Fórmula de cálculo da taxa de conversão térmica do compressor de ar

Significado básico da taxa de conversão térmica do compressor de ar

Durante o funcionamento do compressor de ar, a energia elétrica introduzida é convertida em calor por meio de processos como compressão, atrito, dissipação térmica pelo circuito de lubrificação e sistema de refrigeração. Ao analisar a taxa de conversão térmica, costuma‑se considerar a relação entre o calor recuperável e a energia fornecida. Esse indicador pode ser utilizado para avaliar cenários de eficiência energética, tais como a recuperação de calor residual, a redução da temperatura na sala de máquinas ou a produção de água quente.

Fórmula de cálculo geral

Taxa de conversão térmica = Calor recuperável ÷ Energia de entrada × 100%

Se considerarmos o período de tempo, a energia de entrada pode ser representada pelo consumo elétrico do compressor de ar durante o respectivo intervalo; já o calor recuperável corresponde ao calor removido pelo meio de resfriamento e passível de aproveitamento. A fórmula pode ser expressa da seguinte forma:

• Taxa de conversão térmica η = Qrecuperado ÷ Ein × 100%
• Ein = P × t, onde P é a potência de entrada e t é o tempo de operação.
• O Qrecover deve ser calculado em conjunto com ar quente, água quente ou outros métodos de troca de calor, avaliando‑os separadamente.

Na realização dos cálculos, deve‑se manter a unidade de medida uniforme; por exemplo, convertem‑se todos os valores para joules ou quilowatt‑horas.

Cálculo do cenário de recuperação de água quente

Quando o calor residual do compressor de ar é utilizado para aquecer água, a quantidade de calor recuperada pode ser calculada com base na vazão mássica da água, no calor específico e na diferença de temperatura entre a entrada e a saída da água:

Qágua = m × c × ΔT

• m: massa da água aquecida, ou taxa de fluxo mássico por unidade de tempo
• c: capacidade calorífica específica da água, devendo ser adotado o valor usualmente utilizado em engenharia para essa propriedade.
• ΔT: diferença entre a temperatura da água de saída e a temperatura da água de entrada

Se for calculada a potência térmica por unidade de tempo, pode‑se substituir a massa pela vazão mássica, obtendo‑se a quantidade de calor recuperada por unidade de tempo.

Cálculo do cenário de recuperação de ar quente

Quando o objeto de recuperação é o ar quente resfriado, pode‑se realizar a estimativa com base na vazão de ar, na densidade do ar, na capacidade calorífica específica a pressão constante e na diferença de temperatura:

Qair = ρ × L × cp × ΔT

• ρ: densidade do ar, influenciada pela temperatura e pela pressão
• L: Vazão volumétrica
• cp: capacidade calorífica específica a pressão constante do ar
• ΔT: diferença entre a temperatura do ar de exaustão e a temperatura do ar de entrada

A recuperação de ar quente é frequentemente utilizada na ventilação de salas de equipamentos, no aquecimento invernal ou no pré-aquecimento de processos; a quantidade efetiva de calor aproveitável é influenciada pela resistência do duto de ar, pelas perdas por mistura e pela eficiência da troca térmica.

Método de determinação da energia de entrada

A energia de entrada deve ser baseada em dados medidos; entre as abordagens mais comuns, destacam‑se a leitura do medidor de energia elétrica, do medidor de potência ou dos registros de consumo no sistema de controle. Caso se opte por uma estimativa teórica, pode‑se considerar a potência nominal do equipamento e as condições de carga; porém, é recomendável evitar substituir o consumo real pela potência de plena carga, pois isso pode acarretar desvios nos resultados.

Fatores principais que influenciam a taxa de conversão térmica

• Tipo de compressor de ar, taxa de carga e condições de operação
• Modo de resfriamento, por exemplo, arrefecimento a ar, a óleo ou a água
• Localização de instalação do dispositivo de recuperação de calor residual e trajetória de troca térmica
• Isolamento de tubulações, vazão de fluidos e estabilidade da diferença de temperatura
• A disponibilidade contínua de calor e a compatibilidade do lado de utilização do calor

Recomendações de uso

Ao realizar o cálculo da eficiência energética, recomenda-se desmembrar a taxa de conversão térmica em três componentes — a fração teórica de geração de calor, a fração recuperável e a fração efetivamente utilizada — para análise separada. Caso seja destinado à aceitação do projeto ou à avaliação de intervenções de eficiência energética, devem ser registrados dados de campo, como o tempo de operação, o consumo de energia elétrica, a vazão e as temperaturas de entrada e saída, mantendo‑se o processo de cálculo para fins de verificação.