Dimensionamento do ar de instrumento
Muitas vezes precisamos dimensionar o consumo e ou capacidade minima necessária de um sistema de ar de instrumento como já apresentado Projetando ar de instrumento (parte I) . Dando sequência estarei compartilhando como fazer esse dimensionamento. Nos sistemas de geração de ar normalmente o ponto mais critico é o compressor de ar por esse esse na maioria dos casos o elemento mais utilizado para alimentação:
- Ar de instrumento (para instrumentação ou ar de alimentação para gerador de nitrogênio)
- Ar de Utilidade (para estação de serviço)
PREMISSAS PARA DIMENSIONAR CONSUMO DE AR PARA INSTRUMENTAÇÃO
O ar de instrumento é necessário na operação da válvula de controle , da válvula ON/OFF e cilindros pneumáticos. As regras abaixo são usadas para calcular a necessidade de ar de instrumento para instrumentação:
- Válvula de controle (CV) – condição de estado estacionário: 1 scfm=28.3 l/min/ válvula
- Válvula de controle (CV) – condição transitória: 6,25 scfm = 177 l/min / válvula
- Válvula de desligamento (SDV) – condição de estado estacionário: 0 scfm
- Válvula de desligamento (SDV) – condição transitória: 4,8 scfm =136l/min / válvula
Nota: Os dados apresentados são considerados para projetos básicos, desta forma deve ficar claro que em projetos especiais as premissas devem esta de acordo com as aplicações… Devendo ficar claro que as taxas de consumo de ar certamente serão diferentes dos apresentados.
Aqui está o cálculo do requisito de ar de instrumento:
- Ar de instrumento (demanda normal, scfm) = 95% CV em estado estacionário + 5% CV em transitório + 10% SDV em transiente
- Ar de instrumento (demanda de pico, scfm) = 70% CV em estado estacionário + 30% CV em transiente + 20% SDV em transiente
REQUISITO DE AR DE INSTRUMENTO PARA ALIMENTAÇÃO DO GERADOR DE NITROGÊNIO
A alimentação de ar para o gerador de nitrogênio é geralmente do secador de ar do instrumento. A necessidade de alimentação depende da pureza necessária do nitrogênio. Quanto maior a pureza, maior a taxa de fluxo de ar de instrumento para o gerador de nitrogênio. A necessidade de entrada de ar comprimido para o gerador de nitrogênio é expressa como fator de ar . Para regra geral:
- Pureza do nitrogênio 99,5%: fator do ar 2,9
- Pureza do nitrogênio 99%: fator de ar 2,5
- Pureza do nitrogênio 98%: fator de ar 2.3
- Pureza do nitrogênio 97%: fator de ar 2.1
- Pureza do nitrogênio 95%: fator de ar 1.9
DIMENSIONAMENTO DO SECADOR DE AR DE INSTRUMENTO E CAPACIDADE DO COMPRESSOR
Depois de definir a necessidade de ar com base em sua finalidade, esta é a etapa para determinar a capacidade do secador de ar do instrumento:
- Calcule o ar de instrumento necessário para o gerador de nitrogênio com base em sua pureza
- Calcule o ar seco necessário = ar para instrumentação + ar de instrumento para gerador de nitrogênio
- Calcule o ar necessário para o secador de ar dos instrumentos, considerando a perda de ar para regeneração. Geralmente é 1,15 vezes o valor da Etapa 2
- Calcule a capacidade do compressor de ar = valor da Etapa 3 mais o requisito de ar da concessionária
NOTA: Você também pode adicionar fator de segurança de 20%.
EXEMPLO
Consideremos a seguinte situação para exemplo:
- Válvulas de controle: 150 unidades
- Válvula de On/Off(SDV’s/BDV’s/XV’s): 250 unidades
- Capacidade do pacote do gerador de nitrogênio: 125 scfm com pureza de 98%
- Número da mangueira utilitária: 100 unidades
Requisito de ar de instrumento
Ar de instrumento (demanda de pico, scfm) = 70% CV em estado estacionário + 30% CV em transiente + 20% SDV em transiente
Ar de instrumento (demanda de pico) = {[70% x (150 x 1 scfm)] + [30% x(250 x 6,25 scfm)] + [20% x (250 x 4,8 scfm)]
Ar de instrumento (pico de demanda) = 175 +469+240 = 884 scfm = 25.000 m³/h
Requisito de utilitário de ar
Requisito de ar de serviço = número de mangueira x 0,5 scfm
Requisito de ar de serviço = 100 x 0,5 scfm = 50 scfm
Então, podemos continuar usando as quatro etapas acima.
- Ar de instrumento para pacote gerador de nitrogênio = 2,3 (fator de ar para 98% de pureza) x capacidade do pacote gerador de nitrogênio = 2,3 x 50 scfm = 115 scfm
- Requisito de ar seco = ar seco para instrumentação + ar seco para pacote de gerador de nitrogênio = 884 scfm +115 scfm = 999 scfm
- Secador de ar para instrumentos = 1,15 x 999 = 1149 scfm
- A capacidade do compressor = seco requisito ar requisito + ar utilidade = 1149 + 115 scfm = 1254
Posicionadores de válvulas de controle
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