A vida na Terra depende da atmosfera - uma vasta bolha de gás que se estende cerca de 1000 quilómetros acima do planeta. O ar é uma mistura de gases, incluindo azoto, oxigénio, vapor de água, gases inertes e, infelizmente, poluentes de hidrocarbonetos criados pela atividade humana. Até cerca de 3000 metros de altitude, esta composição permanece relativamente constante.
Ao nível do solo, as vias aéreas pesam cerca de 1,2 kg por metro cúbico. A superfície da Terra e tudo o que se encontra nela estão constantemente sujeitos a esta força, conhecida como pressão atmosférica. Corresponde ao peso de uma coluna de ar de 1000 km que atua em cada centímetro quadrado.
À medida que a altitude aumenta, a pressão atmosférica diminui. A cada 5 quilómetros de altitude, a densidade do ar disponível é reduzida para metade, razão pela qual o ar se torna "mais fino".
O ar é um gás comprimível. Quando o seu volume é reduzido, a sua pressão aumenta. Um compressor realiza esta transformação aspirando ar atmosférico e comprimindo-o utilizando energia mecânica.
Uma analogia simples é uma bomba manual a encher uma bola. A bomba aspira ar e comprime-o para cerca de um quarto do seu volume original. Como resultado, a pressão no interior da esfera torna-se quatro vezes a pressão atmosférica.
A pressão atmosférica absoluta é de aproximadamente 1 bar.
A pressão no interior da bola pode ser expressa como:
O Pascal (Pa) é a unidade oficial SI para pressão, mas é demasiado pequeno para o uso industrial diário. Outras unidades práticas incluem:
A pressão atmosférica também é comummente expressa como:
Os sistemas de ar comprimido geralmente descrevem a pressão como sobrepressão (pressão acima da pressão atmosférica). Por vezes, é utilizada a notação (e), como kPa(e). A pressão de serviço dos compressores também é especificada como sobrepressão.
A capacidade do compressor - a quantidade de ar comprimido fornecido em cada momento - é tipicamente medida em:
A capacidade indicada refere-se ao ar expandido de volta à pressão atmosférica. Um prefixo N (por exemplo, Nl/s) significa que o valor se refere a "condições normais" com base na temperatura e pressão padrão.
Os dados do compressor especificam frequentemente o deslocamento do pistão - o volume de ar aspirado para o compressor. No entanto, o ar utilizável real é o débito de ar livre (FAD), que representa o ar fornecido à pressão de serviço nominal. O FAD é sempre inferior devido a perdas de compressão, tais como calor, fugas e ineficiências das válvulas.
O ar comprimido contém os mesmos componentes que o ar ambiente:
Uma vez que o vapor de água é comprimido juntamente com o ar, o teor de humidade aumenta. Os compressores lubrificados também introduzem pequenas quantidades de óleo no fluxo de ar comprimido.
Os sistemas de ar comprimido incluem frequentemente:
Estes elementos ajudam a cumprir classificações de qualidade do ar, como a ISO 8573-1.
Toda a energia fornecida ao compressor torna-se calor. Por exemplo, um compressor de 3 kW produz tanto calor como uma pequena sauna. A refrigeração eficaz - tipicamente refrigeração a ar ou a água - é essencial para manter o desempenho e a fiabilidade. As instalações modernas recuperam frequentemente este calor para utilização no aquecimento de edifícios.
Quando o ar comprimido é arrefecido após a compressão, atinge 100% de humidade relativa. O vapor de água condensa em líquido, produzindo condensado nos recetores e tubagens. O ponto de orvalho é a temperatura à qual se forma condensação.
A quantidade de condensado produzida depende de:
Os separadores de óleo/água são utilizados para tratar o condensado antes da eliminação.
O ar comprimido é limpo, seguro e altamente adaptável. Utilizado para:
A sua versatilidade torna-a essencial no fabrico, na indústria automóvel, na produção alimentar e em muitas outras indústrias.
A geração de ar comprimido requer muita energia. Produzir 1 m³/min a 7 bar requer aproximadamente 6,5 kW num compressor moderno. Quaisquer aumentos de pressão desnecessários levam a custos energéticos significativos:
Uma alteração de ±1 bar equivale a uma alteração de aproximadamente ±7% no consumo de energia.
O controlo preciso da pressão e a otimização do sistema podem reduzir drasticamente as despesas operacionais.
A pressão manométrica mede a pressão relativa à pressão atmosférica (0 bar(g)). A pressão absoluta mede a pressão relativa a um vácuo perfeito (0 bar(a)).
Exemplo: 3 bar(g) = 4 bar(a), assumindo que a pressão atmosférica é de 1 bar.
As indústrias dependem do ar comprimido da mesma forma que dependem da eletricidade, água e gás. Alimenta ferramentas, controla sistemas de automação, aciona atuadores e suporta inúmeros processos de produção, tornando-o um utilitário essencial.
Temperaturas ambiente mais elevadas reduzem a densidade do ar, o que significa que entra menos massa de ar no compressor por curso. Isto reduz a capacidade do compressor e aumenta a temperatura de funcionamento, desencadeando potencialmente encerramentos térmicos.
O FAD é o fluxo de ar utilizável real na saída do compressor nas condições indicadas. Define se um compressor pode suportar adequadamente a sua aplicação. Ferramentas sobredimensionadas ou fugas podem facilmente exceder o FAD, causando quedas de pressão.
Quando o ar atmosférico é aspirado para um compressor, o seu teor de vapor de água também é comprimido. Após a compressão, a temperatura sobe, aumentando a capacidade do ar de reter a humidade. Depois de arrefecido, o ar atinge imediatamente a saturação e liberta condensado.
O ponto de orvalho é a temperatura à qual o ar fica saturado e a condensação começa. Pontos de orvalho mais baixos significam ar mais seco, essencial para aplicações sensíveis como instrumentação, pintura ou processamento de alimentos.
Até 94% da energia elétrica consumida por um compressor transforma-se em calor. Os sistemas de recuperação de calor recuperam esta energia para o aquecimento de espaços, aquecimento de água ou pré-aquecimento de processos, melhorando drasticamente a eficiência energética geral.
Cada componente (filtros, secadores, tubagem) acrescenta resistência ao caudal. Quedas de pressão excessivas forçam o compressor a trabalhar mais para manter a pressão necessária, aumentando os custos energéticos. Um bom design do sistema minimiza estas gotas.
Normalmente, ocorrem fugas de ar em acessórios, mangueiras, conectores rápidos, vedantes e ferramentas com pouca manutenção. Mesmo uma fuga de 3 mm a 7 bar pode desperdiçar mais de 2000 € por ano em custos energéticos.
O dimensionamento requer o cálculo de:
O dimensionamento incorreto leva a ineficiência, instabilidade da pressão e desgaste prematuro.
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