Formas de sair da crise energética

A saída para a crise energética deve ser acompanhada pela implementação consistente de todas as economias potenciais. Isso exige muito empenho e cooperação com empresas que oferecem soluções que permitam mitigar aumentos extremos nos custos de fornecimento de gás e eletricidade, mesmo a curto prazo.

Ao buscar possíveis economias, o fornecimento de ar comprimido, indispensável para a indústria, destaca-se, pois essa forma de energia é produzida pelas próprias empresas e, portanto, seus custos podem ser influenciados diretamente.

Para concretizar essas reduções de custos, são necessários especialistas em vários níveis, desde a geração e purificação até a distribuição e a garantia da qualidade do ar comprimido no ponto de uso. Por exemplo, a Donaldson, uma das principais fabricantes de filtros, conseguiu economizar 460.000 kWh de eletricidade no ano fiscal de 2021 por meio de ações direcionadas ao fornecimento de ar comprimido em suas fábricas americanas (fonte: Relatório de Sustentabilidade da Donaldson, Ano Fiscal de 2021). Tradicionalmente, os esforços de economia têm se concentrado nos compressores de ar. O consumo de eletricidade desses equipamentos é fácil de monitorar, e os avanços tecnológicos em compressores e seus controles parecem estar atingindo seus limites em termos dos princípios de projeto significativos relacionados à redução da demanda de eletricidade.

Então, por onde você começaria se a geração de última geração fosse praticada, os dados fossem registrados digitalmente e até mesmo os vazamentos fossem controlados com sucesso em uma rede de ar comprimido bem projetada (Fig. 1)?

Prevenir perdas de pressão é uma tarefa permanente e um dos parâmetros mais eficazes para alcançar maior eficiência energética. E a tecnologia de filtragem desempenha um papel decisivo nisso. Mesmo uma filtragem de ar de admissão aprimorada (Fig. 2) influencia os componentes do filtro a jusante (Fig. 3) durante o processo de compressão e, portanto, também a purificação do ar comprimido. Quando o fluido energético "ar comprimido" chega aos atuadores, aos elementos de controle pneumático e, em muitas áreas de aplicação, à sua função como ar de processo, pode-se presumir a presença de, no mínimo, seis a várias centenas de filtros específicos para cada aplicação. E cada etapa de filtragem implica em perda de pressão, que é compensada pela maior demanda de energia dos compressores.

A influência da tecnologia de filtragem na necessidade de energia não deve, portanto, ser subestimada. A área de pesquisa e desenvolvimento da Donaldson reconheceu desde muito cedo que a interação entre o desempenho da filtração e a pressão diferencial pode ser projetada por meio da estrutura do meio filtrante, de forma a alcançar um potencial significativo de economia de energia.

Os fatores de sucesso da tecnologia UltraPleat™...

A tecnologia de filtração UltraPleat (Fig. 4) utiliza uma nova estrutura de fibras revestidas de alta tecnologia, que são processadas em um meio filtrante plissado com alta eficiência de separação de partículas líquidas e grande capacidade de absorção de partículas sólidas. A estrutura multicamadas do novo meio filtrante foi projetada para proporcionar condições fluidicas ideais e, ao mesmo tempo, uma área de superfície de filtragem mais de 400% maior do que a dos meios filtrantes convencionais.

Para a separação de aerossóis de óleo, uma eficiência de ≥ 99,9% é alcançada de acordo com a norma ISO 12500-1:2007. Os dados de desempenho do filtro de acordo com a ISO 12500-1 e ISO 12500-3:2009 também foram validados por um instituto independente de pesquisa ambiental e energética. O fato de ter sido possível alcançar esse alto desempenho de filtragem e, ao mesmo tempo, reduzir a pressão diferencial em mais 50% ressalta o desenvolvimento bem-sucedido dessa tecnologia de filtragem para aumentar a eficiência energética e conservar recursos (Fig. 5). Um exemplo simples de cálculo demonstra a grande vantagem econômica dessa tecnologia: Uma redução de apenas 300 mbar na pressão diferencial durante 8.000 horas de funcionamento permite poupar cerca de 4.700 € por filtro UltraPleat por ano (pressão da rede de 7 bar, potência instalada do compressor de 110 kW, 0,18 €/kWh).

...e carcaças de filtro com fluxo otimizado e economizador

A alta eficiência dos elementos filtrantes inovadores é totalmente aproveitada nas carcaças dos filtros com fluxo otimizado. No entanto, um pré-requisito para isso é o monitoramento contínuo da pressão diferencial durante toda a vida útil dos elementos filtrantes de coalescência ou de partículas. Devem ser substituídos quando os custos energéticos do aumento da pressão diferencial devido ao desempenho da filtragem atingirem os custos de investimento em um novo elemento filtrante. A indicação do tempo de substituição mais econômico é fornecida na versão padrão pelo economizador ou pelo economizador (Fig. 6), que mede continuamente a pressão diferencial. O microprocessador integrado avalia os dados medidos e compara o aumento dos custos de energia devido à queda de pressão com os custos de um novo elemento filtrante. O tempo de substituição mais econômico, calculado dessa forma, é indicado por diodos emissores de luz e — se os requisitos de controle digital e manutenção permitirem — transmitido ao sistema de controle de nível superior da estação de ar comprimido.

Fluxos de grande volume exigem soluções individuais.

Para fluxos de ar comprimido maiores, que exigem soluções individuais com invólucros adaptados à aplicação (Fig. 7), surge a questão de saber se os resultados de medição da série padrão DF-UltraPleat podem ser "ampliados". Wolfgang Bongartz, gerente de engenharia da Donaldson em Haan, comenta: "Como existem bancadas de teste disponíveis em institutos independentes, mesmo para grandes capacidades de filtragem, temos um banco de dados confiável. A estrutura dos filtros foi otimizada para os diferentes níveis de filtragem. Com a validação dos novos elementos de acordo com as normas ISO 12500-1 e 12500-3, há uma comparabilidade abrangente dos dados de desempenho. Para o usuário, isso se traduz em uma longa vida útil para o elemento filtrante com pressão diferencial consistentemente baixa - o parâmetro decisivo para a economia de energia."

Extrapolando para os muitos milhões de filtros de ar comprimido usados em todo o mundo, este é um fator para a redução da poluição por CO2  que não deve ser subestimado, e a "eletricidade verde" também não é gratuita (Fig. 8).

Como as secadoras alcançam alto desempenho e, ao mesmo tempo, economizam energia.

Somente tecnologias de filtragem sofisticadas podem alcançar a secagem necessária do ar comprimido até a filtragem estéril no ponto de consumo. Os conceitos de tratamento adaptados à aplicação, que cumprem os requisitos da ISO 8573-1:2010 com classes de qualidade 1-2:1-2:1-2 e 0, utilizam sistemas de secagem equipados com filtros economizadores de energia UltraPleat (Fig. 9).

Para a utilização econômica de secadores por adsorção, a seleção do processo de regeneração, considerando as condições de operação, é de importância decisiva. Se houver calor disponível no compressor, ele poderá ser usado economicamente para regeneração no chamado processo de Calor de Compressão (HOC). O tempo de ciclo aqui é de 3,5 a 5,5 horas. Caso haja disponibilidade de calor de processo, é possível obter uma melhoria adicional no balanço energético.

Para alta qualidade do ar comprimido no ponto de consumo.

Se, por exemplo, uma qualidade de ar comprimido particularmente elevada, correspondente às classes de qualidade de ar comprimido de acordo com a norma ISO 8573-1:2010, não for exigida para todos os consumidores, isso terá impacto no projeto do sistema central de tratamento e da rede de ar comprimido. Níveis de qualidade particularmente elevados podem então ser alcançados de forma mais económica no ponto de consumo, utilizando o sistema de purificação Ultrapac™ Smart (Fig. 10). Estão disponíveis dez tamanhos com vazões nominais de 5 a 100 m³/h. O pré-filtro UltraPleat integrado retém partículas sólidas e sólidos em suspensão, bem como aerossóis líquidos (óleo/água). O secador por adsorção absorve umidade até um ponto de orvalho sob pressão de -70 °C / -94 °F, com 70% da carga nominal (padrão -40 °C / -40 °F). Na etapa final, as partículas sólidas restantes, com tamanho de até 0,01 μm, são retidas no pós-filtro UltraPleat integrado.

Conclusão

No caminho para uma produção neutra em carbono, a filtragem de ar comprimido e gases é um fator que pode ser influenciado positivamente. Com meios filtrantes inovadores e carcaças de filtro com fluxo otimizado, é possível alcançar um alto potencial de economia de energia. Utilizando apenas um filtro economizador de energia de última geração, os custos de energia podem ser reduzidos em cerca de € 4.700,00 por ano, considerando um preço da eletricidade de € 0,18/kWh. A elevada procura por ar comprimido tem um impacto particular na indústria de processos. Centenas de milhares de filtros são usados em todo o mundo para gerar a alta qualidade de ar comprimido exigida pela ISO 8573-1:2010 com classes de qualidade 1-2:1-2, bem como 0. - Um fator notável na redução da poluição por CO2!