manual de ar comprimido

Carta ao LeitorCompreender as necessidades do mercado e traduzi-las em produtos e servios inovadores, reconhecidos pela sua qualidade e desempenho, tem sido um processo permanente na histria da Metalplan. Um exemplo desse pioneirismo foi o lanamento, h quase vinte anos, do primeiro purgador eletrnico do Brasil, assim como o primeiro purgador eletrnico temporizado digital do mundo. O empenho contnuo em oferecer solues que representam o mximo de economia, sob todos os aspectos, est sintetizado em nossa misso;

Eficincia mxima em energia e fluidosEsse Manual um testemunho dos nossos valores e do nosso compromisso pela difuso das melhores prticas envolvendo o uso racional do ar comprimido. Boa leitura.

ndiCePrefcio ................................................................................................................................................. 05 e Por falar em energia ............................................................................................................... 08 Vazamento de ar comprimido ............................................................................................ 09 Perda da carga (queda de presso) ........................................................................................ 10 Temperatura de admisso do ar

............................................................................................................ 11

os equiPamentos de um sistema de ar comPrimido .................................................... 12 gerao de ar comPrimido ........................................................................................................ 13...................................................................................................................... 13 .............................................................................................................................. 14 Quantidade de compressores ............................................................................................. 19 A sala dos compressores O compressor de ar

tratamento de ar comPrimido ................................................................................................ 20 Norma ISO-8573-1

............................................................................................................................... 22 26 28 35 36 39 43 44

os comPonentes de um sistema de tratamento de ar comPrimido ................ 26.................................................................................................................. ...................................................................................................................... O secador de ar comprimido ................................................................................................................... O secador por refrigerao ...................................................................................................................... O secador por adsoro .......................................................................................................................... O resfriador-posterior O filtro de ar comprimido Para compressores de pisto ...................................................................................................................... Para compressores rotativos ......................................................................................................................

armazenamento de ar comPrimido....................................................................................... 43

distribuio de ar comPrimido ............................................................................................... 47 linha de Produtos ........................................................................................................................... 49 TotalPack/Flex ........................................................................................................................................ Rotor Plus ..............................................................................................................................................

49 50 Energy ................................................................................................................................................... 51 Titan Plus ............................................................................................................................................... 52 Air Point................................................................................................................................................. 52 Hyperfilter ............................................................................................................................................. 53 Cronomatic ............................................................................................................................................. 53 Polar ...................................................................................................................................................... 54 institucional ........................................................................................................................................ 55

bibliografia .......................................................................................................................................... 58

PrefCio medida que as exigncias dos usurios evoluem, altera-se o conceito de eficincia de um sistema de ar comprimido. Em poucos anos, as preocupaes com produtividade e qualidade expandiram-se para a racionalizao do consumo de energia e atingiram o estgio em que se encontram muitas empresas, focados na busca incansvel pelo menor custo de propriedade , que prope equacionar as variveis relativas posse e controle de um sistema de ar comprimido, quais sejam: aquisio, instalao, operao e manuteno. Num perodo de trabalho de aproximadamente dez anos, o custo de propriedade de um sistema de ar comprimido ter respeitado as seguintes propores aproximadas: Nesse perodo, esse sistema poder ter operado continuamente por at 80 mil horas. A ttulo de comparao, um automvel, nesses mesmos dez anos, no ter rodado mais do que 10 mil horas, em mdia.

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No entanto, nossa proposta avanar um passo adiante e considerar, alm do custo de propriedade, outros dois aspectos freqentemente relegados nos projetos de um sis tema de ar comprimido: a integridade fsica de pessoas e ativos e o respeito ao meio ambiente. Quando destacamos a questo da segurana, estamos reforando o princpio de que o usurio dever estar atento para que todas as exigncias legais, bem como aquelas ditadas pelo bom senso, sejam cumpridas. Normas de projeto, fabricao e testes de equipamentos e instalaes devem ser respeitadas. Nos casos onde a legislao for omissa, as melhores prticas devero ser aplicadas. Afinal, no so poucos os acidentes relacionados com o ar pressurizado, incluindo muitos casos fatais. Com relao ao meio ambiente, um sistema de ar comprimido eficiente e consciente aquele que gera o menor nvel possvel de contaminao capaz de afetar a natureza. A combinao equilibrada de todos esses parmetros um dos objetivos desse Manual, fornecendo subsdios atualizados para a tomada das decises corretas por parte dos usurios.

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e Por faLar em energia...O ar comprimido uma importante forma de energia, insubstituvel em diversas aplicaes e resultado da compresso do ar ambiente, cuja composio uma mistura de oxignio (~20,5%), nitrognio (~79%) e alguns gases raros. Atualmente, cerca de 5 bilhes de toneladas de ar so comprimidas por ano em todo o planeta, gerando um consumo de 400 bilhes de kWh a um custo de 20 bilhes de dlares. So nmeros que provocam um grande impacto no meio ambiente, mas que poderiam ser substancialmente reduzidos com medidas racionais. Na indstria, um metro cbico de ar presso de 7 barg custa cerca de meio centavo de dlar (1,0 m ar ~ R$ 0,025) apenas em energia.

Em funo das perdas decorrentes da transformao de energia, o ar comprimido (energia pneumtica) pode custar de sete a dez vezes mais do que a energia eltrica para realizar uma aplicao similar, embora isso seja normalmente compensado pelas vantagens de flexibilidade, convenincia e segurana proporcionadas pela energia pneumtica.08 // manual de ar comPrimido

Mesmo assim, procure sempre verificar se o ar comprimido realmente necessrio para aquela tarefa particular ou se pode ser substitudo pela eletricidade. O importante ter em mente que o consumo racional do ar comprimido deve ser uma preocupao constante entre os usurios. As tabelas das prximas pginas relacionam e quantificam as perdas de energia usualmente verificadas num sistema de ar comprimido.

Vazamento de ar comprimido Todos os sistemas de ar comprimido esto sujeitos a vazamentos e no so raras perdas de at 40% de todo o ar comprimido produzido. Portanto, identificar, eliminar e reduzir os vazamentos de ar comprimido uma das maneiras mais simples e eficientes de economizar energia. Vlvulas, tubos, mangueiras e conexes mal vedados, corrodos, furados e sem manuteno so responsveis por vazamentos de enormes propores num sistema pneumtico. Um mtodo simples para estabelecer a grandeza dessas perdas interromper o consumo de todo o ar comprimido do sistema, mantendo os compressores em operao. Com isso, a presso na rede chegar ao seu limite mximo. Dependendo do tipo de controle de cada compressor, eles deveriam se desligar ou entrar em alvio, pois no haveria consumo de ar. Se existirem vazamentos, a presso na rede cair e os compressores (total ou parcialmente) voltaro a comprimir. Medindo-se os tempos carga/alvio dos mesmos e sabendo-se sua vazo efetiva, pode-se deduzir a magnitude total dos vazamentos.


Vazamento atravs de diferentes orifcios x custo energticoCUSTO DO VAZAMENTO Dimetro do orifcio de vazamento (pol) m/h vazamento R$/ano 1/32 2,72 340,00 1/16 10,9 1.360,00 1/8 44,2 5.515,00 1/4 174,0 3/8 397,5

21.715,00 49.610,00

Considerando: P = 7 barg uso = 16h/dia 300 dias/ano (1,0kWh ~ R$ 0,25)

Perda de carga (queda de presso) Alm da reduo da presso do ar comprimido provocada por uma rede de distribuio inadequada (dimetro da tubulao inferior ao necessrio, lay-out incorreto da tubulao, curvas e conexes em excesso, etc.), um sistema de ar comprimido tambm pode estar operando numa presso muito superior exigida pela aplicao. O clculo correto das redes de distribuio principal e secundrias, a manuteno (substituio) peridica de elementos filtrantes saturados, a regulagem precisa da presso de cada ponto de consumo, a escolha de componentes e acessrios com menor restrio ao fluxo de ar, bem como a seleo correta do compressor em funo das necessidades de presso do sistema, podero contribuir de forma fundamental para a reduo do consumo de energia associado perda de carga.10 // manual de ar comPrimido

A tabela abaixo apresenta alguns custos com a queda de pressom/h P bar (psi) R$/ano 340 0,07 (1) 215,00 0,14 (2) 430,00 800 0,07 (1) 505,00 0,14 (2) 1700 0,07 (1) 0,14 (2)

1.010,00 1.075,00 2.150,00

Considerando: P=7barg / uso=16h/dia 300 dias/ano (1,0 kWh=R$ 0,25)

Temperatura de admisso do ar A elevao da temperatura ambiente diminui a densidade do ar, provocando uma reduo da massa aspirada pelo compressor. Em conseqncia, a eficincia do compressor fica comprometida.

Admite-se que uma reduo de 3C na temperatura de admisso do ar ambiente pelo compressor implica numa economia de energia de 1%.manual de ar comPrimido // 11

os equiPamentos de um sistema de ar ComPrimidoA figura a seguir ilustra um sistema de ar comprimido tpico, de acordo com a norma ISO-8573, com os equipamentos habitualmente necessrios para o fornecimento confivel de ar comprimido de qualidade.

A quantidade e o tipo de cada equipamento utilizado funo da aplicao do ar comprimido. Aplicaes mais crticas exigem sistemas redundantes, com fontes de energia alternativas, para garantir o suprimento de ar comprimido em situaes de emergncia. Outras aplicaes iro requerer um sistema de purificao do ar mais sofisticado, com monitorao constante do nvel de contaminao, afim de evitar danos irreversveis aos usurios.


gerao de ar ComPrimidoA sala dos compressores Os compressores e demais equipamentos de gerao, tratamento e armazenamento de ar comprimido situam-se na categoria de utilidades, tais como caldeiras, geradores, tratamento, bomba etc. Dessa forma, procure respeitar as seguintes orientaes: Reserveumasalaespecficaparaisso,separadadasdemaisreasdaempresa. Orudoemitidopelosequipamentosdeveserisoladodoexterior. Oingressonasaladeveserpermitidoapenasaopessoalautorizado,portando os EPIs mnimos exigidos por lei, como o protetor auricular. Acaptaodoaratmosfricodeveficardistantedequaisquertiposde fontes de contaminao ou calor, tais como: torres de resfriamento de gua, ruas sem calamento, banhos qumicos, chamins, caldeiras, escapes de motores de combusto, etc. O descuido com esse item gera problemas com a qualidade do ar comprimido e com o consumo de energia. Oarrefecimentodecompressoresresfriadosaardeveserrealizadopor dutos de entrada e sada, procurando-se obter a menor temperatura ambiente disponvel.


O compressor de ar O equipamento que realiza a compresso do ar ambiente denominado compressor de ar, que transforma um tipo de energia (normalmente eltrica) em energia pneumtica. Hoje, existem cerca de 40 milhes de compressores em operao no mundo e outros 4 milhes so fabricados todos os anos. Para o escopo desse Manual, interessa-nos dois tipos bsicos de compressores: alternativos (de pisto) e rotativos (de parafuso e centrfugo). Em termos conceituais, os compressores de pisto e de parafuso so denominados de deslocamento positivo, pois a compresso do ar obtida pela reduo de seu volume, de forma alternada (pisto) ou contnua (parafuso). O compressor centrfugo do tipo dinmico, pois a compresso ocorre pela transformao da energia cintica (velocidade) do ar em energia potencial (presso).

Os compressores de pisto so comumente aplicados para pequenas vazes (at 100 m/h).

Os compressores de parafuso so mais indicados para pequenas, mdias e grandes vazes (50 m/h a 2000 m/h).

Os compressores centrfugos so mais indicados para vazes grandes e muito grandes (> 1500 m/h). As presses atingidas pelos compressores variam, em geral, entre 6 barg e 40 barg, sendo a presso de 7 barg tipicamente encontrada na maioria das aplicaes.14 // manual de ar comPrimido


Um eficiente sistema de ar comprimido comea pela escolha do compressor mais adequado para cada atividade.


A seleo do compressor mais adequado para uma determinada aplicao funo da vazo, presso e nvel de pureza exigidos por tal aplicao. O diagrama a seguir, elaborado pelo Compressed Air and Gas Institute (CAGI-EUA), auxilia na escolha do tipo de compressor mais indicado para atender os parmetros vazo e presso: Embora a faixa de aplicao dos compressores de pisto seja bastante ampla, notrio que os compressores de parafuso tm recebido a preferncia dos usurios para vazes a partir de 50 pcm (85m3/h), devido s suas caractersticas de desempenho superiores. O quadro da pgina seguinte apresenta a diferena do Custo de Propriedade entre compressores de pisto e de parafusos, nas mesmas condies de operao. Quanto ao nvel de pureza do ar comprimido, conveniente fazer uma distino entre aplicao crtica e no-crtica. Mesmo com a utilizao obrigatria dos mais sofisticados equipamentos de tratamento de ar comprimido, as aplicaes crticas (hospitais, laboratrios, ar para respirao humana, etc.) devero ser equipados com compressores do tipo no-lubrificados (isentos de leo), eliminando-se o risco de um lanamento excessivo de leo no sistema, no caso de um acidente com os separadores de leo dos compressores lubrificados.manual de ar comPrimido // 17


Quantidade de Compressores Assim que a vazo total do sistema for definida, estabelea um fator entre 20% e 50% para futuras ampliaes e selecione dois compressores que, somados, atendam essa vazo. Um terceiro compressor, da mesma capacidade, pode ser adicionado ao sistema como stand by (veja dica). Em conjunto, os trs compressores podem ser programados para operar num sistema de rodzio, proporcionando o mesmo nvel de utilizao para todos.

Um rodzio bem planejado permite, inclusive, que as manutenes preventivas aconteam em intervalos defazados, gerando menor concentrao de custos para essa tarefa. Essa configurao , sob qualquer aspecto, a mais vantajosa para o usurio, pois garante o suprimento de ar comprimido, presente e futuro, com o menor risco de falha. Verifique a potncia e a vazo efetivamente produzida pelo compressor. Cuidado com informaes do tipo volume deslocado, pois costumam omitir as perdas ocorridas no processo de compresso.r ceiro compresso O papel do ter pelos anr feito reserva pode se res da instalao tigos compresso original. igente do que se Isso mais intel r mos, pois o valo desfazer dos mes a costuma ser vend apurado na sua muito baixo.

De qualquer maneira, a definio da quantidade correta de compressores e seu regime de trabalho ser fortemente influenciada pelo perfil de consumo de ar comprimido, que dever ser traado com a melhor preciso possvel no momento do projeto.manual de ar comPrimido // 19

tratamento de ar ComPrimidoA contaminao do ar comprimido a soma da contaminao do ar ambiente com outras substncias que so introduzidas durante o processo de compresso. O ar ambiente contaminado por partculas slidas (poeira, microorganismos, etc.), vapor dgua (umidade relativa), vapores de hidrocarbonetos (fumaa de leo diesel, etc.), dixido de carbono, monxido de carbono, xido nitroso, dixido de enxofre, etc. Durante o processo de compresso, o ar comprimido tambm contaminado pelo leo lubrificante do compressor e por partculas slidas provenientes do desgaste das peas mveis do mesmo. Na tubulao de distribuio, o ar comprimido ainda pode arrastar ferrugem e outras partculas. A norma ISO-85731 classifica os contaminantes do ar comprimido e suas unidades de medida da seguinte maneira:Contaminante Slidos gua leo Dimenso m -x-xConcentrao mg/m -xmg/m Ponto de orvalho -xC -x-

A presso e a temperatura do ar comprimido potencializam os efeitos prejudiciais de todos esses contaminantes. A reduo gradual da temperatura do ar comprimido ao longo da tubulao causa a condensao de alguns contaminantes gasosos. Ao atingirem a fase lqida (condensado), esses contaminantes estaro presentes no fluxo de ar comprimido sob diferentes aspectos, desde um conjunto amorfo (filete de condensado) depositado nas partes inferiores da tubulao e dos equipamentos, passando por pequenas gotas e chegando at a aerossis microscpicos dispersos entre as molculas do ar comprimido.20 // manual de ar comPrimido

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Este documento utiliza a 1 edio da Norma ISO-8573 (1991)


Por definio (ISO-8573/2.4), aerossol uma suspenso num meio gasoso de partculas slidas e/ou lquidas com uma desprezvel velocidade de queda (< 0,25 m/s). O resultado da mistura de todos os contaminantes uma emulso cida e abrasiva que compromete o correto funcionamento de um sistema de ar comprimido em qualquer tipo de aplicao. A anlise do ar ambiente de uma regio industrial tpica encontra as seguintes taxas aproximadas de contaminao, considerando-se uma temperatura ambiente de 38 C e umidade relativa de 100%:Contaminante Slidos gua leo Dimenso 0,01 a 2,0 m -x-xConcentrao 1020 partculas/m 46,3 g/m 15 mg/m

Esses contaminantes sero aspirados por qualquer compressor de ar, seja lubrificado ou isento de leo, juntamente com os gases citados anteriormente. A ttulo de ilustrao, tomemos um sistema de ar comprimido com um compressor de 5100 m/h operando em trs turnos. Num ambiente sob temperatura de 25C e umidade relativa de 75%, este compressor introduzir 2106 litros de gua por dia no sistema.

Norma IS0-8573-1 A norma internacional ISO-8573-1 a referncia central sobre a qualidade do ar comprimido para uso geral, no valendo para usos muito particulares, como ar medicinal, respirao humana e alguns outros. A tabela a seguir apresenta as classes de qualidade do ar comprimido em funo dos seus trs contaminantes tpicos: gua, leo e partculas slidas.22 // manual de ar comPrimido

Para a obteno dos diferentes nveis de pureza do ar comprimido (classes de qualidade), a ISO-8573 recomenda a seqncia de equipamentos mostrada na pgina 13. H tambm uma norma prpria - ISO-7183 - que trata do projeto e testes de desempenho de secadores de ar. Secadores instalados em climas temperados devem obedecer a norma ISO7183-A, que especifica a temperatura ambiente em 25C e a temperatura de entrada do ar no secador em 35C. Secadores instalados em climas tropicais devem obedecer a norma ISO7183-B, que especifica a temperatura ambiente em 38C e a temperatura de entrada do ar no secador em 38C.




os ComPonentes de um sistema de tratamento de ar ComPrimidoO resfriador-posterior Sua funo reduzir a temperatura do ar que deixa o compressor para nveis prximos da temperatura ambiente. Com isso, obtm-se uma grande condensao dos contaminantes gasosos, especialmente do vapor dgua. O separador mecnico de condensados do resfriador-posterior responde pela remoo de aproximadamente 70% dos vapores condensados do fluxo de ar comprimido. Um purgador automtico deve ser instalado sob o separador de condensados para garantir a eliminao desta contaminao lqida para a atmosfera, com perda mnima de ar comprimido. Os purgadores so pequenos aparatos destinados a efetuar a drenagem dos contaminantes lqidos do sistema de ar comprimido para o meio ambiente. Podem ser manuais ou automticos, sendo que estes ltimos dividem-se normalmente em eletrnicos e mecnicos. Os purgadores eletrnicos so encontrados nos tipos temporizado digital ou com sensor de umidade. Em termos construtivos, o resfriador-posterior um trocador de calor convencional resfriado pelo ar ambiente ou por gua.



O filtro de ar comprimido O filtro de ar comprimido aparece geralmente em trs posies diferentes: antes e depois do secador de ar comprimido e tambm junto ao ponto-de-uso. A funo do filtro instalado antes do secador por refrigerao (pr-filtro) separar o restante da contaminao slida e lqida (~30%) no totalmente eliminada pelo separador de condensados do resfriador-posterior, protegendo os trocadores de calor do secador contra o excesso de leo oriundo do compressor de ar, o que poderia impregn-los, prejudicando sua eficincia. O excesso de condensado no secador tambm reduz sua capacidade de resfriamento do ar comprimido, pois consome-se energia para resfriar um condensado que j poderia ter sido eliminado do sistema.

No caso de sistemas dotados de secadores por adsoro, o pr-filtro dever garantir que nenhuma quantidade de contaminao lqida, inclusive os aerossis de gua e leo, atinja o material adsorvedor, obstruindo seus poros e impedindo a sua reativao. O filtro instalado aps o secador (ps-filtro) deve ser responsvel pela eliminao da umidade residual (~30%) no removida pelo separador mecnico de condensados do secador por refrigerao, alm da conteno dos slidos no retidos no pr-filtro.28 // manual de ar comPrimido

A capacidade do ps-filtro efetuar a eliminao de qualquer umidade residual seriamente afetada pela temperatura do ar comprimido na sada do secador. Na verdade, em qualquer secador por refrigerao, o ar comprimido sofre um reaquecimento antes de voltar tubulao. Esse reaquecimento intencional (economiza energia e evita que a tubulao fique gelada), mas provoca a completa reevaporao da umidade residual que no foi removida pelo separador de condensados. No estado gasoso, essa umidade no pode ser eliminada pelo ps-filtro. Na prtica, o ps-filtro instalado aps o secador por refrigerao retm apenas partculas slidas. No caso de sistemas dotados de secadores por adsoro, o ps-filtro destinase apenas reteno das partculas slidas produzidas pela abraso do material adsorvedor (poeira do adsorvedor). Os filtros instalados no ponto-de-uso so utilizados para evitar que os contaminantes presentes ao longo da tubulao de ar comprimido atinjam a aplicao final do mesmo. Se o sistema no possui qualquer tipo de tratamento de ar comprimido, os filtros instalados no ponto-de-uso so ainda mais recomendados. Os modernos filtros para ar comprimido so do tipo coalescente e adsorvedor. Esses filtros so constitudos por uma carcaa resistente a presso do ar comprimido e por um elemento filtrante, que responsvel pela filtrao do ar. Alguns acessrios costumam fazer parte deste equipamento, como um purgador automtico e um manmetro indicador da saturao do elemento filtrante (perda de carga). Os elementos filtrantes so geralmente apresentados em diferentes graus de filtrao, utilizados conforme a aplicao do ar comprimido e a posio do filtro no sistema. Aplicaes menos severas, bem como os pr-filtros, exigem elementos com menor capacidade de reteno.manual de ar comPrimido // 29

Da mesma forma, aplicaes crticas e ps-filtros necessitaro de elementos com maior poder de filtrao. O mecanismo de operao de um filtro coalescente bastante particular. Baseia-se em dois processos distintos: a reteno mecnica e a coalescncia. A reteno mecnica a simples obstruo da passagem do contaminante slido atravs do elemento, permitindo apenas que o ar comprimido siga adiante. Nesse caso, fcil notar que o contaminante dever ser maior do que o menor poro do elemento. Esse processo est contido no primeiro efeito que produz a coalescncia (Interceptao Direta), conforme ser visto logo a seguir.

A coalescncia, porm, considerada um fenmeno um pouco mais complexo e muitos estudiosos no a vem como um processo de filtrao propriamente dito. A norma ISO-8573 define a coalescncia com bastante preciso como sendo a ao pela qual partculas lqidas em suspenso unem-se para formar partculas maiores. Como uma parte significativa (~30%) da contaminao lqida presente no ar comprimido composta por aerossis, a coalescncia ganhou importncia central para a eficincia de um sistema de tratamento de ar comprimido, pois somente atravs desse efeito que se consegue separar os aerossis.30 // manual de ar comPrimido


Trs fenmenos se somam para produzir o efeito da coalescncia:

Interceptao Direta: efeito de filtrao no qual uma gota ou uma partcula

slida colide com um componente de um meio filtrante que est em seu caminho ou capturada por poros de dimetros menores do que o dimetro da partcula. meio filtrante devido inrcia da partcula.

Impacto Inercial: processo no qual uma partcula colide com uma parte do Difuso: movimento (browniano) de molculas gasosas ou de partculaspequenas causado por uma variao de concentrao.

A nanofibra de borossilicato o componente principal do meio filtrante, sendo responsvel pela ao coalescente. Essas nanofibras so inertes e impermeveis, o que significa que no reagem quimicamente com outras substncias e tambm no adsorvem ou absorvem lqidos.32 // manual de ar comPrimido

Pode-se observar que a coalescncia no impede a contaminao lqida de atravessar todo o meio filtrante. Ao contrrio, ela permite que isso ocorra para que os contaminantes coalescidos possam dirigir-se ao fundo da carcaa do filtro pela ao da gravidade e sejam drenados para o exterior a partir desse ponto. Portanto, um elemento coalescente somente poder ficar saturado pela aglomerao de partculas slidas no interior de suas fibras, ou seja, pelo efeito da reteno mecnica. A emulso de leo e gua causa, no mximo, a impregnao externa das fibras do elemento, diminuindo muito pouco a rea de passagem do fluxo de ar, uma vez que 95% do volume de um elemento coalescente formado por espaos vazios. Por essa razo, os elementos coalescentes so descartveis e ainda no existe um mtodo para recicl-los. Todavia, sua durabilidade (entre 4000h e 6000h) compensa essa limitao. Essa vida til est baseada no perodo mais econmico de utilizao do elemento coalescente, quando sua maior perda de carga ainda est limitada em 0,45~0,55 bar (6~8 psi), sendo que grande parte de sua operao esteve situada na faixa mdia de 0,2 bar (~3 psi).


Aps esse perodo, manter um elemento coalescente em operao torna-se muito desvantajoso do ponto de vista energtico.

Embora um elemento filtrante deva ser construdo para suportar perdas de carga de at 2,5~3,0 bar, recomenda-se sua substituio com no mximo 1,0 bar, pois a perda de carga aumenta exponencialmente no final de sua vida til, chegando rapidamente nos limites de resistncia mecnica do elemento. Pelas razes acima, a coalescncia ainda a forma mais econmica de separar os aerossis de gua e leo de um sistema de ar comprimido. Finalmente, os filtros adsorvedores destinam-se remoo dos vapores de hidrocarbonetos (leo) do fluxo de ar comprimido. Em geral, esto posicionados depois do ltimo filtro coalescente, pois ficam assim protegidos de qualquer contaminao na forma lqida que poderia atingi-los. Tambm podem permanecer junto ao ponto-de-uso do ar comprimido, uma vez que seu uso limitado aplicaes especiais. O meio filtrante de um filtro adsorvedor , via de regra, o carvo ativado, substncia capaz de capturar aqueles vapores no seu interior. Embora seu34 // manual de ar comPrimido

processo de filtrao esteja baseado no efeito da adsoro (atrao e adeso de molculas de gases e lqidos na superfcie de um slido ISO-8573/2.3), no se costuma realizar a regenerao/reativao do carvo ativado de um filtro adsorvedor. O secador de ar comprimido Sua funo eliminar a umidade (lqido e vapor) do fluxo de ar. Um secador deve estar apto a fornecer o ar comprimido com o Ponto de Orvalho especificado pelo usurio. Ponto de Orvalho a temperatura na qual o vapor comea a condensar. H dois conceitos principais de secadores de ar comprimido: por refrigerao (cujo Ponto de Orvalho padro +3 C) e por adsoro (com Ponto de Orvalho mais comum de 40C). Os secadores de ar comprimido possuem uma norma internacional (ISO7183) de especificaes e testes. Esta norma faz uma importante diferenciao dos secadores em funo da localizao geogrfica dos mesmos. Faixas de temperatura de operao mais altas so definidas para equipamentos instalados em regies mais quentes do planeta, exigindo uma adaptao dos mesmos a condies mais adversas.


O secador por refrigerao O secador por refrigerao opera resfriando o ar comprimido at temperaturas prximas a 0 C, quando possvel obter-se a mxima condensao dos vapores de gua e leo (sem o risco de congelamento). Na maioria dos modelos, um circuito frigorfico realiza essa tarefa. No ponto mais frio do sistema, importante uma eficiente separao dos condensados formados, evitando sua reentrada no fluxo de ar comprimido. Dependendo do tipo de secador, isso feito por separadores de condensado, filtros coalescentes e purgadores automticos. Depois de removido o condensado, a maioria dos secadores por refrigerao reaquece o ar comprimido (atravs do recuperador de calor, que reaproveita o calor do prprio ar comprimido na entrada do secador), devolvendo-o ao sistema numa condio mais adequada ao uso. Ao entrar no secador, recomenda-se que o ar comprimido esteja numa temperatura prxima ambiente, permitindo uma reduo no consumo de energia do equipamento. Se o secador for resfriado a ar, deve-se ter um cuidado especial com a temperatura ambiente onde ser instalado. Tabelas de correo so usuais para dimensionar o correto secador por refrigerao em funo das condies de operao. Em termos construtivos, um secador de ar por refrigerao composto por trocadores de calor, um circuito frigorfico, separador de condensado, filtros coalescentes, purgador automtico, painel eltrico e outros itens, podendo ser resfriado pelo ar ambiente ou por gua.



1 - Entrada do Ar Comprimido 2 - Sada do Ar Comprimido 3 - Recuperador de calor 4 - Evaporador 5 - Condensador38 // manual de ar comPrimido

6 - Compressor Frigorfico 7 - Circuito de Refrigerao 8 - Separador de Condensados/ Filtro Coalescente 9 - Purgador Automtico

O secador por adsoro O secador por adsoro caracteriza-se por remover os vapores do ar comprimido sem condens-los. Devido ao baixo Ponto de Orvalho que conseguem proporcionar (at 100C), so indicados para aplicaes muito especiais, quando o secador por refrigerao deixa de ser eficaz. Tambm em funo de seu baixo Ponto de Orvalho, consomem muito mais energia do que os secadores por refrigerao, recomendando cautela na sua especificao. A adsoro, como j foi dito, o efeito de atrao das molculas de gases e lqidos para a superfcie de um slido (material adsorvedor), mantendo-as aderidas na mesma.

O material adsorvedor de um secador por adsoro tem um altssimo poder de atrao e reteno das molculas de gua sobre sua superfcie. H diversos tipos de materiais adsorvedores (slica-gel, alumina ativada, molecular sieve, H-156, etc.), cada um com caractersticas mais apropriadas a certos tipos de aplicao.manual de ar comPrimido // 39

A superfcie dos materiais adsorvedores atingem reas de 300 m por grama. O grfico abaixo exibe o desempenho de diferentes tipos de materiais adsorvedores em funo da umidade relativa.

Alguns secadores por adsoro utilizam mais do que um tipo de material adsorvedor em seu leito de secagem, a fim de garantir o ponto de orvalho especificado. Em geral, um secador por adsoro possui dois leitos de secagem, de modo a permitir que um leito esteja secando o ar comprimido, enquanto que o leito j saturado possa ser regenerado/reativado. Em qualquer tipo de secador por adsoro, um fluxo de ar despressurizado e extremamente seco (pr-aquecido ou no) o veculo condutor para a extra-o das molculas de gua do leito saturado no sentido oposto ao da secagem. Um painel de comando determina a freqncia e a amplitude dos ciclos de regenerao e adsoro deste tipo de secador.40 // manual de ar comPrimido

Um sistema de vlvulas tambm comandado pelo painel do secador permite que a umidade deixe o leito saturado para o meio-ambiente.

Em pequenas e mdias vazes (at 3000 m/h) e sempre que haja disponibilidade de ar comprimido para regenerao, os secadores por adsoro Heaterless mostram-se os mais indicados. Quando o ar comprimido de regenerao torna-se mais escasso, seu substituto preferencial o tipo Vacuum Assisted. Entretanto, em altas vazes, o custo do ar comprimido para a regenerao passa a justificar a adoo dos secadores por adsoro com uma fonte auxiliar de calor. Em termos construtivos, um secador por adsoro possui dois vasos sob presso (leitos) verticais, base, tubulao de interligao, sistema de vlvulas, silenciador de purga (muffler) e um painel de comando.manual de ar comPrimido // 41

Os secadores por adsoro subdividem-se pelo tipo de regenerao:tipo operAo Ar de regenerAo Fonte externA de CAlor Custo de MAnuteno VidA do MAteriAl AdsorVedor

Heaterless

Utiliza apenas o calor gerado na adsoro (processo exotrmico) para aquecer e regenerar o material adsorvedor do leito saturado. Consome bastante do prprio ar comprimido para esta tarefa. similar ao Heaterless, mas possui uma bomba de vcuo que reduz a contra-presso exercida pela atmosfera, neutralizando as foras de atrao/ adeso do material adsorvedor. Assim, possvel consumir pouco ar comprimido para a regenerao, mas gasta energia para gerar o vcuo. Possui uma resistncia interna (eltrica ou a vapor) que aquece o leito saturado at a temperatura de regenerao, quando um pequeno fluxo de ar encarrega-se da purga. Se a resistncia for usada apenas para aquecer o ar de regenerao, haver a necessidade de um maior consumo de ar. O fluxo de ar de regenerao aquecido por uma resistncia externa aos leitos/ torres do secador. H perdas significativas de calor para o meio-ambiente, obrigando um maior consumo de ar de regenerao, mas pode-se utilizar apenas uma resistncia para os dois leitos e a manuteno fica simplificada. similar ao Externally Heated, mas possui um soprador que capta o ar ambiente, aquece-o e direciona-o ao leito a ser regenerado, eliminando o consumo de ar comprimido como ar de regenerao.

15%

No

Muito baixo 5 ~ 10 anos

Vacuum Assisted

1% a 2%

No

Baixo

5 ~ 10 anos

Internally Heated

1% a 8%

Sim

Baixo

3 ~ 5 anos

Externally Heated

8%

Sim

Baixo

3 ~ 5 anos

Blower Purge

Zero

Sim

Mdio

3 ~ 5 anos


armazenamento de ar ComPrimidoPara o clculo rpido do volume de um reservatrio de ar, adota-se a seguinte regra: Para compressores de pisto: Volume do reservatrio = 20% da vazo total do sistema medida em m/min. Exemplo: Vazototal=5m/min Volumedoreserv.=20%x5m/min=1,0m


Para compressores rotativos: Volume do reservatrio = 10% da vazo total do sistema medida em m/min. Exemplo: Vazototal=5m/min Volumedoreserv.=10%x5m/min=0,5m Para um clculo mais sofisticado, deve-se adotar uma frmula que considera a vazo de ar requerida pelo sistema num determinado intervalo em funo do decaimento mximo de presso aceitvel nesse intervalo. Encontrado o volume total de armazenamento de ar necessrio para o sistema, recomenda-se dividi-lo em dois reservatrios menores, de igual capacidade, sendo o primeiro instalado logo aps o compressor de ar e antes do pr-filtro e o segundo logo aps o ps-filtro. Esse arranjo - um reservatrio de ar mido e um reservatrio de ar puro e seco - traz inmeros benefcios, como o ajuste perfeito do ciclo carga/ alvio dos compressores, a proteo de todo o sistema contra vazamentos de leo acidentais pelos compressores, o amortecimento de pulsaes, a proteo dos rolamentos dos compressores, o fornecimento adequado de ar tratado para o consumo e a proteo dos equipamentos de tratamento de ar contra picos de vazo que viriam do primeiro reservatrio, caso no houvesse o segundo. Finalmente, um aspecto fundamental na seleo de reservatrios de ar comprimido a segurana. A ocorrncia de acidentes fatais envolvendo reservatrios fora de normas tcnicas e sem as inspees peridicas obrigatrias pela legislao brasileira mais freqente do que se imagina.



Um reservatrio deve sempre atender a PMTA (Presso Mxima de Trabalho Admissvel) do sistema, ser projetado, fabricado e testado conforme um conjunto de normas nacionais e internacionais (NR-13, ASME, etc.), possuir instalados seus acessrios mnimos obrigatrios (manmetro e vlvula de segurana) e receber uma proteo anti-corrosiva interna e externa de acordo com sua exposio oxidao.


distribuio de ar ComPrimidoUma rede de ar comprimido corretamente dimensionada garante uma baixa perda de carga (queda de presso) entre a gerao e o consumo, resultando num suprimento de ar adequado aos usurios, alm de uma significativa economia de energia. Sempre que possvel, interligue entre si as extremidades da rede de ar, a fim de facilitar a equalizao das presses. O circuito em anel fechado um lay-out de rede correto e bastante comum. Mesmo que o ar comprimido seja tratado, convm construir a rede com uma pequena inclinao no sentido do fluxo de ar e instalar algumas vlvulas nos pontos inferiores da mesma, visando captar o condensado formado durante eventuais paradas dos equipamentos de tratamento. Com relao aos materiais da tubulao, d preferncia aos resistentes oxidao, como ao galvanizado, ao inoxidvel, alumnio, cobre e plsticos de engenharia. Utilize tambm conexes de raio longo para minimizar a perda de carga.


Para um bom desempenho de todo o sistema, no permita que os vazamentos ultrapassem 5% da vazo total do mesmo.











bibLiografiaInternational Standard ISO-8573-1- First edition 1991-12-15 Compressed air for general use Part 1: contaminants and quality classes International Standard ISO-7183 - First edition 1986-03-15 Compressed air dryers Specifications and testing Occupational Safety and Health Standard (07-01-1999) OSHA 1910.134: respiratory protection Compresed Air and Gas Handbook / CAGI John P. Rollins, editor Fifth edition 1989 Quality Standard for Instrument Air / Instrument Society of America ISA-S7.3 1975 (R1981) O Tratamento de Ar Comprimido Como Fator de Reduo de Custos na Indstria CSAG ABIMAQ 2001 Pneumatic Fluid Power Compressed Air Dryers Methods for rating and testing NFPA/T3.27.3M R1-1981 Humidity of Compressed Air, Industrial and Engineering Chemistry E. M. Landsbaun, W. S. Dodds and L. F. Stutzman Jan. 1955 Erosion by liquids, Machine Design F. J. Heymann Dec. 10, 1970 Gas-Phase Adsorption, Handbook of Separation Techniques for Chemical Engineers Philip A. Schweitzer, Section 3.1, McGraw-Hill Critical Thickness of Surface Film in Boundary Lubrication, Journal of Applied Mechanics I-Ming Feng and C. M. Chang Sep. 1956 High Speed Impact Between a Liquid Drop and a Solid Surface, Journal of Applied Physics, vol.40, n. 13 F. J. Heymann 1969 www.knopressure.org - compressed air challange058 // manual de ar comPrimido


manual de ar comprimido

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