4ª aula Compressores (complemento) e Sistemas de Tratamento do Ar Comprimido

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1 4ª aula Compressores (complemento) e Sistemas de Tratamento do Ar Comprimido 3ª Aula - complemento - Como especificar um compressor corretamente Ao se estabelecer o tamanho e nº de compressores, deve se levar em conta a diversificação da aplicação e as expansões futuras, bem como a necessidade de um compressor stand by. O equipamento pode ser dimensionado para um valor abaixo do pico de demanda, desde que o reservatório e o compressor possam suprir esta diferença, por um tempo curto, sem perda de pressão nos pontos de consumo. O intervalo entre os picos também devem ser suficientemente longos de forma que o compressor possa restabelecer a pressão no reservatório até o próximo pico. Existe um fator de segurança que define que um compressor deve ter capacidade suficiente para atender a carga prevista para oito horas em até seis horas. Para essas instalações, a capacidade do reservatório deve ser suficiente para permitir até dois minutos de operação entre os comandos carga-alívio sem nenhuma retirada do ar do reservatório. Dimensionamento Normalmente os compressores de ar centrífugos são especificados sobre a base do volume de fluxo requerido. Existem diferentes métodos para se calcular o volume e podem ocorrer distorções se o usuário e o fabricante utilizarem métodos diferentes para dimensionar o compressor. Pode-se ter defasagem de preços ou ainda se subdimensionar o compressor. Esses problemas podem ser evitados coma especificação da capacidade nas condições reais de admissão e compreendendo como a capacidade do compressor é afetada pelas condições variáveis do ambiente, como pressão de admissão, temperatura e umidade relativa. A folha de dados a seguir indica os fatores a serem considerados: Folha de dados para compressores centrífugos completos com engrenagens integradas 1.0 Considerações sobre o local de instalação Barômetro (bar) Pressão de admissão no flange do 1º estágio Temperatura de admissão ( C) Umidade relativa (%) Temperatura água de resfriamento ( C) Pressão de água de resfriamento ( C) Origem da água de resfriamento Pressão na saída do resfriador posterior (bar) 2.0 Modelo do fabricante 3.0 Quantidade de estágios 4.0 Standard (sm 3 /h) a 10 bar, 15 C e 0% de unidade relativa (ar seco) Solicitado pelo comprador Oferecido pelo fabricante 5.0 Peso do fluxo Peso do fluxo de admissão, kg/min, seco, baseado em 1

2 sm 3 /h a 10 bar, 0% de UR (seco) Umidade específica (conteúdo de umidade) nas condições do local, kg de vapor de água/kg no ar seco Peso total do fluxo de admissão úmido (5.01 x = 5.03) 6.0 Vazão de admissão no flange de entrada (m 3 /h) 7.0 Potência (cv) no acoplamento do compressor Sistemas de Ar Comprimido Conforme comentado, um sistema de ar comprimido completo é composto pelo compressor e por diversos equipamentos complementares ou periféricos. A função desses equipamentos é tratar o ar comprimido de maneira a entregar no ponto de uso um ar em condições ideais em termos de vazão e pressão, além de livre de impurezas e umidade. 1) Secador de Ar comprimido A água (umidade) já penetra na rede pelo próprio ar aspirado pelo compressor. A incidência da umidade depende, em primeira instância, da umidade relativa do ar, que por sua vez, depende da temperatura e das condições atmosféricas. 1.1) Definições importantes: Umidade absoluta é a quantidade de água contida em 1m 3 de ar. Quantidade de saturação é a quantidade máxima de água admitida em 1 m 3 de ar a uma determinada temperatura. Nesse caso a umidade relativa é de 100% (Ponto de orvalho). Umidade relativa = Exemplo: no ponto de orvalho, a 20 C, 1 m 3 de ar contém 17,3 g de água Para reduzir os efeitos da presença da água no ar aspirado, utilizam-se secadores de ar, os quais são construídos segundo três princípios diferentes: a) Secagem por absorção: Umidade absoluta Qtdade de saturação X 100% É um processo puramente químico. O ar comprimido passa sobre uma camada solta de um elemento secador. A água ou vapor de água que entra em contato com esse elemento combina-se quimicamente com ele e se dilui na forma de uma combinação elemento secador-água. Essa mistura deve ser removida periodicamente do absorvedor. Com o tempo, o elemento secador é consumido e o secador deve ser reabastecido periodicamente. Dependendo das condições atmosféricas, essa substituição deve ser feita de duas a quatro vezes por ano. A secagem por absorção caracteriza-se por: Montagem simples da instalação Desgaste mecânico mínimo já que o secador não possui peças móveis Não necessita de energia externa. 2

3 b) Secagem por adsorção A secagem por adsorção está baseada num processo físico. Adsorver significa admitir uma substância à superfície de outra. O elemento secador é um material granulado com arestas ou em forma de pérolas. Este elemento secador é formado de quase 100% de dióxido de silício. O ar comprimido úmido é conduzido através da camada de GEL, o elemento secador que segura a umidade do ar comprimido. A capacidade de acumulação de uma camada de GEL é limitada. Uma vez que o elemento secador estiver saturado, poderá ser regenerado de uma maneira fácil: basta soprar ar quente através da camada saturada; o ar quente absorve a umidade do elemento secador. Mediante a montagem paralela de duas instalações de adsorção, uma delas pode estar ligada para secar enquanto a outra está sendo soprada com ar quente (Regeneração). 3

4 c)secagem por resfriamento O secador de ar por resfriamento funciona pelo princípio da diminuição de temperatura do ponto de orvalho. A temperatura do ponto de orvalho é a temperatura à qual deve ser resfriado um gás para obter a condensação do vapor d água nele contido. O ar comprimido a ser secado entra no secador, passando primeiro pelo denominado trocador de calor arar. Mediante o ar frio e seco proveniente do trocador de calor (vaporizador) é esfriado o ar quente que está entrando. A formação de condensado de óleo e água é eliminada pelo trocador de calor. Esse ar comprimido pré-esfriado circula através do trocador de calor (vaporizador) e devido a isso, sua temperatura desce a 1,7 C aproximadamente. Desta maneira o ar é submetido a uma segunda separação de condensado de água e óleo. Posteriormente, o ar comprimido pode ainda passar por um filtro fino a fim de eliminar os corpos estranhos. 4

5 Montagem da rede distribuidora É de importância não apenas o correto dimensionamento, mas também a montagem das tubulações. As tubulações de ar comprimido requerem manutenção constante, razão pela qual não devem ser montadas dentro de paredes ou cavidades estreitas. O controle de estanqueidade das tubulações ficaria extremamente prejudicado em função dessa dificuldade de acesso. As tubulações devem ser montadas com declive de 1 a 2%, na direção do fluxo. Por causa da formação de água condensada, é fundamental em tubulações horizontais, instalar os ramais de tomadas de ar na parte superior do tubo principal. Vide figura a seguir: 5

6 Tipos de redes distribuidoras de ar comprimido A B C 6

7 Um sistema de ar comprimido para automação completo pode ser observado na figura abaixo A escolha do diâmetro da tubulação é realizada considerando-se: a) Volume corrente (vazão ou fluxo) b) Comprimento da rede c) Queda de pressão admissível d) Pressão de trabalho e) Número de pontos de estrangulamento na rede Na prática existem nomogramas que nos permitem definir o diâmetro do tubo a ser utilizado em uma rede. Conforme comentado, deve-se sempre considerar um eventual aumento da demanda de ar comprimido. 7