Desenho e Projeto de
Tubulação Industrial
Nível II
Módulo III
Aula 02
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1. Introdução
O ar comprimido é um fluido limpo e que se encontra facilmente e pode ser usado como uma fonte de energia de diferentes formas e pressões de trabalho. Podemos classificar as máquinas usadas para a produção de ar comprimido em ventiladores, sopradores e compressores, conforme a pressão de trabalho. Trataremos também nesta apostila das bombas de vácuo que são dedicadas a trabalhar com pressões abaixo da atmosférica.
Os ventiladores produzem ar com pressão mais baixa na casa de alguns centímetros de coluna de água, os sopradores produzem pressão mais alta de até mais que 1 metro de coluna de água e os compressores nas pressões de alguns kg/cm2.
O ar comprimido é usado em muitas indústrias tais como a de alimentação, petrolífera, de papel e celulose, química e farmacêutica em pressões de até 6 kg/cm2 e nos sistemas de ar condicionado onde o ar está à baixa pressão. Existem compressores portáteis para aplicação na construção e pintura e os fixos que são usados nas instalações de ar condicionado e na indústria. Os compressores são usados também para comprimir gases como o gás natural, o oxigênio e o nitrogênio.
Os compressores podem ser de deslocamento positivo que são também chamados de recíprocos, os centrífugos e os de parafuso. Vamos ver com algum detalhe os compressores recíprocos que são muito utilizados nas instalações menores até 100 HP e acima dessa potência são usados os compressores de parafuso e os centrífugos.
Na Figura 1.1 vemos diversos tipos destas máquinas.
Figura 1.1
Pela figura temos uma idéia dos diversos tipos de máquinas para comprimir e ar e gases.
2 Na Figura 1.2 vemos um compressor alternativo que vamos estudar em seguida.
Figura 1.2
Nesta apostila vamos ver os sistemas para comprimir gases até uma pressão máxima de 8 bar de incluindo tubulação, compressores, resfriadores, tanques de ar, secadores e alguns métodos para dimensionar as tubulações lembrando que muitos dos pontos discutidos para esse tipo de compressor se aplicam aos outros tais como: umidade do ar, conteúdo de óleo residual, contaminantes como poeira, etc, que devem ser eliminados com meios semelhantes.
2. Sistema típico de ar comprimido
Vamos iniciar nosso estudo vendo um diagrama típico de uma instalação de compressor de ar, Figura 2.1.
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3. Generalidades de um sistema de ar comprimido
Este nosso estudo vai focar dois tipos de compressores de ar: o recíproco ou de deslocamento positivo e o centrífugo, de forma resumida, pois estes dois tipos são os mais comuns nas instalações industriais. Entretanto nas instalações para grandes volumes de ar são usados os compressores de parafuso e os centrífugos que veremos também de forma resumida.
3.1. Os compressores centrífugos podem ser de um estágio ou de múltiplos estágios. Os rotores de alta velocidade aumentam a energia cinética do ar (ou gás sendo trabalhado) e converte esta energia cinética nas pressões necessárias por meio de uma passagem de saída divergente chamada de difusor. Grandes volumes de ar ou gás são comprimidos para pressões moderadas nestas máquinas.
Os compressores de deslocamento positivo ou recíprocos, podem também ser de um único estágio ou multiestágios. Eles são usualmente formados por pistões e este tipo de compressor é o único usado para pressões muito altas.
Estes compressores são encontrados em muitos tamanhos e em diversas configurações físicas e são acionadas por diversos tipos de acionadores, desde motores elétricos, turbinas à vapor e turbinas à gás.
Na Figura 2.1 vemos um esquema de instalação de compressor de ar com os componentes do sistema de compressão.
Do ponto de vista da conservação de energia deve-se cuidar na seleção do tipo e quantidade dos compressores quando se calcula a demanda de ar. Um compressor grande é mais eficiente e de custo menor do que diversas unidades pequenas se a demanda for constante. Mas quando a demanda é variável, por exemplo, à noite ou nos fins de semana ela cai, é o caso de se escolher diversos compressores para fornecer a carga total. Algumas medidas para se economizar energia são:
Instalar um modulador de velocidade.
Quando possível utilizar o calor dos resfriadores para o aquecimento de água ou ar.
Se possível usar compressores multiestágios.
No projeto deve-se cuidar de construir bases que previnam a vibração e sua transmissão aos prédios e que a fundação tenha massa suficiente para absorver as forças produzidas pelo trabalho do compressor.
A tomada de ar pode ser interna ou externa, mas deve-se procurar o local que tenha a melhor qualidade de ar que é julgada por sua temperatura, umidade e limpeza. As tomadas de ar devem estar longe de locais onde exista emissão de vapores, gases ou de emissões de motores de combustão.
A temperatura de admissão deve ser o mais baixa possível e os materiais das tubulações devem ser lisos para diminuir o atrito e estarem livres de ferrugem ou oxidação, pois partículas de ferrugem podem se soltar e danificar o compressor.
4 Deve-se tomar cuidado com o comprimento das tubulações de admissão quanto ao fator ressonância o que pode ser prevenido com a escolha de certos comprimentos de tubulação.
O filtro de entrada deve levar em consideração o tipo de compressor, se lubrificado ou não lubrificado e também a qualidade de ar ambiente. Os filtros com jato de óleo (impingement) são aceitáveis para a lubrificação de compressores alternativos sob condições normais, os filtros com banho de óleo têm alta eficiência, mas são mais caros e podem somente ser considerados para condições de trabalho pesado.
Os filtros secos têm também alta eficiência para partículas acima de 10 micra e, devido a sua alta eficiência de filtragem são considerados a melhor escolha para os compressores rotativos e alternativos.
Para os compressores centrífugos pode-se utilizar os filtros secos de dois estágios.
Para todos os tipos de filtros deve ser previsto um meio de monitorar a queda de pressão do ar através do elemento de filtragem que é a indicação da contaminação desse elemento.
Todos os compressores são sensíveis à poeira e vapores presentes no ar que podem formar misturas adesivas, abrasivas e corrosivas dentro do compressor. Estes contaminantes se acumulam nas partes rotativas e induzem a um desgaste excessivo e desbalanço mecânico produzindo danos ao compressor.
Sempre que possível uma central de compressores de ar deve servir diversos pontos de uso.
Quando se trabalhar com oxigênio deve-se evitar o uso de lubrificantes de hidrocarbonetos devido ao perigo de fogo. Quando certos óleos lubrificantes não podem ser tolerados nos pontos de uso deve-se considerar a instalação de compressores livres de lubrificação à óleo. Na indústria de alimentação, por exemplo, é necessário o uso de compressores livres de óleo, assim como nas aplicações médicas e dentárias, no processamento de certos produtos químicos e no ar de instrumentação para o controle dos processos.
O ar livre de óleo pode ser obtido usando compressores centrífugos que, devido à sua configuração, não são lubrificados. Também são usados os compressores rotativos selados com água ou os compressores recíprocos com anéis do pistão e com as gaxetas de teflon.
Em casos isolados onde o ar deve ser livre de óleo pode-se usar sistemas de filtros aglutinados para remover os sólidos, umidade e óleo do fluxo de ar.
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3.2. Tipos
Para a seleção adequada de um compressor deve ser feita uma análise criteriosa para a escolha do melhor tipo de máquina a empregar. As comparações devem ser feitas para diferentes tipos de compressores e deve incluir, por exemplo, a potência gasta por m3 de ar por minuto, a potência em vazio, a vida esperada para o equipamento, os custos de operação e de manutenção, entre outros dados de projeto.
Estão disponíveis os seguintes tipos de compressores:
Recíprocos: Na faixa de até 6000 cfm (160 m3) ou adotar uma faixa, por exemplo, de 100 m3 no nosso sistema de medidas. Deve-se investigar e anotar as necessidades de proteções contra ruído ou estruturas de proteção ao redor do compressor para a diminuição do ruído e seus custos. Estes compressores podem ser lubrificados à óleo ou isentos de lubrificação.
Compressores rotativos com anel líquido: Este tipo de compressor fornece ar livre de óleo e sua operação é não pulsante como no recíproco. Estes compressores têm rotores fechados com uma parte cônica para ajuste da folga interna. As faixas de volume vão de 50 cfm até 300 cfm. Este tipo de compressor é recomendado para aplicações na área da saúde.
Compressores de parafuso: Os compressores de parafuso lubrificados á óleo tem uma faixa de produção de 22 até 3100 cfm e são aplicados para a carga básica. Os compressores de parafuso sem lubrificação têm uma faixa de produção de 400 até 12000 cfm.
Compressor rotativo de palhetas deslizantes: Os volumes de ar estão na faixa de até 3000 cfm. Estes compressores podem ser com injeção de óleo, inundação com óleo ou livre de óleo. Este tipo de compressor tem baixo custo operacional, é livre de pulsação e de vibrações. Ele permite a instalação sobre uma fundação muito simples.
Compressores centrífugos: Seu volume de ar está na faixa de 1200 a 18000 cfm. Ele necessita de um silenciador na descarga para eliminação do ruído. Eles não necessitam de lubrificação e, portanto, produzem ar isento de óleo.
Compressores montados sobre tanques: Usado para pequenas instalações, este é um campo onde se tem encontrado problemas com ruptura de tanques devido a problemas de soldas. Por essa razão estes compressores devem ter sua fabricação testada de acordo com normas ASME ou ABNT onde aplicável.
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3.3. Outras informações
A capacidade total de ar não deve ser baseada sobre as necessidades individuais dos equipamentos, mas sobre a média dos consumos dos equipamentos. A determinação da média de consumo se baseia no conceito de fator de carga que é a relação do consumo real com o consumo de ar máximo contínuo sob carga total.
Após o cálculo desse fator acrescenta-se 10% para as perdas e esta é a capacidade total da instalação para fins de projeto. Pode-se acrescentar uma capacidade maior para ampliações futuras.
Para se reduzir as perdas de energia que estão associadas com as temperaturas do ar durante a compressão pode-se usar a compressão em estágios múltiplos. Com isto se aumenta também a eficiência da operação de compressão, mas o custo da instalação é aumentado e a instalação também será mais complicada. Antes da seleção do processo de multiestágios deve-se fazer uma avaliação criteriosa das pressões e de uso do compressor. Quando se utilizar a compressão multiestágio devem ser usados resfriadores intermediários para aumentar a eficiência da unidade de compressão.
Outra consideração econômica a ser feita é determinar se a instalação central da estação de compressão é melhor que a distribuída entre diversas estações menores mais próximas aos pontos de uso.
A decisão sobre a quantidade de compressores para essas situações deveria ser baseada sobre o estudo econômico e outros fatores como a confiabilidade do sistema, sobre as variações das cargas de operação e seu sazonamento, a eficiência dos compressores (os maiores são mais eficientes que os pequenos compressores), as unidades múltiplas são mais flexíveis nas paradas para manutenção, também um compressor pequeno pode ser bastante para os fins de semana, férias e outras oportunidades de uso.
A localização onde os compressores serão instalados deve ser limpa, bem iluminada e ventilada e de área suficiente para permitir um acesso livre e desimpedido para a operação, inspeção e manutenção. Também deve haver um espaço adequado para a manutenção quando se necessita desmontar os compressores e suas peças auxiliares.
Devem ser instalados sistemas de aviso para altas temperaturas, altas pressões, baixa pressão de óleo, vibrações excessivas e devem ser instalados instrumentos para proteção de falhas e dispositivos de reset manual.
Os sistemas de lubrificação devem ser projetados de acordo com as recomendações do fabricante e da aplicação do compressor. Estes sistemas podem ser por gravidade, por esguicho ou pressão e podem ser usados lubrificantes sólidos ou sintéticos. Mas as instruções do fabricante devem ser obedecidas assim como as das companhias fornecedoras dos lubrificantes.
Os sistemas de controle podem ser uma combinação de descarga pneumática do cilindro e uma chave seletora manual-desliga-automático no compressor. Quando na posição manual o compressor carrega e descarrega conforme a demanda de ar comprimido, na posição de automático um relê de tempo permite que o compressor opere por um determinado tempo e para e uma demanda de ar pode reiniciar o
7 compressor depois quando necessário. Para sistemas de múltiplos compressores a sequência partir/parar deveria alternar os compressores que trabalham.
Por último é interessante fazer um teste de ruído para verificar se seu funcionamento está dentro das normas ABNT.
4. Tubo de descarga de ar
Devem ser considerados os comprimentos de tubo de descarga quanto ao efeito de ressonância. Os comprimentos críticos podem ser determinados a partir de dados do fabricante do compressor.
O volume do tanque de ar comprimido que está instalado entre o compressor e o resfriador deve ser dimensionado para evitar a vibração e desgaste nos tubos e nas chicanas do resfriador. Podem ser instalados, se necessário, tanques amortecedores na descarga do compressor para reduzir a manutenção, pois eles reduzem as pulsações da descarga, mas eles aumentam o custo da instalação.
Deve-se também instalar uma válvula de segurança entre o compressor e qualquer válvula de bloqueio após o compressor. Isto é muito importante principalmente nos compressores lubrificados, pois o lubrificante pode causar deposições e entupimentos no resfriador. A válvula de segurança deve ser instalada diretamente na tubulação de descarga e a saída desta válvula deve ser direcionada para longe das áreas onde podem estar pessoas trabalhando.
5. Resfriador e separador
Deve ser instalado um resfriador com um separador de umidade e de vapor de óleo após o compressor e antes do secador ou tanque receptor de ar comprimido. Estes resfriadores podem ser do tipo de circulação de ar ou de água de conformidade com o tipo mais econômico.
O ar comprimido que ganhou calor ao ser comprimido é resfriado a uma temperatura abaixo do ponto de condensação da umidade contida no ar que foi comprimido e a umidade e vapor de óleo condensados são separados e levados para disposição no sistema de efluentes a serem tratados.
Nos climas frios sujeitos a congelamento os resfriadores devem ser protegidos contra o congelamento.
A água de resfriamento deve circular pela camisa do compressor, pelo resfriador intermediário do compressor, se houver, e pelo resfriador posterior que está mostrado no diagrama da Figura 2.1. Deve existir um sistema de controle que verifica se a água de resfriamento está circulando antes de ser ligado o compressor. Nos compressores rotativos de selo líquido a água do resfriador intermediário deve ser instalada em série com o compressor.
Nos compressores de parafuso rotativo e de palhetas não é necessário circular água antes da partida, mas a tubulação de água em todos os casos deve ser instalada de acordo com as recomendações do fabricante do compressor.
8 Deve ser instalado um filtro na tubulação de água para reduzir a sujeira nos componentes do sistema de resfriamento. Também deve ser tomado cuidado de não formar condensação nas válvulas de entrada do compressor instalando o sistema de resfriamento de tal forma que o ponto de orvalho não seja atingido. Para isso a água deve circular primeiro pelo resfriador intermediário e depois pela camisa do compressor, mas o fabricante do compressor deve ser sempre consultado sobre a melhor forma de instalação e os requerimentos do sistema de resfriamento do compressor.
6. Secador de ar
Algumas aplicações do ar comprimido necessitam de uma remoção adicional da umidade do ar comprimido e para isso se usa um secador de ar instalado após o resfriador como vemos na Figura 2.1.
Estas aplicações são, por exemplo, as ferramentas de pintura operadas a ar, controles pneumáticos, instalações de jato de areia, tubulações passando através de câmaras frias ou instalações sujeitas a baixas temperaturas.
Esta secagem complementar requer equipamentos adicionais que aumentam o custo da instalação para qualquer tipo de sistema de compressão. Existem diversos tipos de instalação de secagem tais como a refrigerada, as de torres regenerativas, as dos dessecantes e as do calor regenerativo cada uma delas com suas vantagens e desvantagens. Vamos ver resumidamente alguns desses sistemas.
7. Refrigeração
Os secadores por refrigeração removem a umidade do ar comprimido por meio do seu resfriamento em um trocador de calor. Isto provoca a condensação da umidade que é removida no ponto de orvalho na pressão de compressão do ar. Pelo ajuste do sistema de refrigeração o ponto de orvalho pode ser controlado. Se forem necessários altos pontos de orvalho pode-se utilizar a refrigeração direta ou máquinas de refrigeração (chillers).
7.1. Torres regenerativas
Os secadores regenerativos utilizam dessecantes não consumíveis para remover a umidade do ar comprimido. O ar passa automaticamente entre duas torres dessecantes, uma absorvendo a umidade do ar e a outra sendo regenerada. O método de regeneração pode ser:
1. Regeneração do dessecante sem calor, que usa uma parte de ar seco (purga) pela camada da torre em processo de regeneração, não sendo aplicado calor de fonte externa. Este sistema deve ter um controle ajustável da purga e pode ser acomodado para se ajustar às mudanças sazonais das temperaturas do ambiente reduzindo o custo de operação. Os secadores sem calor podem prover pontos de orvalho bastante baixos. Este sistema tem custos operacionais baixos por não ter partes móveis e,
9 com uma escolha adequada da pré-filtragem que remova o óleo, as necessidades de troca do dessecante são minimizadas.
2. Secadores de calor regenerativos. Estes utilizam uma fonte externa de calor, seja do vapor ou elétrica, em conjunto com a purga de ar para regenerar a torre fora de trabalho. A redução da quantidade de ar purgado requerida pela regeneração causa uma diminuição do custo de operação. Mas deve-se cuidar que as altas temperaturas de regeneração podem danificar o equipamento e o dessecante e contribuir assim para aumentar os custos de manutenção e das paradas.
3. Liquefação. Os secadores por meio de secadores deliquescentes como o sal e o glicol etileno estão incluídos aqui para fins somente de comparação e informação, pois não são usados devido aos seus altos custos operacionais e seu efeito limitado no ponto de orvalho. Estes tipos de dessecantes carregam as linhas de ar com sal ou glicol e podem causar corrosão no sistema e nas ferramentas que usam o ar seco. O glicol reage com certos componentes do ar, principalmente o dióxido de carbono, formando compostos corrosivos que atacam a tubulação e o equipamento.
7.2. Pré-filtros e pós-filtros
Devemos ainda considerar a instalação de um pré-filtro antes do secador de ar e um pós-filtro após o secador.
O pré-filtro pode ser necessário para remover a carga de óleo arrastado e outras partículas indesejáveis que estejam presentes no ar que entra no secador e ele tem a vantagem de aumentar a vida do secador e diminuir os custos de manutenção.
Um pós-filtro pode ser considerado a fim de proteger o sistema de tubulação e o equipamento após o secador com a retirada de impurezas e partículas indesejáveis que podem ter sido acrescentadas ao ar durante a secagem. Os fabricantes dos secadores devem ser consultados quanto a recomendações para a seleção dos pré e pós-filtros mais adequados às necessidades da aplicação específica do ar.
8. Tanque de ar
O tanque de ar amortece as pulsações da linha de descarga do compressor e serve de reservatório ou pulmão para as altas demandas do sistema de uso do ar comprimido. Ele também evita a carga e descarga frequente do compressor e ajuda na separação do vapor de óleo e da umidade do ar comprimido.
A capacidade do tanque ou reservatório de ar deve ser adequada ao processo onde o ar comprimido está sendo usado.
10 O reservatório de ar deve ser instalado em um ambiente adequado com possibilidade de drenagem da umidade e óleo retirado do sistema, com espaço adequado para a inspeção e manutenção da unidade. Deve possuir também uma válvula de segurança e manômetro e, em regiões sujeitas a geadas, deve ser protegido para evitar congelamento. Quando os purgadores automáticos são usados ao tempo eles devem estar protegidos do congelamento por meio de aquecedores elétricos ou a vapor.
9. Tubulação
A tubulação de ar comprimido deve ser em aço. Pode-se instalar eventualmente tubulações em cobre ou plástico reforçado com fibra de vidro em casos especiais. As tubulações de PVC não são permitidas.
As perdas de pressão na tubulação são causadas pelo atrito do ar comprimido com a parede do tubo e a perda de pressão normalmente admitida é de 5% da pressão do compressor até o ponto mais distante. Para o cálculo usa-se normalmente a fórmula de Darcy. Você verá mais sobre isto no Módulo V de nosso curso.
O layout ou arranjo da tubulação deve sempre que possível ser um laço fechado ou anel para permitir a equalização da pressão e uma pressão mais uniforme no sistema.
Quando existirem pontos de alto consumo e longas distâncias do compressor, eles deveriam ser alimentados por meio de ramais separados. A tubulação deve ser instalada com um caimento na direção do fim da linha e em todos os pontos baixos da tubulação devem ser instalados purgadores para remover a umidade condensada acumulada. Os ramais das tubulações principais devem ser instalados no topo da tubulação principal para evitar receber a umidade que se condensou e que se acumula na tubulação principal.
Quando for instalada uma válvula de isolamento que pode fechar a tubulação em algum entre o compressor o resfriador ou o tanque de ar, deve ser instalada por razão de segurança, uma válvula de segurança entre o compressor e ela. Essa válvula de segurança deve ter capacidade para escoar a produção total do compressor.
Em todos os ramais que servem máquinas pneumáticas devem ser instalado um filtro e um lubrificador. Nas tubulações que ligam os compressores com a tubulação de saída podem ser usadas conexões metálicas flexíveis e quando a qualidade do ar nas tubulações não pode ser garantida devem-se instalar componentes de filtragem adicionais nos pontos de uso.
10. Compressores de parafuso
Vimos até agora os compressores alternativos. Agora vamos ver resumidamente os compressores de parafuso, que existem em duas versões: lubrificado e sem lubrificação.
11 Os compressores rotativos de parafuso são compressores de deslocamento positivo. O tipo mais comum é o de hélice ou parafuso de estágio único ou o de hélice de dois estágios. Na Figura 9.1 vemos um compressor de parafuso de um estágio e duas hélices.
Figura 9.1
Estes compressores funcionam no princípio do ar que enche o vazio entre as duas hélices que se casam e seu alojamento. Conforme as duas hélices giram o volume é reduzido de forma que se cria um aumento da pressão. Nos compressores lubrificados por inundação é injetado óleo no mancal e na área de compressão e as razões para isto são: resfriamento, lubrificação e a criação de um selo entre os parafusos e o alojamento para reduzir os vazamentos internos e para resfriamento impedindo o ar de passar entre fios da rosca do rotor. Após o ciclo de compressão o óleo e o ar são separados antes do ar ir para o sistema de uso. O óleo é resfriado e recirculado para uso do compressor e o ar vai para o reservatório e tratamento posterior antes de seu uso final.
A eficiência deste compressor depende das folgas internas entre a os rotores helicoidais e as cavidades do alojamento do compressor.
Este compressor é usado em uma grande faixa de aplicações como suprimento de ar para instalações industriais inclusive em instalações móveis sobre trailers acionados por motores diesel para aplicações em construções civis e outras para acionar ferramentas pneumáticas.
As vantagens deste compressor são seu pequeno tamanho, leveza e mínima manutenção para uma operação adequada.
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11. Compressores de palheta deslizante
Os compressores de palheta deslizante que vemos na Figura 11.1 são compressores de deslocamento positivo como os recíprocos e os de parafuso.
Figura 11.1
Como vemos ele se compõe de um rotor com palhetas e um alojamento ou corpo do compressor. Neste compressor vemos 6 palhetas mas seu número é variável dependendo do fabricante e do tamanho compressor. O rotor tem rasgos e esta fora de centro no alojamento o que provê uma área variável varrida pelo rotor entre a entrada e saída do ar ou gás sendo comprimido. Conforme o rotor gira se faz a compressão conforme o volume da câmara vai de um máximo na entrada para um mínimo na saída. As palhetas são forçadas para fora do rasgo devido à força centrífuga da rotação e ficam em contato com o corpo do alojamento. O óleo é injetado no ar que entra no compressor a produz a lubrificação das paredes e o resfriamento do fluido sendo comprimido além de prover a selagem do conjunto estator/rotor. Após o ciclo de compressão o óleo e o ar são separados sendo o ar tratado antes do ar voltar para o circuito de operação e o óleo é resfriado e tratado para voltar para o compressor.
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12. Compressor centrífugo
Os compressores centrífugos não são de deslocamento positivo como vimos os anteriores. Vemos dois destes compressores na Figura 11.1.
Figura 11.1
Eles usam altas velocidades de rotação na casa de até 60.000 RPM a fim de acelerar o ar que será desacelerado no difusor para transformar em pressão. Este processo chamado de compressão dinâmica causa então o aumento de pressão (transformação da energia cinética em pressão). Na maioria dos compressores centrífugos existem muitas combinações de rotores/difusores ou estágios de compressão. Tipicamente estas máquinas usam resfriadores intermediários em cada estágio para resfriar o gás ou ar sendo comprimido e para remoção de 100% do condensado formado pela umidade do ar a fim de evitar a erosão dos rotores.
As vantagens dos compressores centrífugos são as altas eficiências obtidas que se aproximam dos recíprocos de dois estágios, pode-se obter pressões de até 80 bar ou mais, podem ser obtidos em pacotes de até 500 HP, o seu custo melhora com o tamanho da unidade e também não necessita fundações especiais.
Suas desvantagens são seu alto custo inicial, seus sistemas de controle e monitoração mais complicados, seu limitada capacidade de modulação, suas altas rotações de trabalho que necessitam mancais especiais e sistema de acionamento adequado, sendo usadas para as maiores capacidades turbinas a vapor acopladas diretamente e manutenção especializada.
13. Sopradores
Os sopradores estão na classe dos ventiladores sendo, na verdade, ventiladores de alta pressão e baixos volumes usados em aplicações nas fornalhas para alimentação de ar de combustão e para aplicações em secagem e limpeza.
São usados em circuitos de gases ácidos com construções pesadas para pressões positivas e negativas de entrada.
São ventiladores especiais usados na indústria petroquímica e projetados conforme norma API 673/560.
Vimos os compressores e sopradores que produzem pressões positivas, ou seja, acima da pressão atmosférica. Agora vamos ver as bombas de vácuo que operam a pressões abaixo das pressões atmosféricas ou pressões negativas.
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14. Bombas de vácuo
As bombas de vácuo de anel líquido são muito usadas nas indústrias químicas e petroquímica nos processos de destilação à vácuo, evaporação, filtragem e secagem. Também nas usinas geradoras de força elas são usadas para a retirada de ar dos condensadores de superfície e são usadas também extensamente na indústria alimentícia, farmacêutica, hospitais e na indústria de celulose e papel. Seu desenho é muito simples e tem uma ampla gama de aplicações e processos sendo um meio líquido o meio de selagem é ideal para muitos processos tais como filtragem, secagem, condensação, destilação, etc.
O vácuo obtido depende do líquido usado para a selagem sendo a água o meio mais comumente usado, podendo-se obter vácuos de 30 a 50 Torr. Na tabela seguinte vemos as diversas escalas usadas para a medição do vácuo e suas relações.
Conversão das unidades de vácuo
Torr In.Hg (Abs) In. Hg (Vac) mBar
760 29,9 0 1013 700 27,8 2,36 934 600 23,6 6,3 800 500 19,7 10,24 667 400 15,7 14,17 533 300 11,8 18,11 400 200 7,85 22,05 267 100 3,94 29,58 133,3 10 0,394 29,53 13,33 1 0,039 29,98 1,33 0,1 0,004 29,92 0,133 0,01 0 29,92 0,013 1 Torr/cfm = 0,472 Torr/l/s 1 Torr/m3/h=0,5886 Torr/cfm 1 Torr/cfm=1,66 Torr/m3/h
O Torr é uma unidade que não pertence ao sistema internacional de medidas (SI) e tem o valor aproximado de 1 mmHg.
Para aplicações com pressões mais altas podem-se usar bombas seladas com água para a maioria das aplicações. Para aplicações abaixo desse nível devem ser aplicados líquidos de selagem com pressão de vapor mais baixa ou combinações de bombas de anel líquido e ejetores.
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14.1. Operação
As bombas de vácuo de anel líquido são um equipamento não pulsante que remove os gases ou ar intermitentemente por meio de palhetas rotativas que passam por um anel líquido produzido usualmente pela água. Vemos na Figura 14.1 um exemplo deste tipo de bomba.
Figura 14.1
Na figura vemos um corte transversal de uma bomba mostrando sua construção interna. Vemos na figura que o rotor é montado excentricamente e as lâminas giram excentricamente em relação à carcaça formando um anel de líquido sendo a sucção e a descarga da bomba expostas ao vácuo, mas separadas pelas lâminas e o anel de líquido. Vemos as bolhas de ar na figura mostrando o trajeto do ar que é retirado do sistema. O fluido de processo, ar ou gás, é retirado pelo lado da entrada e fica preso entre as lâminas e o anel líquido e, conforme o rotor gira, as lâminas entram mais fundo no anel líquido comprimindo o fluido que passa para o lado de descarga. Vemos que o anel líquido é usado como um pistão e a operação é completada sem o uso de pistões, válvulas ou qualquer outro contato metálico.
14.2. Vantagens
As vantagens do uso das bombas de vácuo de anel líquido são que todo o condensado pode ser drenado por gravidade pela bomba de vácuo e pode ser drenado para um poço quente por meio de uma perna barométrica.
Outra vantagem é seu volume de instalação, pois muitas vezes a instalação é feita sobre uma armação metálica como um pacote contendo válvulas, tubulação de interconexão, instrumentação e ligações das utilidades (energia elétrica, água, etc.).
15. Nota final
Terminamos assim o estudo das máquinas de compressão e descompressão dos fluidos.
