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Ar Comprimido II

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Tópicos: Instalação Típica | Resfriador Posterior | Secador |

1) Instalação Típica

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O ar que sai do compressor está aquecido, contém umidade, ou seja, está em condições incompatíveis com a maioria dos equipamentos consumidores. A instalação agrega outros dispositivos que condicionam a qualidade do ar para a finalidade desejada. A Figura 1-I dá o diagrama típico de uma instalação de pequeno/médio porte para ar de qualidade industrial ou de laboratório. É um esquema básico e variações podem ocorrer dependendo da aplicação.

Os dispositivos não precisam estar fisicamente separados. Vários fabricantes fornecem conjuntos integrados, contendo todos ou quase todos os dispositivos em um único bloco.

Instalação Típica
Fig 1-I

Filtro de ar e linha de sucção

O filtro tem a função de reter partículas de poeira que desgastariam o compressor e degradariam a qualidade do ar. Existem tipos de papel seco, papel impregnado com óleo, tela com óleo, feltro, etc. Em geral, os filtros secos são adequados para a maioria das aplicações. Atenção deve ser dada à limpeza ou troca periódica do elemento filtrante de acordo com recomendações do fabricante. O aumento da perda de carga reduz a eficiência do compressor (para cada 25 mbar de perda de carga na sucção, a eficiência é reduzida em cerca de 2%).

A linha de sucção deve ser a mais direta possível, com o mínimo de curvas. A velocidade média do escoamento não deve ser superior a 6 m/s para compressores alternativos de ação simples e 7 m/s para os de dupla ação. O cálculo do diâmetro pode se feito pela relação entre vazão Q, área S e velocidade v:

$$Q = S\ v \tag{1A}$$
A vazão considerada é na entrada do compressor. Se o fabricante especifica a vazão em outras condições, como metro cúbico normal por hora, ela pode ser calculada considerando uma aproximação com o gás ideal e usando a respectiva equação de estado.

Compressor

No exemplo da figura do primeiro tópico, é considerado um compressor alternativo refrigerado a ar. Informações detalhadas sobre compressores não são do escopo desta série. Elas podem ser obtidas em catálogos de fabricantes.

Reservatório

O reservatório exerce funções importantes na instalação. Estabiliza o escoamento no caso de fluxo pulsante de compressores alternativos. Contribui para redução da umidade, em especial para instalações sem secador, pois alguma água sempre se condensa no fundo. É uma reserva de ar pressurizado que supre variações de consumo na rede e permite uma atuação menos frequente do controle de carga/alívio do compressor. O dimensionamento do seu volume é muitas vezes feito com regras práticas, como a seguir.

Volume do reservatório em m3 = (1/10) a (1/6) da vazão do compressor em m3/min.


2) Resfriador Posterior

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Também identificado pelo nome em inglês (aftercooler), é um trocador de calor que reduz a temperatura do ar, provocando a condensação da umidade que é removida pelo separador. Compressores de mais de um estágio quase sempre usam resfriadores intermediários entre estágios (intercooler). Na maioria das unidades integradas atuais, o aftercooler (e o intercooler, se for o caso) fazem parte do conjunto e podem ser resfriados por água ou por ar.

No caso de resfriador a água, existe uma fórmula empírica simples para calcular, de forma aproximada, a vazão necessária da água:

$$Q_a = 0,5 + 0,3 t \tag{2A}$$
Onde t é a temperatura de entrada da água em °C e Qa é a vazão de água (l/min) por m3/min de ar aspirado no compressor.

Compressores de pequeno porte, como os usados em postos de serviço e pequenas oficinas, não fazem uso do dispositivo. A própria tubulação de saída e o reservatório resfriam o ar e a umidade se condensa no fundo deste último.


3) Secador

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Em geral, o resfriador posterior consegue remover 60 a 70% da água contida no ar. Valores típicos de temperatura na saída estão na faixa de 40 °C. É comum expressar a umidade do ar em termos de ponto de orvalho. Quanto menor, menor o teor de umidade. A tabela abaixo dá uma correspondência para alguns valores considerando pressão atmosférica normal.

Ponto orvalho ºC 0 −5 −10 −20 −30 −40 −60 −80
Umidade ppm 3800 2500 1600 685 234 80 6,5 0,3

A umidade residual acompanha o fluxo. Uma parte se condensa no fundo do reservatório e o restante chega aos equipamentos consumidores. A presença de umidade favorece a corrosão das tubulações, pode danificar válvulas, cilindros e outros dispositivos e prejudica processos como pinturas e outros.

A remoção da maior parte dessa umidade pode ser feita com secadores. No secador por refrigeração a redução da umidade ocorre através do resfriamento do ar com o uso de um circuito comum de refrigeração. A Figura 3-I dá um arranjo típico.

Secador por refrigeração
Fig 3-I

Nota-se a existência de um trocador ar para ar que reaquece o ar resfriado com o calor do ar de entrada. Isso evita condensação na parte externa da tubulação de saída. Secadores por refrigeração podem reduzir o ponto de orvalho até cerca de −20 °C.

Para teores menores de umidade, são usados secadores por adsorção. Eles usam substâncias dessecantes (sílica-gel, alumina ou outras) dispostas em colunas pelas quais passa o ar. Entretanto, os dessecantes se saturam e precisam ser regenerados. A Figura 3-II dá exemplo de um secador com sílica-gel. Há duas colunas, de forma que uma está em uso e outra em regeneração por uma corrente de ar aquecido obtida de um conjunto soprador e aquecedor (no diagrama, não estão indicados todos os caminhos. Apenas na condição da coluna esquerda em uso e da direita em regeneração).

Secador por adsorção
Fig 3-II

A coluna regenerada recebe uma purga de ar seco antes de entrar em serviço. Alguns dessecantes não precisam de aquecimento e são regenerados apenas com a passagem de ar seco. Energeticamente são menos eficientes devido à perda de ar seco para a regeneração.

O tipo da Figura 3-II também tem sua deficiência energética devido à necessidade do aquecedor (elétrico normalmente). A solução é a incorporação do aftercooler ao conjunto. Ou seja, o aftercooler é resfriado com ar e não água. O ar aquecido é usado na regeneração. Esse tipo por enquanto não é aqui exibido. Detalhes podem ser vistos em websites de fabricantes.

Dessecantes comuns permitem obter pontos de orvalho até cerca de −40 °C. Para teores ainda menores de umidade, são usados dessecantes tipo peneiras moleculares. São substâncias chamadas zeólitas (silicatos hidratados de alumínio e um ou mais metais alcalinos ou alcalino-terrosos). Os poros têm dimensões moleculares e o poder de adsorção é grande. Pontos de orvalho na faixa de −80 °C podem ser obtidos. Dessecantes também têm suas desvantagens. Exigem filtros na saída para prevenir o arraste de partículas para a rede. A perda de pressão é maior que a dos secadores por refrigeração. A vida útil não é ilimitada. Em geral, os fabricantes recomendam a troca a cada 3-5 anos, dependendo das condições de operação. Contaminantes como óleos ou poeiras abreviam o período de troca.
Referências
Bouché, Ch. Leitner, A. Sans, F. Dubbel - Manual da Construção de Máquinas. São Paulo: Hemus, 1979.
Giek, Kurt. Manual de Fórmulas Técnicas. São Paulo: Hemus.
Macintyre, Archibald J. Instalações Hidráulicas. Rio: Guanabara, 1988.
Neto, José M. A. Manual de Hidráulica. São Paulo: Edgard Blücher, 1977.
Pesquisa na Internet em 12/2007 (fontes não anotadas).

Topo | Rev: Mai/2018