão dos reservatórios de ar, das tubulações, dos filtros, dos reguladores, das válvulas de
controle e de outros pertences da instalação é de extrema importância para que o siste-
ma como um todo funcione adequadamente, principalmente no intuito de minimizar as
perdas de pressão até que o ar comprimido atinja os pontos de consumo.
■ Hidrodinâmica do ar comprimido
O escoamento do ar comprimido obedece também a várias leis físicas.
- Vazão de ar escoando por um tubo circular 
A vazão (Q) é o produto da área de passagem (A) vezes a velocidade do ar (v)
Q = A1 x v1 = A2 x v2 (2.20)
A1 / A2 = v2 / v1
A1 e A2 = áreas da seção de passagem do tubo
v1 e v2 = velocidades na seção de passagem
Figura 2.7 – Vazão de ar em tubos
A1
V1
A2
V2
E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A E M S I S T E M A S D E A R C O M P R I M I D O 37
Na hidrodinâmica, classificam-se os escoamentos em: laminar ou turbulento. É sem-
pre ideal para a distribuição de qualquer fluido em escoamento por tubulações que o es-
coamento seja laminar, reduzindo-se ao máximo as perdas de pressão durante o escoa-
mento. Se for turbulento, as perdas de pressão alcançarão valores extremamente altos.
As velocidades recomendadas para o ar comprimido são de até 20 m/s. Valores maio-
res produzirão maiores perdas de carga na tubulação, que, como será visto adiante, são
proporcionais ao quadrado da velocidade.
Figura 2.8 - Escoamentos do ar
E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A E M S I S T E M A S D E A R C O M P R I M I D O38
3 Sistemas de Geração de Ar Comprimido
A figura 3.1 apresenta um esquema de um sistema de ar comprimido.
Figura 3.1 - Visão tridimensional de uma instalação de geração de ar comprimido
O ar atmosférico admitido pelo compressor de ar, apesar de ser filtrado à entrada (fil-
tro primário), contém várias impurezas, invisíveis a olho nu. Entre elas, podemos destacar
duas principais: vapor de água (umidade) e particulados (poeiras). Após a compressão,
pode ocorrer a contaminação do ar com o óleo lubrificante do compressor, e, devido ao
processo de compressão, a temperatura do ar se eleva consideravelmente dentro do
compressor.
Com a finalidade de retirar o óleo absorvido pelo ar comprimido, recomenda-se pas-
sá-lo por um separador de óleo e, em seguida, dirigi-lo a um trocador de calor, que pode
E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A E M S I S T E M A S D E A R C O M P R I M I D O 39
ser resfriado por água ou ar sob ventilação, denominado aftercooler. Esse resfriamento
reduz a temperatura do ar comprimido proveniente da descarga do compressor. Depen-
dendo do tipo de compressor utilizado na geração do ar comprimido, a temperatura do
ar na descarga pode variar de 85oC até 180oC.
O uso deste resfriador de ar montado depois do compressor (daí o nome, em inglês,
aftercooler) reduz a temperatura do ar comprimido para valores entre 10ºC até 15ºC aci-
ma da temperatura do ambiente. Este abaixamento de temperatura facilita a precipitação
de condensado (umidade). Seguindo sua rota, o fluxo de ar vai para o reservatório (tan-
que), onde é armazenado. Aí se precipita grande parte da umidade contida no ar compri-
mido, que dele é drenado para o esgoto por dispositivos de drenagem adaptados ao re-
servatório.
Para garantir a máxima retirada da umidade do ar, este passa por um secador, onde é
precipitado o restante do condensado que se quer retirar. O condensado drenado vai
para o esgoto, e o ar, agora industrialmente seco, vai passar pela filtragem final, para que
sejam eliminadas as impurezas restantes antes que o ar seja fornecido à rede de distribu-
ição. Esta conduzirá o ar até sua aplicação específica. Nela poderão estar instalados pur-
gadores, válvulas, filtros e reguladores de pressão.
A configuração do sistema dependerá de vários fatores. Citam-se:
■ número de pontos usuários;
■ consumo e pressões por aplicação;
■ distância entre pontos usuários;
■ custos de manutenção;
■ custos de paradas não programadas;
■ eficiência dos equipamentos;
■ disponibilidade de utilidades no leiaute da planta; e
■ perfil da carga a ser atendida.
E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A E M S I S T E M A S D E A R C O M P R I M I D O40
A análise desses fatores pelo pessoal de fábrica ou especialistas indicará se o sistema
deverá ser centralizado ou descentralizado, de múltiplas unidades ou de poucas e gran-
des máquinas.
A experiência mostra que a centralização dos compressores necessários a um sistemaé a preferida, pois, entre outras facilidades, permite: economia na operação do sistema,
melhor projeto, proteção contra a entrada de pessoas não autorizadas no recinto, bom
controle da poluição sonora e controle da ventilação local.
■ A sala dos compressores
A localização da sala no leiaute da fábrica é de extrema importância, pois uma má lo-
cação trará em futuro próximo problemas de solução complexa e dispendiosa. Os equi-
pamentos que compõem o sistema de geração de ar comprimido devem estar em espa-
ço amplo, para que possam ser vistoriados de qualquer posição, e afastados das paredes,
para que os mecânicos de manutenção possam desenvolver seu trabalho.
Os próprios fabricantes de compressores, reservatórios, filtros e secadores dispõem de
catálogos e manuais que orientam o usuário a instalar adequadamente seus produtos.
Entre as ações que afetam diretamente o consumo de energia, está a localização da to-
mada de ar de admissão dos compressores, como será visto adiante.
DICA: As aberturas para a entrada do ar atmosférico devem ser bem planejadas. Quan-
to mais ventilado e fresco for o ambiente da sala de compressores, melhor será o rendi-
mento do sistema.
3.1 Compressores
A figura 3.2 apresenta uma classificação dos tipos de compressores existentes, segun-
do o princípio de operação.
Apesar da diversidade apresentada para a maioria das aplicações usuais de ar com-
primido, os compressores de deslocamento positivo ou volumétricos de pistão e os de
parafuso são os mais utilizados. Os turbocompressores ou os dinâmicos, como os centrí-
fugos e axiais, são mais utilizados em sistemas de pressões menores mas com vazões
elevadas. Os demais compressores são usados para outros gases ou para aplicações es-
peciais.
RogerHenrique
Comentário do texto
RogerHenrique
Comentário do texto
E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A E M S I S T E M A S D E A R C O M P R I M I D O 41
A figura 3.3 mostra, para os tipos apresentados, como são representados, em sím-
bolos, seus diaframas, faixa de pressão e vazão usual que operam.
3.1.1 Compressor recíproco de pistão
As vantagens principais desses compressores são: produzirem altas pressões e funcio-
nam com excelente desempenho mecânico.
■ Compressores com lubrificação
Estes compressores foram os que primeiro chegaram ao mercado. Seu conceito de
construção foi desenvolvido nos anos 20 e até hoje são os mais comuns em uso. Normal-
mente, são fabricados nos modelos ditos de: ação simples ou de dupla ação. Os com-
pressores de pistão aspiram e comprimem o ar durante seu movimento entre o ponto
morto inferior e o ponto morto superior, à medida que são acionadas automaticamente
as válvulas de admissão e descarga do ar. Estes compressores podem possuir vários ci-
lindros e, logo, vários pistãos. Pode-se com eles obter grande flexibilidade na produção
de pressões e vazões.
E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A E M S I S T E M A S D E A R C O M P R I M I D O42
Figura 3.2 - Tipos de compressores
E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A E M S I S T E M A S D E A R C O M P R I M I D O 43
Figura 3.3 - Simbologia dos tipos de compressores
E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A E M S I S T E M A S D E A R C O M P R I M I D O44
Os compressores mais comuns são os do tipo V. Os de dupla ação são do tipo L, com
um pistão na horizontal e outro na vertical. A lubrificação poderá ser realizada sob pres-
são ou por meio de banho de óleo, que é armazenado no cárter (pescador). Além de efe-
tuar a lubrificação das partes móveis, o óleo lubrificante ajuda a resfriar a carcaça do com-
pressor. A figura 3.4 exemplifica esses tipos de compressores.
Figura 3.4 - Compressores alternativos de pistão
E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A E M S I S T E M A S D E A R C O M P R I M I D O 45
Os arranjos de pistãos e cilindros de um compressor apresentam várias vantagens e
desvantagens. Por exemplo:
■ Cilindros verticais
Como os pistãos funcionam em movimento vertical, o efeito motor é de baixo para
cima, o que evita tensões mecânicas adicionais sobre as bases de montagem.
■ Cilindros horizontais
A força da gravidade não atua contra o pistão no movimento de compressão. Este be-
nefício só é notado para grandes vazões.
■ Tipos: V, W ou L
Consegue-se uma melhor distribuição dos esforços mecânicos. Necessita de menor es-
paço físico de instalação para a mesma produção de ar comprimido, considerando outro
tipos.
■ Compressores de pistão para a produção de ar isento de óleo
Estes compressores são projetados para que os anéis do pistão sejam de materiais que
produzem pouco atrito (PTFE ou carbono). Como não existirá a ajuda de resfriamento do
óleo lubrificante, uma ventilação de resfriamento entre os cilindros por meios externos
(ventilador axial) não permitirá o superaquecimento das partes metálicas, fato que difi-
cultará a redução da viscosidade do óleo, não permitindo que gotas de pequeno diâme-
tro passem para a câmara de compressão e se misturem com o ar comprimido.
Existem compressores de pequeno tamanho deste tipo que utilizam rolamentos ex-
ternos suportando o virabrequim, livrando-os do uso de óleo de lubrificação no cárter.
3.1.2 Compressores de parafuso
Os compressores de parafuso são do tipo volumétrico rotativo. Foram desenvolvidos
durante os anos 30, quando se necessitou de compressores que produzissem altas vazões
e que mantivessem o comportamento estável quando houvesse variação de carga.
Dois rotores montados em paralelo – o rotor dito "macho" e o rotor dito "fêmea" - gi-
ram em sentidos opostos dentro de uma carcaça. Um dos parafusos é o que recebe ener-
gia motriz e o outro é acionado pelo movimento transmitido por meio de engrenagens
E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A E M S I S T E M A S D E A R C O M P R I M I D O46
acionadas pelo primeiro rotor.O ar é aprisionado nos espaços entre os rotores,os quais são
diminuídos ao longo da trajetória do ar pelos rotores. Portanto, a pressão do ar vai aumen-
tando até que o ar atinja o final da trajetória, onde a pressão final é alcançada e o ar é des-
carregado. Os volumes que o ar ocupa entre os rotores são formados pelos espaços exis-
tentes entre as hélices dos parafusos, e são sempre de valores decrescentes. As pressões a
serem alcançadas no fim da compressão não dependem do comprimento dos rotores. A
principal vantagem desses compressores é a de não possuir válvulas, reduzindo as possi-
bilidades de falhas, muito comuns nessas peças. As forças axiais que aparecem devido aos
esforços desenvolvidos em uma só direção são contrabalançadas pelos rolamentos auto-
compensatórios de fixação nas extremidades. Devido ao seu funcionamento, este tipo de
compressor produz o ar comprimido em regime constante e sem pulsação – o inverso dos
compressores de pistão, que produzem a vazão de ar comprimido em pulsos.
Figura 3.5 - Compressor parafuso
■ Compressores de parafuso isentos de óleo
Estes compressores são construídos de forma que os rotores e o ar não entrem em
contato com o óleo lubrificante, pois nesses tipos dispensa-se a lubrificação. Os eixos dos
rotores são sustentados por rolamentos montados externamente ao interior da carcaça.
Nos anos 60, foram introduzidos os compressores de parafusos de roscas assimétricas,
que aumentaram sobremaneira a eficiência de compressão, pois houve uma redução
drástica nas perdas por vazamentos internos entre as roscas helicoidais simétricas.
■ Compressores de parafuso com injeção de óleo
Quando se exige que os compressores de parafusos produzam ar com pressões mui-
to elevadas, é necessário que os parafusos sejam lubrificados, primeiro, para garantir o
E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A E M S I S T E M A S D E A R C O M P R I M I D O 47
funcionamento em regime de trabalho pesado e, principalmente, para ajudar a refrigera-
ção da máquina.As características apresentadas pelos compressores de parafuso mais importantes são:
■ volume reduzido;
■ produção contínua de ar; e
■ temperatura mais baixa no fim da compressão.
3.1.3 Compressores dinâmicos
Estes compressores são também denominados compressores de fluxo.
■ Compressor axial
Nos compressores axiais, o ar que será comprimido segue uma trajetória axial ao pas-
sar pelas pás fixadas em um rotor (pás móveis). Sua trajetória é orientada por pás fixas
presas na carcaça. O ar é acelerado nas pás móveis e desacelerado nas pás fixas. Devido
ao formato e disposição das pás, a energia cinética fornecida ao ar pelas pás móveis vai
se transformando em energia de pressão ao longo da trajetória do ar pelo compressor
nas pás fixas. A força de empuxo axial gerada é contraposta pelo uso de rolamentos de
encosto axiais. A vazão de ar normal obtida nestes compressores é bastante alta em com-
paração com os compressores citados até aqui, porém as pressões efetivas obtidas são li-
mitadas.
As principais características desses compressores são:
■ produção uniforme do ar comprimido;
■ produzem o ar isento de óleo;
■ é sensível a variações de carga e tensões; e
■ atendem a vazões elevadas.
RogerHenrique
Comentário do texto
RogerHenrique
Comentário do texto
RogerHenrique
Comentário do texto
RogerHenrique
Comentário do texto
RogerHenrique
Comentário do texto
E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A E M S I S T E M A S D E A R C O M P R I M I D O48
Figura 3.6 - Compressor axial
■ Compressores radiais centrífugos
Nestes compressores, o ar é admitido no sentido axial no interior do rotor, sendo de-
pois dirigido, verticalmente, ao eixo por meio da força centrífuga gerada pela rotação do
rotor e pela forma das pás, onde o ar é acelerado. Na saída do compressor existe uma
roda de pás fixas, denominada difusor, onde a energia cedida ao ar, na forma de energia
cinética, será transformada em energia de pressão. Se o compressor possuir mais de um
rotor, ele é denominado multiestágio (ou turbo compressor), podendo atingir a pressões
acima de 25 bar. Operam com rotações entre 15000 a 100.000 rpm. Possuem resfriamen-
to de ar entre os estágios, o que aumenta bastante o rendimento. O eixo que suporta os
rotores é montado em rolamentos de esferas ou de cilindros.
Figura 3.7: Compressor radial centrífugo
E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A E M S I S T E M A S D E A R C O M P R I M I D O 49
As principais características desses compressores são:
■ produção de ar comprimido uniforme;
■ ar comprimido é produzido totalmente isento de óleo;
■ sensíveis a mudanças de carga e tensões; e
■ produzem altas vazões.
E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A E M S I S T E M A S D E A R C O M P R I M I D O50
4 Armazenamento do Ar Comprimido -Reservatórios
O compressor, usualmente, funciona fornecendo ar para um reservatório. Considera-se
que os resfriadores posteriores, ou aftercoolers, são parte integrante dos compressores.
As necessidades instantâneas de ar comprimido da instalação são cobertas pelo reserva-
tório, que, enquanto está cedendo ar para a instalação, permite que o compressor perma-
neça desligado ou funcione de modo contínuo, sem quedas bruscas de pressão.
A armazenagem compensa as flutuações no consumo e atende aos picos de consumo.
Como o motor elétrico é desligado poucas vezes, o seu desgaste é reduzido.
Em algumas instalações, vários reservatórios podem ser necessários. Instalações de
grande porte configuram casos em que se empregam vários reservatórios.
O volume do reservatório é determinado pela DLE do compressor, pelo sistema de
controle e pelo consumo de ar comprimido. Os reservatórios de ar comprimido desem-
penham tarefas importantes nos sistemas pneumáticos.
A tabela 4.1 mostra os volumes de reservatórios de ar comprimido normalmente usa-
dos nos Estados Unidos para as pressões de 3 a 8,5 bar e segundo a capacidade do com-
pressor de trabalhar de forma contínua. Geralmente, é o caso de compressores de para-
fuso. No caso de se usar o reservatório para controle de partidas e paradas automáticas,
sugere-se que o reservatório atenda à metade da capacidade, conforme indica a tabela.
Adiante, ao estudarmos o cálculo do volume dos reservatórios, veremos que esses volu-
mes indicados situam-se no limite inferior dos valores recomendados.
TA B E L A 4 . 1 - V O LU M E S D E R E S E R VAT Ó R I O S E P R E S S Õ E S D I S P O N Í V E I S
VOLUME (m3) m3 / min m3 / min
REGIME CONTÍNUO PARTIDA - PARADA
0,13 1,1 0,6
0,31 3,1 1,6
0,53 5,4 2,7
0,95 9,6 4,8
(continua)
E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A E M S I S T E M A S D E A R C O M P R I M I D O 51
TA B E L A 4 . 1 - V O LU M E S D E R E S E R VAT Ó R I O S E P R E S S Õ E S D I S P O N Í V E I S
VOLUME (m3) m3 / min m3 / min
REGIME CONTÍNUO PARTIDA - PARADA
1,60 16,2 8,1
2,69 27,2 13,6
4,23 60,0 30,0
6,24 88,3 44,2
8,79 125,0 62,5
11,98 170,0 85,0
Fonte: Rollins
Quando for fazer a escolha de um reservatório mas o volume encontrado nos cálculos
não se encontra dentro dos valores dos reservatórios disponíveis no mercado, utilize a re-
gra de escolher aquele que tenha um volume mais próximo do necessário. O maior cus-
to para fabricar um reservatório de volume não padronizado torna-se economicamente
inviável.
4.1 Funções dos reservatórios de ar comprimido
■ Redução da condição de pulsação do ar comprimido
Devido ao seu princípio de operação, os compressores de pistão fornecem uma vazão
pulsante. As flutuações na pressão, às vezes, prejudicam o funcionamento dos equipa-
mentos e dispositivos consumidores. Os instrumentos de controle de operação e medi-
ção reagem muito mal a estas flutuações e podem apresentar erros drásticos. Os reserva-
tórios são usados para balancear tais flutuações de pressão.
Nos compressores do tipo de parafusos, o aparecimento dos problemas citados acima
é muito reduzido, devido ao seu princípio de funcionamento na produção do ar compri-
mido.
(conclusão)
E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A E M S I S T E M A S D E A R C O M P R I M I D O52
■ Coleta do condensado
A compressão produz a umidade em forma de gotas de água (condensado). Esta água
é usualmente drenada de dentro do reservatório. Parte do calor gerado no ar devido à
compressão é retirado e cedido ao meio que envolve o reservatório pelas superfícies ex-
ternas do reservatório, e então o ar é resfriado. Esse resfriamento é que origina o fato de
grande parte do condensado ser precipitado nas paredes internas do reservatório. O con-
densado é coletado no fundo do reservatório e removido para o exterior por meio de um
conjunto adequado de drenagem.
Nos reservatórios cujas instalações na grande parte do tempo ficam sem funcionar, as
paredes poderão ter corrosão pelo condensado. A galvanização das superfícies em con-
tato com o condensado pode reduzir este problema. Porém, se o condensado é drenado
constante e regularmente, não é absolutamente essencial a galvanização. Quando o con-
densado contém concentrações de agentes agressivos, a galvanização é absolutamente
necessária.
■ Atender a picos de demanda
Para os sistemas usuários que apresentam ferramentas de uso esporádico, terminais
usados para limpeza ou equipamentos pneumáticos com consumos elevados mas que
funcionam por curto período, o volume de ar do reservatório é utilizado para minimizar
ou eliminar a necessidade de compressores de maior capacidade apenas para atender a
esses curtos períodos de demanda.
Em alguns casos justifica-se a aquisição de um ou mais compressores para atender
apenas a esse tipo de carga.
4.2 Instalação dos reservatórios
Os reservatórios de ar comprimido são absolutamente necessários em sistemas em
que os compressores têm funcionamento intermitente e com muitos tempos mortos. A
flutuaçãoda pressão não deve exceder a 20% da pressão máxima de operação (por
exemplo, em pressão máxima de 10 bar é permitida uma flutuação de até 2 bar). Caso
ocorram flutuações maiores, poderão ocorrer problemas estruturais, principalmente nas
partes soldadas do tanque, pelo aparecimento de tensões adicionais que levam a falhas
por fadiga. Para sistemas assim deverão ser usados reservatórios de construção especial.
RogerHenrique
Comentário do texto
RogerHenrique
Comentário do texto
E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A E M S I S T E M A S D E A R C O M P R I M I D O 53
■ Localização
O reservatório de ar comprimido deverá ser instalado em local fresco, de modo a per-
mitir que mais condensado seja precipitado no reservatório, o que reduzirá os custos de
instalação de dispositivos para a retirada de condensado ao longo da instalação pneumá-
tica.
Os reservatórios de ar comprimido devem ser instalados de maneira que possam ser
inspecionados e receber manutenção regular.
Os reservatórios deverão ser montados sobre bases de fundação adequadas. Deve ser
levado em conta que as tensões sobre as bases aumentam durante os testes hidrostáti-
cos quando o reservatório é cheio com água.
Os cuidados da localização e montagem devem levar em conta o perigo de acidente
para as pessoas e proteção contra colisão ou choques com outros equipamentos mecâ-
nicos.
■ Instrumentação e segurança dos reservatórios de ar comprimido
Sendo vasos de pressão, os reservatórios são calculados, projetados e construídos se-
guindo normas especificas dos países onde são fabricados. No Brasil, existem normas de
segurança (NR 13) e de cálculo que seguem de perto as normas de construção e projeto
da ASME.
Os operadores dos sistemas de ar comprimido devem ser treinados nas regras de se-
gurança existentes para vasos de pressão (NR 13).
Os reservatórios possuem vários orifícios, onde são fixadas várias conexões de tubula-
ções. Servem, também, para a instalação dos instrumentos necessários ao controle do sis-
tema. A figura 4.1 apresenta um exemplo de reservatório, contendo diversos acessórios.
E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A E M S I S T E M A S D E A R C O M P R I M I D O54
Figura 4.1 - Reservatório de ar comprimido com as conexões
1) pressostato –usado para controlar o funcionamento do compressor;
2) válvula de retenção (não retorno) – deverá ser instalada na linha de alimentação
que liga o compressor ao reservatório. (nos compressores a pistão, evita que o ar retorne
ao compressor quando este para de funcionar; nos compressores de parafuso, faz parte
integrante do compressor);
3) válvula de segurança – sua instalação nos reservatórios é exigência legal (se a pres-
são interna de operação do tanque alcançar valores acima de 10% da pressão máxima de
operação no reservatório, ela se abre e descarrega o excesso de pressão);
4) flange de controle – usado como orifício para se instalar um manômetro calibrado
para se fazer a inspeção no reservatório nos testes de pressão;
5) manômetro – mostra a pressão interna do reservatório;
E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A E M S I S T E M A S D E A R C O M P R I M I D O 55
6) válvula de bloqueio de esfera – usada para isolar o sistema de tubulações do reser-
vatório ou o compressor;
7) dreno de condensado – o condensado precipitado no reservatório deverá ser dre-
nado eficientemente para o coletor de condensado por meio deste dreno;
8) base para conexões – local para instalação de outros acessórios e válvulas;
9) abertura de inspeção – serve para verificar a limpeza e o interior do reservatório (seu
diâmetro mínimo é de prescrição legal); e
10) mangueira flexível de alta pressão – conecta o compressor ao reservatório e elimi-
na qualquer vibração no reservatório proveniente do compressor (com esta mangueira,
todo o sistema, a partir do compressor, ficará livre do aparecimento de defeitos causados
por vibrações).
Nem todos os equipamentos indicados são obrigatórios, mas seu uso é recomendado.
Válvula de segurança
A presença da válvula de segurança é exigência de lei. Se a pressão interna no reserva-
tório PN (pressão do sistema) aumenta para valores superiores aos da pressão prescrita
(por exemplo, a pressão máxima do compressor é 10 bar, e a pressão do tanque supera
esse valor), a válvula de segurança abre-se lentamente.
Se a pressão do sistema aumenta 10% acima da pressão nominal (por exemplo, pres-
são do tanque 11 bar, pressão na válvula de segurança 12,1 bar), a válvula de segurança
abre-se totalmente e deixa o ar fluir para o ambiente, eliminando o excesso de pressão. A
válvula de segurança deverá ter diâmetro de abertura suficiente para que não haja em
momento algum restrição ao escape do excesso de pressão.
A cada vez que a rede de distribuição de ar cresce ou o número de compressores au-
menta, a válvula de segurança deverá ser atualizada, pois se, por acaso, ela não funcionar
há perigo de explosão do reservatório.
4.3 Volume dos reservatórios (VR)
Diversas são as indicações para o cálculo do volume do reservatório. Como descrito no
início do capítulo, o volume depende dos mecanismos de controle e automação, do tipo
E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A E M S I S T E M A S D E A R C O M P R I M I D O56
de compressor empregado e do regime de funcionamento.
O reservatório deve ter capacidade suficiente para atender a cargas instantâneas, ele-
vadas ou esporádicas.
O tamanho do reservatório e o número de partidas por hora permitidas para motores
de compressores (TC) são variáveis que se relacionam. A fórmula 4.2 representa uma re-
gra prática recomendada por um fabricante de sistemas de ar comprimido.
Algumas regras práticas indicadas na literatura recomendam:
■ Volume de 10% a 100% da vazão em m3/min que o sistema deve atender (VR = 0,1 a 1
x Q), em que Q é a demanda do sistema.
■ Para sistemas com consumo constante, geralmente, compressores a parafuso, VR =
DLE / 3.
■ Para sistemas com consumo intermitente, geralmente, compressores a pistão, VR =
DLE.
■ VR = Q . t /�P (4.1)
t é o tempo que o reservatório pode fornecer ar comprimido para não ocorrer queda
excessiva de pressão ou para evitar partidas freqüentes do motor e, conseqüentemente,
sobreaquecimento deste.
�P é a diferença de pressão inicial e final do reservatório ou de acionamento do com-
pressor.
■ VR = DLE . F / (TC . �P) (4.2)
F = 5 para compressores de parafuso; e
F = 15 para compressores a pistão.
■ VR = DLE x 60 x [D/DLE - (D/ DLE)2] / [Tc x (Pmáx - Pmin)] (4.3)
VR = Volume do reservatório de ar comprimido, em m3;
DLE = Vazão do(s) compressor(es), em m3/min;
E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A E M S I S T E M A S D E A R C O M P R I M I D O 57
D = Demanda necessária, em m3/min;
Tc = Taxa de ciclos seguidos do motor, 1/h;
Pmáx = Pressão de desligamento do compressor, em bar; e
Pmin = Pressão de religamento compressor, em bar.
Sistemas funcionando com compressores a pistão requerem reservatórios maiores
para permitir melhor equalização do fluxo de ar, evitando-se os pulsos de ar gerados nes-
se tipo de compressor.
DICA: Quanto maior o diferencial de pressão permitido, menor será o reservatório ou
menos tempo o compressor irá funcionar.
Caso se queira reduzir o tempo em alívio dos compressores, isto é, economizar ener-
gia, deve-se aumentar o tamanho dos reservatórios e/ou aumentar o diferencial de pres-
são, reduzindo a pressão de entrada em operação, se for possível.
Exemplo
Uma instalação com três compressores trabalhando entre 8 e 7 bar (�P = 1), cada um
com DLE de 2 m3/min (33,33 l/s), a 8 bar, reservatório de 3.000 l e temperatura ambiente
de 30°C. TC = 12, isto é, os motores de acionamento possuem ciclos mínimos de 5 minu-
tos, potência em carga de 12 kW e em alívio de 2,5 kW. O sistema demanda 3,6 m3/min
(60 l/s) em média, masapresenta uma demanda adicional de 2,4 m3/min (40 l/s) durante
20 segundos a cada 10 minutos. Dois compressores estão regulados para, ao atingir a
pressão de 8 bar na rede de ar, entrarem em alívio, assim permanecendo até que a pres-
são reduza a 7 bar. Se após 5 minutos a pressão não atingir esse valor, eles são desligados.
O outro compressor, que está regulado para uma faixa de pressão maior, trabalha conti-
nuamente, conforme verificado. O sistema funciona 24 h/dia, 720 h/mês. Verificar as op-
ções de otimização atuando no tamanho do reservatório e/ou no diferencial de pressão.
E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A E M S I S T E M A S D E A R C O M P R I M I D O58
Considerações iniciais:
Figura 4.2 - Croqui do exemplo
O sistema demanda 100 l/s por 20 s a cada 10 minutos e 60 l/s no tempo restante.
O reservatório abastece o sistema. Quando a pressão atinge 8 bar, os compressores 2
e 3 entram em alívio, até que a pressão atinja 7 bar.
Verifiquemos o ciclo de funcionamento do sistema, partindo do reservatório cheio
(P1 = 8 bar; V1 = 3 m
3; ρ1 = 10,47 kg / m3) para a situação de acionamento dos dois com-
pressores (P2 = 7 bar ; V2 = 3 m
3; ρ2 = 9,31 kg / m3).
Da equação geral dos gases P. V = m . R . T (4.4)
R = constante do ar
m = ρ . V (4.5)
O volume permanece o mesmo, mas a massa varia. Considerando que a temperatu-
ra será a restabelecida e constante, podemos escrever que:
P / m = constante 
E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A E M S I S T E M A S D E A R C O M P R I M I D O 59
Logo: P1 / m1 = P2 / m2 m2 = P2 . m1 / P1 m2 = P2abs . ρ1 . V1 / (P1abs . ρ2) 
(4.6)
Utilizando os dados, temos que m1 = 31,42 kg e m2 = 27,93 kg.Teremos as seguintes
situações, num ciclo:
t0 – reservatório a 8 bar, compressor 1 com vazão de 33,33 l/s e demanda do sistema
de 100 l /s, reservatório perdendo massa.
t1 - ao se perder 3,49 kg de ar, os compressores 2 e 3 serão acionados - demanda e
produção iguais a 100l/s.
t2 - até os 20s, a pressão do reservatório ficará constante.
t3 - Retornando a demanda para 60 l/s, os 40 l/s excedentes “encherão” o reservató-
rio de novo até a pressão de 8 bar, entrando os dois compressores em alívio.
t4 - haverá uma demanda excedente de 26,67 l/s (60 – 33,33), que “esvaziará” o reser-
vatório até 7 bar. Os compressores 2 e 3 serão acionados - produção igual a 100l/s. Vol-
ta à situação t3. Esse ciclo (t3 - t4 - t3) permanece até completar 10 minutos, quando se
reinicia o ciclo de t0 a t4.
Devido à variação de massa específica durante os ciclos, usaremos valores médios.
A tabela 4.2 resume a situação encontrada.
T A B E L A 4 . 2 – S I T U A Ç Ã O E N C O N T R A D A
t0 t1 t2 t3 t4
t (s) 0 3,3 20 25,4 33,6
Q (l/s) 100 100 100 60 60
P (bar) 8 7 7 8 7
DLE (l/s) - C1 33,33 33,33 33,33 33,33 33,33
DLE (l/s) - C2 0 33,33 33,33 33,33 0
DLE (l/s) - C3 0 33,34 33,34 33,34 0
C2 e C3 - sem carga sem alívio Total ciclos
(continua)
E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A E M S I S T E M A S D E A R C O M P R I M I D O60
T A B E L A 4 . 2 – S I T U A Ç Ã O E N C O N T R A D A
t0 t1 t2 t3 t4
após 20 s. 5,4 8,2 13,6 42,7
em 10 min. 248,8 351,2 600,0
41% 59% 100%
Potência - kW 12 2,5
Consumo* total 15804,1 2107,5 17912 kWh
*inclui C1
Com a proposta de operar apenas dois compressores, mantendo um de reserva, con-
forme a tabela 4.3 apresenta. Nesse caso, propõe-se que t1 coincida com t2, para evitar
que C3 opere.
T A B E L A 4 . 3 - S I T U A Ç Ã O P R O P O S T A
t0 t1 t2 t3 t4
t (s) 0 20,0 20 120,1 145,1
Q (l/s) 100 100 100 60 60
P (bar) 8 ? ? 8 ?
DLE (l/s) - C1 33,33 33,33 33,33 33,33 33,33
DLE (l/s) - C2 33,33 33,33 33,33 33,33 0
DLE (l/s) - C3 0 0
C1 e C2 - s em carga s em alívio Total ciclos
após 20 s. 100,1 25,0 125,1 4,6
em 10 min. 464,1 135,9 600,0
77% 23% 100%
Potência - kW 12 2,5
Consumo* total 15323,2 407,7 15731 kWh
*inclui C1
(conclusão)
E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A E M S I S T E M A S D E A R C O M P R I M I D O 61
Para conseguirmos esse ciclo de operação, podemos reduzir a pressão mínima do
sistema ou aumentar o volume do reservatório, ou ambos.
As três soluções encontradas são apresentadas na tabela 4.4. Elas foram obtidas va-
riando-se a pressão e/ou o volume do reservatório de modo a obter-se t1 = 20 s. Nes-
se tempo, haverá uma “fuga” de 666,67 l (20 x 33,334), que, multiplicada pela massa es-
pecífica média (tabela 7.6), representa a massa que o reservatório poderá perder e
manter a condição proposta.
T A B E L A 4 . 4 – A L T E R N A T I V A S E N C O N T R A D A S
ALTERNATIVA VOLUME DO PRESSÃO MÍNIMA
RESERVATÓRIO – m3 - bar
1 – redução da pressão 3,0 5
2 – aumento do reservatório 9,2 7
3 – ambas 4,6 6
Caberá ao pessoal do processo verificar se é possível reduzir a pressão sem prejudi-
car a produção. Quaisquer das soluções promoverá uma economia de 12% do consu-
mo de energia e poderá reduzir a demanda em até 12 kW.
Existem outras soluções: utilizando ou não o terceiro compressor; atuando no tem-
po de alívio; e automatizando o funcionamento dos compressores com a demanda. Há
outras que não são o objetivo do tema estudado.
O arquivo “exerciciocap4”, que consta no CD que acompanha este documento, apre-
senta as planilhas usadas no cálculo.
E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A E M S I S T E M A S D E A R C O M P R I M I D O62
5 O Tratamento do Ar Comprimido
Os equipamentos mais modernos que utilizam ar comprimido exigem que este esteja
completamente livre de impurezas, seco (isento de água) e, em certas aplicações, até es-
terilizado. As impurezas contidas no ar atmosférico são normalmente invisíveis a olho nu.
Elas podem danificar e reduzir a performance de funcionamento dos equipamentos
pneumáticos, podendo até, em certos casos, provocar falhas nos produtos finais do usu-
ário / industria.
Em média, 1 m3 de ar atmosférico contém mais de 180 milhões de partículas, de tama-
nhos que se distribuem entre 0,01 e 100 µm, e contém de 5 a 40 g/m3 de água. Também,
é comum existir material oleoso na base de 0,01 a 0,03 mg/m3 em suspensão na forma de
aerossóis e de hidrocarbonetos gasosos. Em certos locais, também são encontrados tra-
ços de material pesado, tais como: chumbo, cádmio, mercúrio e ferro.
Quando o ar é comprimido, o volume ocupado pelo ar é reduzido e a concentração
dessas impurezas aumenta bruscamente. Por exemplo, na compressão de ar a 10 bar a
concentração de impurezas aumenta 11 vezes. Assim, o volume de 1m3 de ar comprimi-
do nesta pressão conterá cerca de 2 bilhões de partículas.
5.1 Benefícios obtidos com o tratamento do ar comprimido
■ aumento da vida útil dos equipamentos consumidores de ar comprimido;
■ melhoria na qualidade do produto final;
■ isenção de condensado e sujeiras nas tubulações pneumáticas;
■ redução de problemas mecânicos por mau funcionamento, causado por essas sujeiras;
■ redução de custos com a aquisição de dispositivos de coleta e a eliminação de con-
densado das linhas;
■ redução dos tempos mortos, devido à manutenção corretiva;
E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A E M S I S T E M A S D E A R C O M P R I M I D O 63
■ redução de perdas de pressão na distribuição de ar, por eliminar as resistências ao es-
coamento do ar; e
■ redução do consumo de energia, que é diretamente ligada à perda de pressão.
5.2 Conseqüências do tratamento ineficiente do ar comprimido
A presença das impurezas e de água no ar atmosférico admitidas no sistema de com-
pressão poderão causar problemas em diversas partes do sistema de ar comprimido. Por
exemplo: aumentar o desgaste das tubulações e nos equipamentos consumidores e ge-
rar a possibilidade de redução da qualidade dos produtos do processo fabril. Em algumas
aplicações, o uso do ar comprimido sem o devido tratamento

Outros materiais