Um sistema de ar comprimido, em sentido estrito, é composto por equipamentos de fornecimento de ar, equipamentos de purificação do ar e tubulações relacionadas. Em sentido amplo, componentes auxiliares pneumáticos, atuadores pneumáticos, componentes de controle pneumático, componentes de vácuo, etc., pertencem à categoria de sistema de ar comprimido. Normalmente, os equipamentos de uma estação de compressão de ar constituem um sistema de ar comprimido em sentido estrito. A figura a seguir mostra um fluxograma típico de um sistema de ar comprimido:
O equipamento de fonte de ar (compressor de ar) aspira a atmosfera, comprime o ar em estado natural, transformando-o em ar comprimido com maior pressão, e remove a umidade, o óleo e outras impurezas do ar comprimido através de um equipamento de purificação.
O ar na natureza é composto por uma mistura de vários gases (O₂, N₂, CO₂, etc.), sendo o vapor de água um deles. O ar que contém uma certa quantidade de vapor de água é chamado de ar úmido, e o ar que não contém vapor de água é chamado de ar seco. O ar ao nosso redor é úmido, portanto, o fluido de trabalho do compressor de ar é naturalmente o ar úmido.
Embora o teor de vapor de água no ar úmido seja relativamente pequeno, ele exerce grande influência sobre as propriedades físicas do ar. Em um sistema de purificação de ar comprimido, a secagem do ar comprimido é uma das principais funções.
Sob certas condições de temperatura e pressão, o teor de vapor de água no ar úmido (ou seja, a densidade do vapor de água) é limitado. A uma determinada temperatura, quando a quantidade de vapor de água contida atinge o teor máximo possível, o ar úmido nesse momento é chamado de ar saturado. O ar úmido que não atinge o teor máximo possível de vapor de água é chamado de ar insaturado.
No momento em que o ar insaturado se torna ar saturado, gotículas de água líquida se condensam no ar úmido, fenômeno chamado de "condensação". A condensação é comum. Por exemplo, no verão, quando a umidade do ar é alta, é fácil formar gotículas de água na superfície de canos. Nas manhãs de inverno, gotículas de água aparecem nas janelas das residências. Tudo isso ocorre devido ao resfriamento do ar úmido sob pressão constante.
Como mencionado anteriormente, a temperatura na qual o ar insaturado atinge a saturação é chamada de ponto de orvalho, quando a pressão parcial do vapor de água é mantida constante (ou seja, o teor absoluto de água é mantido constante). Quando a temperatura cai para a temperatura do ponto de orvalho, ocorre a condensação.
O ponto de orvalho do ar úmido não está relacionado apenas à temperatura, mas também à quantidade de umidade presente no ar. Um ponto de orvalho alto indica alto teor de água, enquanto um ponto de orvalho baixo indica baixo teor de água.
A temperatura do ponto de orvalho tem uma aplicação importante na engenharia de compressores. Por exemplo, quando a temperatura de saída do compressor de ar é muito baixa, a mistura óleo-gás condensa devido à baixa temperatura no cilindro de óleo-gás, o que faz com que o óleo lubrificante contenha água e afete sua eficácia de lubrificação. Portanto, a temperatura de saída do compressor de ar deve ser projetada para não ser inferior à temperatura do ponto de orvalho sob a pressão parcial correspondente.
O ponto de orvalho atmosférico é a temperatura do ponto de orvalho sob pressão atmosférica. De forma semelhante, o ponto de orvalho sob pressão refere-se à temperatura do ponto de orvalho do ar sob pressão.
A relação entre o ponto de orvalho sob pressão e o ponto de orvalho sob pressão normal está relacionada à taxa de compressão. Para o mesmo ponto de orvalho sob pressão, quanto maior a taxa de compressão, menor será o ponto de orvalho sob pressão normal correspondente.
O ar comprimido que sai do compressor de ar é sujo. Os principais poluentes são: água (gotículas de água líquida, névoa de água e vapor de água gasoso), névoa residual de óleo lubrificante (gotículas de óleo e vapor de óleo), impurezas sólidas (lama de ferrugem, pó metálico, partículas finas de borracha, partículas de alcatrão e materiais filtrantes, pó fino de materiais de vedação, etc.), impurezas químicas nocivas e outras impurezas.
O óleo lubrificante deteriorado danifica a borracha, o plástico e os materiais de vedação, causando mau funcionamento das válvulas e contaminando os produtos. A umidade e a poeira causam ferrugem e corrosão em peças e tubulações metálicas, travando ou desgastando componentes móveis, o que pode levar ao mau funcionamento de componentes pneumáticos ou vazamento de ar. A umidade e a poeira também podem obstruir orifícios de controle de fluxo ou telas de filtro. Além disso, o gelo pode congelar ou rachar a tubulação.
Devido à má qualidade do ar, a confiabilidade e a vida útil do sistema pneumático são bastante reduzidas, e as perdas resultantes muitas vezes excedem em muito o custo e os custos de manutenção do dispositivo de tratamento do ar. Portanto, é absolutamente necessário selecionar corretamente o sistema de tratamento do ar.
Quais são as principais fontes de umidade no ar comprimido?
A principal fonte de umidade no ar comprimido é o vapor de água aspirado pelo compressor juntamente com o ar. Após o ar úmido entrar no compressor, uma grande quantidade de vapor de água é comprimida, transformando-se em água líquida durante o processo de compressão, o que reduz significativamente a umidade relativa do ar comprimido na saída do compressor.
Por exemplo, quando a pressão do sistema é de 0,7 MPa e a umidade relativa do ar aspirado é de 80%, embora o ar comprimido que sai do compressor esteja saturado sob pressão, se for convertido para o estado de pressão atmosférica antes da compressão, sua umidade relativa será de apenas 6 a 10%. Ou seja, o teor de umidade do ar comprimido foi bastante reduzido. No entanto, à medida que a temperatura cai gradualmente na tubulação de gás e nos equipamentos, uma grande quantidade de água líquida continuará a se condensar no ar comprimido.
Como ocorre a contaminação por óleo no ar comprimido?
O óleo lubrificante do compressor de ar, o vapor de óleo e as gotículas de óleo em suspensão no ar ambiente, bem como o óleo lubrificante dos componentes pneumáticos do sistema, são as principais fontes de contaminação por óleo no ar comprimido.
Com exceção dos compressores de ar centrífugos e de diafragma, quase todos os compressores de ar atualmente em uso (incluindo vários compressores de ar lubrificados sem óleo) liberam, em maior ou menor grau, óleo sujo (gotículas de óleo, névoa de óleo, vapor de óleo e partículas de carbono) na tubulação de gás.
A alta temperatura da câmara de compressão do compressor de ar fará com que cerca de 5% a 6% do óleo vaporize, rache e oxide, depositando-se na parede interna do tubo do compressor de ar na forma de película de carbono e verniz, e a fração mais leve ficará suspensa na forma de vapor e micropartículas, sendo introduzida no sistema pelo ar comprimido.
Em resumo, para sistemas que não requerem lubrificantes durante a operação, todos os óleos e lubrificantes presentes no ar comprimido utilizado podem ser considerados contaminados por óleo. Para sistemas que necessitam de lubrificação durante o funcionamento, toda a tinta anticorrosiva e o óleo do compressor contidos no ar comprimido são considerados impurezas contaminantes por óleo.
Como as impurezas sólidas entram no ar comprimido?
As principais fontes de impurezas sólidas no ar comprimido são:
①A atmosfera circundante está misturada com várias impurezas de diferentes tamanhos de partículas. Mesmo que a porta de sucção do compressor de ar esteja equipada com um filtro de ar, normalmente impurezas em forma de aerossol com menos de 5 μm ainda podem entrar no compressor de ar com o ar aspirado, misturando-se com óleo e água no tubo de escape durante o processo de compressão.
②Quando o compressor de ar está funcionando, o atrito e a colisão entre as várias peças, o envelhecimento e o desprendimento das vedações, e a carbonização e fissão do óleo lubrificante em alta temperatura farão com que partículas sólidas, como partículas de metal, poeira de borracha e material carbonáceo resultante da fissão, sejam introduzidas na tubulação de gás.
Data da publicação: 18/04/2023
