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Compressores

Compressores

O compressor é uma máquina que gera uma “força” ao comprimir um gás ou vapor, que pode ser explorada de diferentes maneiras; tanto que o compressor é utilizado em diversos setores profissionais e industriais. O compressor é capaz de aumentar a pressão de um corpo aeriforme graças a um procedimento totalmente mecânico. Portanto, seu principal objetivo é comprimir o ar e produzir a pressão necessária para múltiplos propósitos.

Ar comprimido

Isto é, reduzido em volume com um compressor e armazenado em um tanque ou cilindros resistentes à pressão, ou usado imediatamente.  O ar comprimido é a quarta forma de energia usada na indústria, pois tem pontos fortes significativos e características únicas. Ao contrário do gás, água e eletricidade, fornecidos por empresas externas; o ar comprimido é gerado no local diretamente pelo usuário; por isso a qualidade e os custos relativos de produção dependem do usuário e do sistema interno. do complexo industrial.

Como funciona um compressor

O princípio de operação de um compressor de ar é relativamente simples. Dependendo do tipo de máquina, o processo de compressão requer um motor; uma válvula de admissão de ar e uma válvula de saída de ar e, na maioria dos casos, um tanque de armazenamento de ar comprimido. O ar é sugado para dentro da máquina; comprimido pelos componentes internos de diferentes maneiras de acordo com as tecnologias disponíveis e empurrado para o tanque. O processo de compressão provoca um aumento de pressão; quando a pressão máxima é atingida dentro do tanque, o ciclo está completo; e o compressor para e depois liga novamente quando a pressão cai novamente abaixo de um limite predefinido. A gama de compressores disponíveis no mercado é muito ampla. Cada tipo de compressor possui características e propósitos específicos; por isso, é importante entender qual escolher para usá-lo corretamente. Os compressores de ar são usados ​​em todos os processos de produção e aplicações industriais que requerem ar comprimido.

Compressores de ar industriais

O ar comé “produzido” por compressores que podem ter tamanhos e dimensões muito diferentes; variando de um simples compressor para a oficina até estações de compressão muito potentes e complexas.  Para escolher um compressor, você deve primeiro determinar com que freqüência o usa; e definir quais serão as necessidades de ar comprimido do sistema e a que pressão o ar comprimido terá que ser produzido. A taxa de fluxo é a quantidade de ar que o compressor é capaz de fornecer para alimentar vários dispositivos ao mesmo tempo. Este valor pode ser indicado em litros por segundo (l / s) ou metros cúbicos por hora (m3 / h). Normalmente é escolhido um compressor que oferece uma margem de segurança de cerca de 30% a mais do que o requisito estimado. A vazão em metros cúbicos normais por hora (Nmc / h) é uma forma convencional de expressar a vazão em condições padrão para todos. Eles são definidos de forma que todos possam falar a "mesma língua" evitando mal-entendidos.

Medidor Cúbico Normal

O metro cúbico normal é uma quantidade que foi tomada como uma convenção; precisamente porque todos nós temos uma maneira comum de nos referir a este volume. Por isso, decidiu-se introduzir o metro cúbico normal (Nm³) e, conseqüentemente, a vazão normal em Nm³ / h. Este volume refere-se a condições “normais”, ou seja, ar seco a 0 ° C (portanto 273 K); pressão barométrica igual a 101325 Pa (1,01325 bar) e altitude acima do nível do mar. No entanto, é uma taxa de fluxo fictícia, não real; que deve então ser convertido em qual é a taxa de fluxo real, antes de escolher o compressor a ser comprado. A transformação de metros cúbicos normais em metros cúbicos efetivos é obtida a partir da razão entre as duas diferentes densidades do gás. Onde QN é a taxa de fluxo normal, Q é a taxa de fluxo efetiva, ρN é a densidade em condições normais; e ρ é aquele nas condições em que o compressor deve ser operado. A pressão dependerá do equipamento industrial ou do circuito pneumático que o compressor se destina a alimentar. A pressão pode ser indicada em bar ou em pascal (Pa). Dependendo deste fator, escolheremos um compressor de estágio único (máx. 10 bar); ou um compressor multiestágios, capaz de aumentar significativamente a pressão (até 400 bar). A potência do compressor depende do fluxo de ar desejado e da pressão de saída.  Os compressores geralmente funcionam com um reservatório de ar comprimido; que permite dar a partida no motor de acordo com suas necessidades. É necessário dimensionar este tanque corretamente para não sobrecarregar o motor constantemente.  A máquina pode ser resfriada por ar ou água.

Compressores resfriados a Ar

Maioria das unidades de compressores atuais também estão disponíveis em uma versão resfriada a ar, onde a ventilação forçada dentro da unidade do compressor de ar; contém quase 100% da energia consumida pelo motor elétrico.

Compressores resfriados a àgua

Existem três métodos de resfriamento a água. Vejamos as diferentes opções de resfriamento para determinar qual deve ser usado na rede de ar comprimido em questão. Quanto mais o ar comprimido é resfriado dentro do intercooler e pós-resfriador de um compressor; quanto maior a eficiência do compressor e mais condensado o vapor de água. Uma instalação com compressores resfriados a água impõe demandas modestas ao sistema de ventilação da sala do compressor, visto que a água de resfriamento contém, na forma de calor; aproximadamente 90% da energia absorvida pelos motores elétricos. Os sistemas de resfriamento de água do compressor podem ser baseados nos três princípios básicos a seguir:
  • A Sistemas abertos sem circulação de água (conectado a um suprimento de água externo)
  • Sistemas abertos com circulação de água (torre de resfriamento)
  • Sistemas fechados com circulação de água (incluindo um radiador externo / trocador de calor )

Sistema aberto sem circulação de água

Num sistema aberto sem circulação de água, a água é fornecida por uma fonte externa, como uma rede urbana, um lago, um rio ou um poço, e após passar pelo compressor é descarregada como águas residuais. O sistema deve ser controlado por um termostato para manter a temperatura do ar desejada e regular o consumo de água.

Custos

Um sistema aberto normalmente é barato e fácil de instalar; mas, caro em termos de custos operacionais, especialmente se a água de resfriamento vier de um abastecimento de água municipal. A água de lagos ou rios geralmente é gratuita; mas, deve ser filtrado e purificado para limitar o risco de entupir o sistema de refrigeração. Água rica em calcário também pode dar origem a incrustações de caldeira no interior dos resfriadores; causando uma deterioração gradual do resfriamento. O mesmo se aplica à água salgada, que pode, no entanto, ser utilizada se o sistema for devidamente concebido e dimensionado de acordo.

Sistema aberto com circulação de água

Num sistema aberto com circulação de água, a água de resfriamento do compressor é resfriada novamente em uma torre de resfriamento aberta; deixando-o cair por gravidade em uma câmara através da qual o ar é soprado. Nessas condições, parte da água evapora; e o restante é resfriado até 2 ° C abaixo da temperatura ambiente (este valor pode variar dependendo da temperatura e da umidade relativa). Os sistemas abertos com circulação de água são usados ​​principalmente quando a disponibilidade de água de uma fonte externa é limitada. A desvantagem desse sistema é que a água é gradualmente contaminada pelo ar circundante. O sistema também requer diluição constante com água externa devido à evaporação. Sais solúveis são depositados em superfícies de metal quente que reduzem a capacidade de transferência de calor da torre de resfriamento. A água deve ser regularmente analisada e tratada com produtos químicos para evitar o crescimento de algas em seu interior. Quando o compressor não está funcionando, a torre de resfriamento deve ser esvaziada ou a água aquecida para evitar que ela congele.

Sistema fechado com circulação de água

Num sistema de resfriamento fechado, a mesma água circula continuamente entre o compressor e alguma forma de trocador de calor externo; que por sua vez é resfriado por meio de um circuito de água externo ou pelo ar circundante. Quando a água é resfriada por outro circuito de água, um trocador de calor de placa plana é usado. Quando a água é resfriada usando o ar circundante, uma matriz de resfriamento consistindo de tubos e aletas de resfriamento é usada. O ar circundante é forçado a circular pelos tubos e aletas por um ou mais ventiladores.

Quando este método é usado:

Este método é adequado se a disponibilidade de água de resfriamento for limitada. Os circuitos abertos ou fechados têm capacidade de resfriamento comparável; no sentido de que a água do compressor é resfriada a uma temperatura 5 ° C superior à do refrigerante. Se a água de resfriamento for resfriada pelo ar circundante, a adição de um anticongelante (por exemplo, glicol) é necessária. Os sistemas fechados de água de resfriamento são preenchidos com água pura amolecida. Quando o glicol é adicionado, o fluxo de água do sistema de compressão deve ser recalculado; já que o tipo e a concentração do glicol afetam a capacidade térmica e a viscosidade da água. Também é importante que todo o sistema seja completamente limpo antes de ser recarregado pela primeira vez. Um sistema fechado de água adequadamente construído requer supervisão muito limitada e tem baixos custos de manutenção. Para instalações onde a água de resfriamento disponível é potencialmente corrosiva; o projeto do chiller deve ser baseado em um material resistente à corrosão.

Que tipo de compressor escolher?

Existem dois tipos de compressores: compressores volumétricos ou de deslocamento positivo e compressores centrífugos ou dinâmicos. A maioria dos compressores são máquinas volumétricas, o que significa que a compressão é obtida reduzindo o volume ocupado pelo ar. A maioria dos compressores volumétricos é equipada com um motor elétrico.

Compressores de Êmbolo

Compressores de êmbolo pode ser de um único cilindro; nesse caso, podem atingir uma pressão de 10 bar. Os modelos multiestágios, por outro lado, são capazes de aumentar a pressão em estágios sucessivos até 400 bar. Entre os vários tipos de compressores propostos pelos fabricantes; Os compressores de pistão são geralmente os mais baratos e são usados ​​quando você precisa que uma máquina seja usada em uma base não contínua. Seu ciclo operacional, na verdade, não ultrapassa 60%, o que significa que não podem ser usados ​​por mais de 35 minutos por hora. O ar comprimido armazenado, em qualquer caso, deve ser suficiente em relação à vazão para reduzir o número de pausas durante o uso. Um defeito potencial deste tipo de compressor é que, junto com o ar comprimido; também expele um pouco de óleo. Conseqüentemente, se você precisar de ar de saída limpo; você terá que equipar o compressor com um sistema de filtragem ou optar por um compressor sem óleo. É o caso de salas limpas e também de diversos setores, como a eletrónica, a farmacêutica e a alimentar. Além disso, sendo relativamente barulhentos, os compressores de pistão podem incomodar as pessoas que trabalham nas proximidades. 

Compressores de parafuso o sparafuso

Usam parafusos helicoidais em vez de pistões e são o modelo mais comumente usado no setor industrial. A pressão que esses modelos podem atingir pode variar de 5 bar para um modelo de estágio único a 13 bar no caso de modelos de vários estágios. Uma vantagem dos compressores de parafuso é que, em geral, eles são capazes de oferecer uma taxa de fluxo considerável e uma alta taxa de compressão, mesmo que sejam de um estágio. No caso dos modelos a pistão, porém, apenas os modelos multiestágios, que possuem dimensões maiores e garantem desempenho equivalente. Outra característica particularmente interessante dos compressores de parafuso é que eles podem ter um ciclo de trabalho de 100% e, portanto, operar continuamente. Finalmente, existem compressores de parafuso de velocidade variável (equipados com inversores); ou seja, capaz de adaptar sua velocidade de rotação às necessidades de ar comprimido para otimizar suas necessidades de energia. 

Compressores de palhetas As palhetas

são lâminas que deslizam em um rotor excêntrico, causando compressão de ar. A eficiência energética desses compressores é geralmente boa. Com a mesma pressão e taxa de fluxo, os compressores de palheta têm uma velocidade de rotação mais baixa do que os compressores de parafuso; o que reduz o desgaste dos componentes e a necessidade de manutenção. Esses compressores são usados ​​em vários setores, como impressão e madeira e embalagens. Em setores onde o ar utilizado deve ser limpo, como o de energia ou médico, são utilizados modelos sem óleo. 

Compressores centrífugos ou dinâmicos

são o segundo tipo de compressores. Esses compressores sugam o ar graças ao movimento de uma roda de pás; ou seja, de acordo com o mesmo princípio dos turboalimentadores usados ​​na indústria automotiva. Os compressores de ar centrífugos são usados ​​principalmente quando há necessidade de atingir e manter uma alta vazão e pressão sem interrupção; como no setor de energia e na indústria química. A regulação do caudal e da pressão é efectuada graças a um redutor integrado que permite que a máquina funcione à velocidade ideal do motor. Esses compressores podem, ao mesmo tempo, atingir uma vazão de 500.000 m3 / he uma pressão de 200 bar. 

Compressores de ar para limpeza

de ar isento de óleo Os compressores de ar isentos de óleo são desenvolvidos especificamente para aplicações onde a qualidade do ar é essencial para o produto final e processos de produção. Os compressores isentos de óleo para engarrafamento, não usam óleo dentro da câmara de compressão; o ar é então comprimido sem nunca ser contaminado e, portanto, sem qualquer necessidade de filtrações especiais. Esses modelos fornecem ar puro e, portanto, são mais ecológicos. Os compressores isentos de óleo são usados ​​principalmente na indústria eletrônica, especialmente na produção de semicondutores; nas indústrias farmacêutica e química, no setor médico; bem como na transformação de produtos alimentares e nas operações de montagem e acabamento de veículos automóveis. Um compressor isento de óleo deve satisfazer o padrão ISO 8573-1 Classe 0. Somente esses compressores, de fato, garantem a ausência total de óleo. As classes acima de 0 definem as quantidades máximas de óleo que podem ser encontradas no ar comprimido fornecido por esses compressores; que, por não ser isenta de óleo, deverá ser acompanhada de um secador de ar. Esses compressores não oferecem pressões muito altas.

Sala do compressor

O local onde está localizada a maior parte da rede de ar comprimido é chamado de sala do compressor. Pode ser uma sala projetada e usada para outros fins ou construída com o próprio compressor em mente. Em ambos os casos, para obter o máximo da instalação do compressor selecionada, a sala deve atender a determinados requisitos. A regra principal para uma instalação consiste, antes de mais, em definir uma instalação com um compressor central separado. A experiência indica que a centralização é preferível, independentemente do setor. Entre outras coisas, garante melhor economia operacional; melhor desenho da rede de ar comprimido, facilidade de uso e manutenção, proteção contra acessos não autorizados; controle de ruído correto e possibilidades mais simples para ventilação controlada.

Versatilidade da instalação

Caso não existam meios disponíveis para a instalação do compressor no interior; também pode ser instalado ao ar livre, sob uma cobertura. Nesse caso, entretanto, alguns problemas devem ser levados em consideração, como o risco de congelamento das bolsas e ralos de condensado; a proteção contra chuva e neve da abertura de entrada de ar, da entrada de sucção e da abertura de entrada de ar. a ventilação, a necessidade de uma base plana sólida (asfalto, laje de concreto ou calçada nivelada), o risco de poeiras e substâncias inflamáveis ​​ou agressivas e proteção contra acessos não autorizados. No caso de grandes instalações com tubos longos; o sistema de ar comprimido deve ser instalado de forma a simplificar a disposição do sistema de distribuição. O serviço e a manutenção podem ser facilitados pela instalação do sistema de ar comprimido próximo a dispositivos auxiliares, como bombas e ventiladores; uma posição perto da sala da caldeira também pode ser vantajosa. O prédio deve ter equipamento de elevação dimensionado para lidar com os componentes mais pesados ​​da instalação do compressor (geralmente o motor elétrico) e / ou permitir o acesso a uma empilhadeira.

Espaço para a instalação

O edifício também deve ter espaço suficiente para a instalação de um compressor adicional para possível expansão futura. A altura livre também deve ser suficiente para permitir, se necessário, o levantamento de um motor elétrico ou similar. O sistema de ar comprimido deve possuir dreno de piso ou outras facilidades de gerenciamento de condensado proveniente do compressor, pós-resfriador, reservatório de ar, secadores, etc. O dreno de piso deve ser feito de acordo com a legislação em vigor.  Para instalar um sistema de compressor, geralmente apenas um piso nivelado com capacidade de carga suficiente é necessário. Na maioria dos casos, o equipamento antivibração é integrado ao sistema. Para novas instalações, um pedestal é normalmente usado para cada grupo de compressores para permitir a limpeza do piso. Grandes compressores de pistão e centrífugo podem exigir uma base de concreto ancorada na rocha ou uma base de terra sólida. Em sistemas equipados com compressores centrífugos, é possível que as vibrações transmitidas para a base da sala do compressor precisem ser atenuadas com almofadas antivibração.  Todas as unidades da sala do compressor produzem calor, que é descartado pela ventilação da própria sala. A quantidade de ar de ventilação necessária é determinada pelo tamanho do compressor e se ele é resfriado a ar ou água. Quase 100% da energia consumida pelo motor elétrico está presente no ar de ventilação dos compressores resfriados a ar na forma de calor. Por outro lado, cerca de 10% da energia consumida pelo motor elétrico está presente no ar de ventilação dos compressores refrigerados a água. Para manter a temperatura dentro da sala do compressor em um nível aceitável, o calor deve ser extraído.

Ventilação

O fabricante do compressor deve fornecer informações detalhadas sobre o fluxo de ventilação necessário. A melhor maneira de lidar com o problema de acumulação de calor é recuperar a energia do calor residual e usá-la nas instalações.  O ar de ventilação deve ser retirado para o exterior, de preferência sem a utilização de condutas compridas. A boca de sucção também deve ser colocada o mais baixo possível; mas sem correr o risco de ser coberto pela neve durante o inverno. Também é necessário levar em consideração o risco de que poeira e substâncias explosivas ou corrosivas possam entrar na sala do compressor. Os ventiladores devem ser colocados no alto de uma das paredes no final da sala do compressor e a entrada de ar na parede oposta. A velocidade do ar na abertura de entrada de ventilação não deve exceder 4 m / s. Se for problemático garantir ventilação suficiente dentro da sala; a possibilidade de usar compressores refrigerados a água deve ser considerada. 

Secadores

O ar atmosférico aspirado por um compressor, é uma mistura de gás e vapor d'água e a capacidade do ar em conter água na forma de vapor d'água aumenta consideravelmente com o aumento da temperatura do ar causado durante a fase de compressão. Posteriormente, quando o ar comprimido que sai do compressor começa a se expandir e consequentemente a resfriar, o vapor d'água com que está saturado se transforma em condensado; que deve ser separada dentro do tanque ou no separador de ciclone. Mas para eliminar efetivamente todo o vapor d'água do qual o ar comprimido continua saturado e que comprometeria o correto funcionamento do equipamento, o ar é tratado por meio de secadores adequados. O processo de secagem a ar mais utilizado são os secadores por refrigeração, que exploram a propriedade que vincula a redução da temperatura à condensação da umidade do ar. A eficiência da remoção do vapor d'água por secadores de ciclo de refrigeração é expressa com o valor do ponto de orvalho de pressão (PDP, ou Ponto de Orvalho da Pressão); ou seja, a temperatura de condensação do ar com pressão superior à atmosférica.

Refrigeração

A limitação dos secadores por refrigeração é que só funcionam com PDP acima de 0 ° C; caso contrário, o líquido condensado congelaria. Portanto, não são adequados para sistemas com tubulação externa ou em ambientes com temperaturas abaixo do ponto de orvalho do secador. Em condições ambientais críticas e em áreas particulares (por exemplo, no setor alimentício ou farmacêutico); os chamados secadores de "adsorção" são preferíveis; que - explorando a propriedade química de alguns materiais para absorver (ou liberar) umidade - são capazes de garantir pontos de orvalho abaixo de -70 ° C. Secadores de adsorção HDT regenerados a frio; por exemplo, consistem em duas câmaras contendo peneiras moleculares com capacidade higroscópica: enquanto na primeira a umidade é absorvida pelo ar comprimido; na segunda, o material dessecante saturado é regenerado.

Drenos de condensado

Na produção de ar comprimido, forma-se inevitavelmente o condensado, que também contém partículas de óleo emulsionado, poeira e impurezas. Para salvaguardar o correto funcionamento do sistema de produção e distribuição de ar comprimido; é aconselhável escoar o condensado nos pontos de coleta e expelir por diversos tipos de ralos; geralmente posicionado na parte inferior do tanque de ar comprimido. Em um dreno de flutuação simples, quando o nível do líquido acumulado ultrapassa um determinado limite; a válvula de drenagem localizada no fundo do recipiente abre permitindo que o condensado seja descarregado para fora; fechando automaticamente antes que o ar comprimido escape. Os descarregadores eletrônicos também funcionam de maneira semelhante; em que a válvula é, entretanto, controlada por um sensor de nível eletrônico em vez de pelo flutuador. Por fim, os drenos temporizados são dotados de válvula solenóide que abre o dreno localizado no fundo do tanque em intervalos de tempo pré-estabelecidos; com possibilidade de ajustar os intervalos e tempos de drenagem de acordo com as necessidades e condições ambientais.  Os usuários de ar comprimido correm o risco de multas pesadas para descarregar condensado em esgotos como condensado; como resíduo do ar comprimido, é uma mistura nociva. Devido ao aumento da poluição ambiental, além das partículas sólidas, o condensado contém cada vez mais quantidades de hidrocarbonetos, dióxido de enxofre, cobre, chumbo, ferro e outras substâncias nocivas.

Filtração

O ar que sai da atmosfera que entra no compressor contém naturalmente poeira fina e impurezas, às quais também são adicionadas partículas de óleo provenientes do sistema de lubrificação do próprio compressor; além da presença de água na forma de aerossóis. Por outro lado, é importante que o ar comprimido esteja seco e limpo, tanto para não comprometer o correto funcionamento do maquinário e preservar a sofisticada instrumentação; quanto para garantir a higiene necessária em determinados locais de uso do ar comprimido. As diferentes classes de pureza do ar são definidas pela norma ISO 8573-1: 2010, que, dependendo do tipo de uso; determina a qualidade do ar necessária, especificando o teor máximo de contaminantes para cada classe. Como resultado, diferentes elementos de filtro foram desenvolvidos, cada um deles específico para remover com eficácia partículas sólidas ou névoas de água e óleo. Em um mesmo sistema de filtragem costumam ser reunidos vários elementos filtrantes, de forma a garantir a correta remoção tanto do particulado quanto do aerossol de água e vapores oleosos. Esses itens podem incluir filtros de partículas, filtros de remoção de óleo do ar; filtros de coalescência e filtros de carvão ativado. As indústrias alimentícia, farmacêutica e cosmética devem utilizar filtração estéril, pois a presença de microrganismos no ar comprimido comprometeria a qualidade e segurança dos produtos. Nesses setores, filtros especiais serão usados ​​para fornecer ar comprimido esterilizado.

Tanques e válvulas de segurança certificados

As Tanques ar comprimido, geralmente feitos de aço carbono pintados externamente com pós de epóxi para garantir maior resistência à corrosão; podem ser verticais (mais comum) ou horizontais e devem ser dimensionados de acordo com a capacidade do compressor; o sistema de regulação e o consumo esperado de ar comprimido. Além de acumular ar comprimido, são utilizados para manter constante a pressão do sistema; compensando eventuais picos de consumo superiores à capacidade do compressor. É aconselhável instalar o tanque próximo ao compressor; de preferência em ambiente fresco e de forma a permitir o acesso ao dispositivo de drenagem de condensado e permitir o controle da válvula de segurança. As válvulas de segurança são utilizadas para evitar que o aumento de pressão máximo permitido seja excedido; mesmo se os outros dispositivos de segurança autônomos instalados a montante estiverem bloqueados. Eles podem ser exaustão livre, exaustão transportada (ou seja, com orifício de sangria conectável a um tubo) ou específicos para alta pressão. Entre os parâmetros fundamentais para o dimensionamento da válvula de segurança estão a pressão de calibração (que indica a pressão na qual a válvula de segurança começa a abrir em condições de operação); a vazão de descarga e a temperatura de operação. A respectiva declaração de conformidade é sempre fornecida com a válvula de segurança.