Vazamento de ar comprimido: quanto custa cada furo

O ar comprimido parece de graça porque sai de uma tubulação que está sempre lá. Na prática, cada metro cúbico que escapa por um engate frouxo ou por uma mangueira rachada foi produzido por um compressor movido a energia elétrica, e essa energia entra na conta todo mês. O vazamento de ar não suja o piso, não cheira e quase não se ouve com a fábrica funcionando. Por isso ele cresce sem ninguém perceber.

Neste artigo mostramos como estimar o custo de cada vazamento, em m³/h, kWh e reais por ano, e por que a ordem do conserto faz tanta diferença.

O tamanho do problema

Segundo o Departamento de Energia dos EUA (DOE), na Compressed Air Tip Sheet #3 (2000), vazamentos frequentemente desperdiçam de 20% a 30% da produção do compressor. A mesma publicação considera razoável, para instalações industriais, uma meta de vazamento entre 5% e 10% da vazão total do sistema.

O DOE lista também os pontos onde o vazamento costuma aparecer: engates e conexões rápidas, mangueiras, tubos, roscas e vedantes, flanges, gaxetas, válvulas, conjuntos de filtro, regulador e lubrificador, equipamentos no ponto de uso e drenos de condensado. Este último item merece atenção: o dreno automático de filtro ou de reservatório que trava aberto (o "purgador de compressor", como muita gente chama) sopra ar o tempo todo.

Além da energia, o vazamento derruba a pressão da rede. A ferramenta pneumática perde força, o operador pede mais pressão, a manutenção sobe o ajuste do compressor e o vazamento aumenta, porque a vazão por um furo cresce com a pressão.

Como se calcula a vazão de um furo

Acima de cerca de 0,9 bar manométrico, o ar escapa por um orifício em escoamento crítico: a velocidade na saída chega ao limite e a vazão passa a depender só da pressão a montante e da área do furo. Duas consequências práticas, ambas registradas pelo DOE (2000):

• a vazão é proporcional ao quadrado do diâmetro, então um furo com o dobro do diâmetro vaza quatro vezes mais;
• a vazão cresce com a pressão absoluta da rede, então reduzir a pressão reduz o vazamento.

Nas nossas estimativas usamos a fórmula de escoamento crítico para o ar, com coeficiente de descarga de 0,61, que é o fator indicado pelo DOE para orifícios de aresta viva. A vazão é expressa em m³/h de ar livre (ar nas condições do ambiente, a 1,013 bar e 20 °C). Para converter em energia, adotamos 0,11 kWh por m³ de ar livre, um valor típico para compressores trabalhando perto de 7 bar. Ele é coerente com o exemplo do próprio DOE, que considera 18 kW para cada 100 pés cúbicos por minuto, o equivalente a cerca de 0,106 kWh/m³.

Tabela de vazamento por diâmetro a 7 bar

Para conferir a fórmula com a referência: a tabela do DOE dá 104 pés cúbicos por minuto para um orifício de 1/4" (6,35 mm) a 100 psig (6,9 bar), antes do fator de aresta viva. Isso equivale a 176,7 m³/h, e o nosso cálculo, com o mesmo diâmetro, a mesma pressão e coeficiente 1, dá o mesmo valor.

Por que o furo grande vale mais que dez pequenos

Como a vazão cresce com o quadrado do diâmetro, um único furo de 5 mm vaza o mesmo que 25 furos de 1 mm. Uma mangueira rachada ou um engate rápido danificado pode custar mais do que todos os chiados pequenos de um galpão inteiro.

O DOE (2000) mostra isso com um exemplo: uma planta com 100 vazamentos de 1/32", 50 de 1/16" e 10 de 1/4" gastava US$ 57.069 por ano, considerando 7.000 horas e US$ 0,05 por kWh. Os 10 vazamentos maiores respondiam por quase 70% desse valor. A lição para a manutenção é direta: com tempo e equipe limitados, comece pelos maiores.

Como encontrar os vazamentos

O DOE afirma que a melhor forma de detectar vazamentos é um detector acústico ultrassônico, que capta o chiado de alta frequência do ar escapando mesmo com o barulho da fábrica. A alternativa simples é a água com sabão aplicada com pincel. Funciona, mas é lenta e só serve para pontos acessíveis.

Há também um teste barato que dá a ordem de grandeza do problema: com a produção parada e todos os consumidores fechados, deixe o compressor pressurizar a rede e observe quanto tempo ele passa em carga. Tudo o que ele produz nessa condição está indo embora pelos vazamentos.

Etiquetar, priorizar, consertar e conferir

Consertar uma vez só não resolve, porque novos vazamentos aparecem toda semana. O DOE recomenda um programa com cinco etapas: identificar e etiquetar, acompanhar, reparar, verificar e envolver a equipe. Na prática, sugerimos:

1. Percorrer a rede com o ultrassom e etiquetar cada vazamento no local, com número.
2. Registrar em planilha o número, a localização, o tipo de ponto (engate, mangueira, válvula, dreno) e a vazão estimada.
3. Ordenar a lista pelo custo anual estimado e consertar de cima para baixo.
4. Voltar com o ultrassom depois do reparo e dar baixa na etiqueta só quando o ponto estiver silencioso.
5. Repetir a varredura periodicamente e acompanhar a tendência.

Uma observação sobre escopo: a avaliação completa de um sistema de ar comprimido tem norma própria, a ISO 11011:2013, que olha suprimento, distribuição e demanda. A detecção e a quantificação de vazamentos cobrem uma parte desse quadro, justamente a que costuma dar retorno mais rápido.

Depois dos reparos, vale reavaliar o ajuste de pressão dos compressores. Uma rede sem vazamentos costuma funcionar bem com pressão menor, e cada bar a menos reduz a vazão dos vazamentos que restarem.

Para fazer a conta com a pressão e a tarifa da sua planta, use a calculadora de vazamento de ar comprimido. Se a rede é extensa, a detecção de vazamentos por ultrassom entrega a lista etiquetada e priorizada, com o custo estimado de cada ponto.

Se quiser conversar sobre a rede de ar da sua fábrica, entre em contato. Muitas vezes a primeira pergunta útil é quantas horas por semana o compressor trabalha com a produção parada.

Perguntas frequentes