Como Funciona o Secador de Ar Comprimido por Refrigeração

Secador de Ar por Refrigeração: Etapas e Funcionamento Completo – Contaminante 3: Água (parte 2)

Estudo das etapas da Compressão ao Secador de Ar por Refrigeração

A presença de água no sistema de ar comprimido é um dos principais fatores que comprometem a eficiência e a durabilidade dos equipamentos industriais. Mesmo invisível a olho nu, a umidade entra no sistema durante a admissão do ar e, ao ser comprimida, se transforma em condensado.

É nesse ponto que entra o secador de ar por refrigeração, equipamento essencial para garantir um ar limpo, seco e confiável.

Neste conteúdo, vamos entender em detalhes como funciona o secador de ar por refrigeração, analisando todas as etapas — desde a compressão inicial até o tratamento final do ar. Você vai descobrir por que a remoção adequada da umidade é indispensável para evitar corrosão, entupimentos e falhas no sistema de ar comprimido.

Acompanhe este estudo técnico da Renovar Tecnologia em Ar Comprimido e veja como o tratamento do ar através do secador por refrigeração garante mais eficiência, segurança e economia no processo industrial.

• Quais são as etapas da Compressão do Ar Comprimido

Abaixo temos a simulação de cada etapa da Compressão ao Tratamento do Ar Comprimido.

Veja na tabela qual é a relação entre o Ponto de Orvalho e Vapor de Água

Na tabela abaixo podemos entender como acontece a condensação de água, conforme vai caindo a temperatura do ar comprimido, neste exemplo @7 barg de pressão.

Note que, para cada temperatura, o ar @7 barg de pressão, pode segurar na forma de vapor, uma quantidade de vapor de água em g/m³ de ar @20ºC; 0 barg. Conforme vai diminuindo esta temperatura, a quantidade de vapor que o ar comprimido pode segurar em suspensão (na forma de vapor) é menor. A diferença virou líquido, condensou!!! A esta temperatura se dá o nome de ponto de orvalho.

Ponto de orvalho (PO) é a temperatura na qual a água inicia a condensação quando resfriada a pressão constante. O PO pode ser referido a pressão de operação ou a pressão atmosférica.

Umidade Relativa e a Temperatura de Ponto de Orvalho

Para entendermos, vamos ver um exemplo prático do nosso dia a dia: quando checamos na meteorologia o clima, recebemos uma informação da umidade relativa daquele instante em determinado lugar que está a uma pressão constante.

Se esta informação for por exemplo 94% de umidade relativa, com certeza levaremos o guarda-chuva, por que temos certeza que poderá chover, certo? A chuva significa 100% de umidade relativa e, neste instante, a temperatura em que a primeira gota de chuva cair (condensar – sair da forma de vapor para líquido) é o ponto de orvalho.

Todas as vezes que a umidade relativa é de 100% temos uma temperatura de ponto de orvalho, porque teremos o início da condensação.

• PRIMEIRA ETAPA: Admissão

Nesta imagem representamos a etapa inicial do ar sendo admitido pelo compressor

Temos a seguinte condição a ser estudada:

Pela taxa de compressão, precisaremos de 8 unidades de m³ de ar atmosférico para fabricar 1 m³ de ar pressurizado. Em nosso exemplo, o dia está a 35ºC com 70% de umidade relativa, na pressão atmosférica, portanto lá em nossa tabela a @35ºC temos 38,7675 g/m³ de vapor de água.

38,7675 g/m³ x 70% x 8 m³ = 217 g

Considerando 70% de umidade relativa e os 8 m³ de ar que precisaremos teremos 217g de vapor de água. Note que o Ponto de orvalho está em 28ºC, o que significa que quando este ambiente chegar a 28ºC a umidade relativa vai estar em 100%, e com isso inicia-se a condensação (chuva).

217 g / 8 m³ = 27,1373 g/m³

De acordo com a tabela, interpolando temos:

• 25ºC ………………..22,5850 g/m³
• 28ºC ………………27,1373 g/m³
• 30ºC ………………..29,7591 g/m³

• SEGUNDA ETAPA: Admissão

Nesta etapa representamos o momento em que o ar foi admitido e comprimido pelo compressor

Temos a seguinte condição a ser estudada:

No momento da compressão existe um aumento da pressão e consequentemente da temperatura, porque a compressão gera calor. Então a pressão subiu de Patm para 7 bar e a temperatura de 35ºC para 100ºC.

A 100ºC o ar comprimido pode segurar 73,5218 g/m³ @7 barg de vapor de água em suspensão, conforme nossa tabela.

73,5218 g/m³ x 8 m³ = 588 g

Considerando que temos 8m³ de ar, teremos 588g de vapor de água neste 1 m³ de ar @7bar.

217 g / 588 g = 37% UR

Pela razão do conceito de umidade relativa teremos 217g é o que temos na mistura/ 588g é o que temos na saturação, resultando em 37% de umidade relativa.

217 g / 8m³ = 27,125 g/m³

Então estamos distantes da condensação, com isso veja que o ponto de orvalho é de aproximadamente 73ºC. De acordo com a tabela, interpolando temos:

• 70ºC ………………..24,1126 g/m³
• 73ºC ………………27,6572 g/m³
• 80ºC ………………..36,3097 g/m³

• TERCEIRA ETAPA: Admissão

Agora vamos ver o que vai acontecer após o ar passar pelo resfriador interno (Intercooler) ou externo (after cooler) ao compressor

Sendo que os resfriadores, podem ser com refrigeração a ar ou a água.

• Quando são refrigerados a ar, normalmente entregam o ar comprimido @ temperatura do ar ambiente +10ºC, na média.
• Quando são refrigerados a água, normalmente entregam o ar comprimido @ temperatura da água +10ºC, dependendo da eficiência do resfriador.

Após o resfriador, teremos:

Uma queda de temperatura de 100ºC para 45ºC, e de acordo com a tabela, interpolando temos:

• 40ºC ……………….. 6,2549 g/m³
• 45ºC ……………… 8,1935 g/m³
• 50ºC ……………….. 10,1321 g/m³

Lá na nossa tabela @45ºC teremos 8,1935g/m³ de vapor de água, que o ar consegue segurar em suspensão (forma de vapor) x 8 m³ que foi o que pegamos do ar atmosférico para fazer 1 m³ de ar pressurizado, temos que nesta condição apenas admite-se 66g de vapor de água.

8,1935 g/m³ x 8 m³ = 66 g

Porém tínhamos 217g, que não saiu do sistema, ainda está lá…só que…

217g – 66g = 151g

…que com a queda de temperatura virou líquido, condensou, e deve ser conduzida através de um separador de condensados e um dreno eficiente, para fora do sistema.

Note que como estamos falando de vapor de água e água líquida, vamos pular os desenhos dos filtros coalescentes, que foram estudados quando falamos de óleo e partículas, e vamos entrar diretamente em um secador por refrigeração.

• QUARTA ETAPA: Admissão

1) Resfriamento do Ar Comprimido dentro do Secador

Neste instante temos o seguinte:

O secador por refrigeração, tem por princípio usar um gás frigorígeno para resfriar o ar comprimido até o mínimo de temperatura possível antes do congelamento da água, para garantir que tenhamos os trocadores de calor desobstruídos de gelo, que impediriam o ar comprimido de passar.

Com isso a temperatura mais segura é de 3ºC, e comumente falamos que os secadores por refrigeração possuem Ponto de Orvalho de +3ºC.

Vamos entender o porquê: gelando @3ºC pela nossa tabela sabemos que o ar @7barg de pressão pode segurar em suspensão 0,7289g de vapor de água por m³. Como usamos 8 m³ para fazer 1 m³ de ar pressurizado, concluímos que 6 gramas ainda teremos de vapor de água neste 1 m³ de ar pressurizado.

0,7289 g/m³ x 8 m³ = 6 g

Mas se tínhamos 66g em um sistema fechado, significa que 60g condensaram. Veja que neste momento a umidade relativa é de 100% e a temperatura do ar é igual a temperatura de ponto de orvalho, estamos na condensação!!!

66 g – 6 g = 60 g

Estes 60g de água líquida vão ser direcionados dentro do trocador de calor do secador para um separador de condensado e um dreno eficiente para ser eliminado do sistema.

2) Reaquecimento do Ar Comprimido dentro do Secador

Dentro do trocador de calor do secador existe um reaquecimento, e este ar que sai dele, vai ter aproximadamente 10ºC a menos do que a temperatura que entrou no secador.

45ºC (temperatura que o ar entrou no secador) – 10ºC = 35ºC (temperatura que o ar saiu do secador)

Sendo assim, mesmo que a temperatura baixar na linha de ar para menos que 35ºC, como eliminamos o vapor de água até 3ºC, não teremos mais condensação.

A menos que faça um frio onde está a tubulação de ar, menor que 3ºC, aí voltará a condensar, podendo até congelar, pois ainda sobrou 6 gramas de vapor de água no sistema, para cada m³ de ar comprimido. Lá na nossa tabela @35ºC teremos 4,8457 g/m³ de vapor de água, que o ar consegue segurar em suspensão (forma de vapor) x 8 m³ que foi o que pegamos do ar Atmosférico para fazer 1 m³ de ar pressurizado. Nesta condição apenas admite-se 38,7656g de vapor de água.

4,8457 g/m³ x 8 m³ = 38,7656 g

Porém tínhamos 6 g, que não saiu do sistema, ainda está lá… portanto temos que o ar seco @ PO+3ºC ainda tem um residual de Umidade relativa de…

6 g/ 38,7656 g x 100% = 15,4% UR

Utilizando o Secador por Refrigeração a melhor condição de umidade relativa que teremos é de 15,4%. Caso sua aplicação necessite de uma %UR mais baixa, deve-se usar um Secador por Adsorção. Leia sobre o funcionamento do Secador por Adsorção no nosso post.

Post publicado em hb-arcomprimido.com