Calculando a vazão de um compressor de ar

 

Definições

Tipos de pressão existentes:

Pressão absoluta
A referência de pressão mais clara é a pressão zero, existente no espaço sem ar do universo. Uma pressão que esteja relacionada com essa referência de pressão é conhecida como pressão absoluta. Para a diferenciação requerida de outros tipos de pressão, ela é indicada com a sigla “abs”, que deriva do latim “absolutus” significando separado, independente.

Pressão atmosférica
A pressão mais importante para a vida na Terra é provavelmente a pressão atmosférica, pamb (amb = ambiens = ambiente). Ela é criada com o peso da atmosfera que cerca a Terra com uma altura de aproximadamente 500 km. Até essa altitude, onde a pressão absoluta é pabs = zero, sua magnitude diminui continuamente. Além do mais, a pressão atmosférica é sujeita a flutuações dependentes do clima que é bem conhecida através da previsão do tempo diária. Ao nível do mar, pamb fica na média de 1.013,25 hectopascal (hpa), correspondente a 1.013,25 milibar (mbar). Com ciclones e anticiclones, essa pressão varia em torno de 5%.

Pressão diferencial
A diferença entre duas pressões, p1 e p2, é conhecida como pressão diferencial, Δp = p1 – p2. Nos casos onde a diferença entre duas pressões representa sozinha a variação medida, chamamos de pressão diferencial, p1,2.

Sobrepressão (pressão manométrica)
A pressão medida mais frequentemente no campo tecnológico é a pressão atmosférica diferencial, Pe (e = excedens = excessivo). Trata-se da diferença entre uma pressão absoluta, pabs e a pressão atmosférica relevante (absoluta) (pe = pabs – pamb) e é conhecida, em resumo, como sobrepressão ou pressão manométrica (pressão relativa).

Uma sobrepressão positiva significa que a pressão absoluta é maior do que a pressão atmosférica. No caso oposto, estamos falando de sobrepressão negativa.

Considerações iniciais ou aproximações
Como estes cálculos serão feitos no campo e são apenas aproximados, não vamos levar em conta a diferença de vazão devido a altitude, umidade relativa e temperatura onde o compressor está operando.

Muitos manômetros veem com a escala em kgf/cm², podemos considerar, para estes cálculos, 1 bar = 1 kgf/cm².

Cálculos ou o que realmente interessa
Como visto anteriormente, os manômetros que estamos acostumados a trabalhar nos mostram a sobrepressão, ou seja, a diferença de pressão de um sistema onde se encontra conectado o manômetro, um reservatório por exemplo, e a pressão atmosférica.

Quando o manômetro de um reservatório indica 0 barg (o g vem de gauge, manômetro em inglês), isto significa que o mesmo contém ar, mas sua pressão interna é a mesma da atmosfera.

Quando “adicionamos” um volume de ar equivalente ao tamanho do reservatório, elevamos a pressão manométrica em aproximadamente em 1 barg. Por exemplo, num reservatório de 500 litros que esta a 0 barg, quando “adicionamos” 500 litros de ar no mesmo, o manômetro subirá para 1 barg, e assim por diante.

Tendo isto em mente, fica fácil estimar o tempo de enchimento do reservatório quando sabemos a vazão do compressor ou a vazão do compressor quando medimos o tempo de enchimento do reservatório.

Vamos utilizar as fórmulas abaixo:

∆P=P2-P1

ΔP – Diferencial de pressão (barg)
P1 – Pressão inicial (barg)
P2 – Pressão final (barg)

Q=(V ×∆P)/T
T=(V ×∆P)/Q

Q – Vazão efetiva do compressor de ar (litros / segundo)
T – Tempo de duração para o reservatório atingir o ΔP (segundos)
V – Volume do reservatório (litros)

Para facilitar o entendimento, vamos ver dois exemplos.

1. Cálculo de tempo de enchimento de um reservatório

Um sistema com um compressor de ar de 15 hp, 56 pcm de vazão, ligado a um reservatório de 500 litros. Vamos estimar o tempo para que o reservatório vá de 0 barg a 7 barg.

P2 = 7 barg
P1 = 0 barg
ΔP = 7 barg
Q = 56 pcm ≈ 26,43 l/s
V = 500 l

T = (500 ×7)/26,43 ≅ 132 seg

Ou seja, se tudo estiver certo com o compressor de ar, o mesmo irá demorar aproximadamente dois minutos e 12 segundos para encher o reservatório de 0 barg a 7 barg.

2. Cálculo da vazão do compressor

Um compressor de ar ligado a um reservatório de 1.000 litros demorou 3 minutos e meio para encher o reservatório de 0 barg a 10 barg. Vamos estimar a vazão deste compressor.

P2 = 10 barg
P1 = 0 barg
ΔP = 10 barg
V = 1.000 l
T = 3 min e 30 seg = 210 s

Q=(1.000 ×10)/210≅41,62 l/s≅88 pcm

Considerações finais
Em diversas situações estes cálculos são úteis para os técnicos que estão no campo. Podemos nos certificar, sem abrir nenhum componente do compressor, que o mesmo está trabalhando corretamente.

O desempenho do compressor é uma reclamação recorrente de clientes, mas na maioria dos casos o problema encontra-se na utilização do ar comprimido, seja devido a um aumento de consumo, de vazamentos ou problemas de queda de pressão na rede.

Com base nos princípios apresentados aqui, vamos falar sobre como calcular o consumo de ar causado por vazamentos em uma rede de ar e como calcular o consumo de pistões de acionamento pneumático.

Links para aprofundamentos e estudos
Tipos de pressão: pressão absoluta, pressão manométrica, pressão diferencial
Lei dos gases ideal

 

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