Manutenção – Tratamento de Ar Comprimido

Este artigo foi escrito por mim quando da realização do curso de Automação no CIAGA, em 2009, e disponibilizo aos colegas. Não sou e nem quero ser o dono da verdade. Assim, qualquer erro que perceberem ou observação que tiverem a fazer, fiquem à vontade. Dividir e divulgar o conhecimento – esta é a idéia.

SECADORES DE AR

Os secadores de ar comprimido são equipamentos fundamentais para a completa e eficiente secagem do ar comprimido. É a garantia de que o ar irá puro e com qualidade para o sistema de ar comprimido, com melhor eficiência e menor consumo de energia.

SECAGEM POR RESFRIAMENTO:

O processo de secagem do ar comprimido por refrigeração passa pelos seguintes estágios:

1 – PRÉ-RESFRIAMENTO: O ar comprimido que entra no Secador por Refrigeração, saturado de umidade, passa através do trocador de calor onde, em uma primeira fase, é resfriado pelo ar comprimido de saída.

2 – RESFRIAMENTO: No mesmo trocador, o ar comprimido pré-resfriado é dirigido à segunda fase do resfriamento, onde atinge aproximadamente 3ºC pelo contato térmico com o fluido refrigerante.

Neste instante, a umidade contida no ar comprimido na forma de vapor se condensa e é arrastada para o próximo estágio pela gravidade e fluxo do ar.

3 – TURBO SEPARAÇÃO: Neste estágio, o ar comprimido resfriado na fase anterior, passa por um turbo separador de alta eficiência que promove, por ciclonagem, a separação da mistura “água + ar”. A água então, é drenada por um sistema temporizado e o ar comprimido, isento de condensado, segue para a etapa seguinte.

4 -REAQUECIMENTO: O ar comprimido que deixa o turbo separador, ao retornar ao ponto inicial, é aquecido pelo ar de entrada, concluindo o processo de secagem.

Mesmo assim, ainda há um teor de umidade. Ele é mínimo, mas existe.

SECAGEM POR ABSORÇÃO / ADSORÇÃO:

Determinadas aplicações de ar comprimido requerem um teor de umidade muito baixo (ponto de orvalho negativo entre –5 a – 70°C aproximadamente), não sendo atendidos pelos sistemas de secagem por refrigeração (ponto de orvalho +3°C). Neste caso deveremos utilizar o secador que opera pelo princípio da adsorção.

A adsorção é a adesão de moléculas de um fluido (o adsorvido) a uma superfície sólida (o adsorvente); o grau de adsorção depende da temperatura, da pressão e da área da superfície – os sólidos porosos como o carvão são ótimos adsorventes. As forças que atraem o adsorvato podem ser químicas ou físicas. Um exemplo desta operação é a eliminação do odor de geladeira com o uso de carvão ativado (o odor se fixa nas superfícies livres nos poros do carvão). A Absorção é a fixação de um gás por um sólido ou um líquido, ou a fixação de um líquido por um sólido. A substância absorvida se infiltra na substância que absorve.

Este processo é de elevado rendimento, visto que os materiais de adsorção são facilmente regenerados depois de alcançada sua saturação (a quente ou a frio). Com relação ao ar comprimido, o sistema de adsorção permite eliminar radicalmente o vapor d’água presente na mistura. Com este sistema é possível atualmente obter pontos de orvalho próximos de -100°C.

Os adsorventes são produtos extremamente porosos, sendo comum possuírem superfícies específicas de 500 a 1.000 m² por grama. E é esta imensa superfície que cria a condição essencial ao fenômeno de adsorção (que é comparável ao conhecido fenômeno da condensação) e que vem a ser, em ultima análise, um fenômeno de superfície.

A regeneração (também chamada de reativação) dos materiais de adsorção é a eliminação ou evaporação da água que os mesmos adsorveram do ar comprimido. Esta regeneração pode ser realizada através da “lavagem” do material de adsorção saturado com ar comprimido seco e aquecido ou com ar frio.e seco pressurizado (linha FDA).

Esta operação está limitada as restrições termodinâmicas assim como a destilação, portanto o conhecimento em termodinâmica é imprescindível para se projetar ou operar uma coluna de Absorção. Esta operação é utilizada para purificação de gases e para recuperação de solutos. Este sistema funciona basicamente da seguinte forma: O ar comprimido passa por 3 etapas distintas durante o processo de secagem e filtração:

Em primeiro lugar passa por um filtro coalescente para a remoção do óleo e água condensada provenientes do compressor. Este filtro remove também as partículas sólidas (ferrugem / corrosão) arrastadas da tubulação pelo ar comprimido com uma eficiência de até 99,9999%. Opcionalmente o secador é fornecido com um separador de condensado na entrada (caso o compressor seja isento de óleo). Em seguida o ar comprimido passa por uma das colunas de adsorção, onde o vapor d’água é retirado por adsorção (ao mesmo tempo a outra coluna é reativada) até os valores de projeto. Na ultima etapa o ar comprimido já seco passa por um filtro de saída que remove eventuais partículas sólidas provenientes do material de adsorção. Em seguida dá-se início ao Ciclo de Reativação. Para a recuperação da coluna de adsorção que está saturada , utilizamos uma pequena porcentagem de ar seco que pode estar aquecido ou frio, dependendo do tipo de equipamento utilizado (os fabricantes variam um para o outro). Para esta reativação (também conhecida como recuperação ou regeneração) do material de adsorção, utilizamos cerca de 5-15% (dependendo do modelo e do ponto de orvalho) do ar comprimido seco e filtrado que, ao sair do secador, é desviado para uma linha secundária passando pelo aquecedor (em determinados modelos de equipamentos) e a seguir atravessa a coluna de adsorção que está saturada em contra fluxo, removendo assim a umidade, que então é eliminada para a atmosfera. Esta reativação confere aos materiais de adsorção uma elevada vida útil (2 a 6 anos de operação aproximadamente).

SECAGEM TOTALMENTE MANUAL (INSTALAÇÕES ANTIGAS / OBSOLETAS):

Ainda há o secagem manual, sem nada. Simplesmente compressor, reservatório, redes e consumidores. Basicamente o ar é seco pela drenagem constante dos reservatórios, pois o ar, ao atingir seu ponto de orvalho, gera um tipo de condensado, muitas vezes com óleo na mistura, arrastado do sistema. Já vi sistemas onde há uma solenóide no dreno dos reservatórios, com temporizador, para garantir esta drenagem. Como depende, na maioria das vezes, de ação humana (drenagem manual dos reservatórios pelo operador) e, dependendo da abertura do dreno, podemos causar uma diferença de pressão muito grande entre o interior e exterior do reservatório, fazendo com que o ar desça diretamente, ficando o condensado depositado perifericamente à corrente de ar, prejudicando a manutenção do ar seco, as unidades de absorção / adsorção ainda são mais eficientes. O isolado das unidades de resfriamento é baixo mas o custo à planta torna-se alto.

Já presenciei em um navio onde o sistema era drenagem manual, simples e pura, redes de ar completamente corroídas internamente, fazendo com que este arrastasse inúmeras impurezas, prejudicando, inclusive, o funcionamento de sistemas de controle de diversos equipamentos. Bastava colocar a mão numa saída de ar para sentir, principalmente, ferrugem sendo arrastada. Enquanto em determinados pontos a corrosão por “pitting” (concentrada pontualmente) ia furando as redes de dentro para fora, em outros havia muita concentração de impurezas, reduzindo o diâmetro de trabalho das redes. Ainda havia problemas nos sistemas de controle dos equipamentos na Praça de Máquinas.

Em todos os tipos de sistemas há a presença de filtros de linha para reter partículas sólidas e os mesmos devem ser checados e limpos regularmente. Um mínimo de umidade misturada a essas impurezas forma um tipo de lama internamente que pode bloquear as redes de ar.

Há também os lubrificadores que mantém um determinado teor de óleo no ar para que as partes internas do sistema e seus componentes sejam devidamente lubrificadas.

CONCLUSÃO:

Em termos de eficiência, com certeza a secagem por absorção / adsorção é a melhor. O instalação é compacta, a manutenção não é tão complicada e os benefícios para o ar e sistemas periféricos, incluindo redes, válvulas, acionadores e equipamentos são inúmeros. Além disso, conseguimos um ar quase que 100% isento de umidade e com um ponto de orvalho bem mais baixo que o propiciado pelas demais. Também há o benefício, como citado, da durabilidade do sistema e componentes e nisso o sistema por absorção / adsorção se destaca muito dos demais.

Por Rodrigo Cintra

Uma resposta para “Manutenção – Tratamento de Ar Comprimido

  1. Matéria interessantíssima e instrutiva, mas me responde uma coisa que não entendi(desculpe se for muito óbvio) sobre o sistema de secagem por absorção/adsorção…”e a seguir atravessa a coluna de adsorção que está saturada em contra fluxo, removendo assim a umidade, que então é eliminada para a atmosfera.”

    Como essa umidade atinge a atmosfera?
    Esse ar comprimido em contra fluxo “vence” a pressão de uma válvula ou algo parecido?
    Pergunto isso porque ao ler, tenho a impressão de que o sistema não pode simplesmente ser aberto para a atmosfera sob o risco de perder pressão.

    Desculpa ae se estiver falando besteira…hehehe.
    Abraço.

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