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O dimensionamento de um compressor é uma etapa crucial para garantir que o sistema de ar comprimido funcione de forma eficiente e atenda às necessidades de pressão e vazão da aplicação. Para realizar o dimensionamento correto, é necessário considerar vários fatores, como a demanda de ar, o tipo de compressor, a pressão de operação e as quedas de pressão no sistema. Abaixo estão as etapas principais para realizar esse dimensionamento.
1. Determinação da Demanda de Ar
Volume de Ar (Vazão): A quantidade de ar que será consumida no sistema, normalmente medida em CFM (pés cúbicos por minuto) ou m³/h. Esse valor pode ser obtido pela soma da demanda de todas as máquinas e ferramentas que utilizarão o ar comprimido.
Pressão de Operação: Defina a pressão mínima e máxima necessária para o funcionamento das ferramentas e processos, normalmente medida em PSI (libras por polegada quadrada) ou bar. Essa pressão é fundamental para garantir o desempenho correto dos equipamentos conectados ao sistema.
2. Pressão de Descarga e Queda de Pressão
A pressão de descarga do compressor deve ser calculada considerando as quedas de pressão ao longo do sistema de tubulação e componentes, como filtros, válvulas e secadores. A pressão no ponto de utilização deve ser suficiente para atender as exigências do equipamento ou processo, e as perdas de pressão no sistema devem ser compensadas pelo compressor.
Queda de Pressão
As quedas de pressão ocorrem ao longo do percurso do ar comprimido devido a:
Comprimento e diâmetro das tubulações: Quanto maior a distância ou menor o diâmetro, maior a perda de pressão.
Componentes no sistema: Válvulas, filtros, secadores, conexões e curvas na tubulação também contribuem para as quedas de pressão.
Velocidade do ar comprimido: Velocidades mais altas no fluxo aumentam as quedas de pressão.
A pressão de descarga do compressor deve ser ajustada para compensar essas quedas de pressão, garantindo que a pressão no ponto de uso seja adequada. Para calcular a queda de pressão, pode-se usar fórmulas empíricas ou tabelas disponíveis em normas e guias de fabricantes. Uma fórmula básica para estimar a queda de pressão em tubulações é:
ΔP = k × L / D × V^2 / 2g
Onde:
ΔP = Queda de pressão
k = Coeficiente de atrito da tubulação
L = Comprimento da tubulação
D = Diâmetro da tubulação
V = Velocidade do ar no sistema
g = Aceleração da gravidade
Exemplo:
Se o ponto de utilização requer 7 bar e a queda de pressão no sistema é estimada em 1 bar, o compressor precisa fornecer uma pressão de descarga de 8 bar para garantir que a pressão no ponto de uso seja suficiente.
3. Tipo de Compressor
Existem diferentes tipos de compressores, cada um adequado para diferentes aplicações:
Compressores de Pistão: Usados para aplicações intermitentes e de menor porte.
Compressores de Parafuso: Mais eficientes para uso contínuo e de maior porte.
Compressores Centrífugos: Utilizados em grandes volumes e pressões contínuas em indústrias de grande escala.
4. Cálculo da Capacidade
A fórmula básica para calcular a capacidade necessária do compressor é:
Q=D×F×Fator de Segurança
Onde:
Q = Capacidade do compressor (CFM ou m³/h)
D = Demanda de ar em CFM ou m³/h
F = Frequência de uso (percentual do tempo que o compressor será utilizado)
Fator de Segurança: Usualmente varia de 1,1 a 1,5 para compensar perdas e garantir uma reserva adequada.
5. Considerações Adicionais
Qualidade do ar: Se o ar comprimido precisa ser seco ou livre de óleo, pode ser necessário instalar secadores e filtros.
Eficiência Energética: Compressores de velocidade variável (VSD) são mais eficientes em aplicações com demandas flutuantes.
Temperatura e Altitude: As condições ambientais, como temperatura e altitude, podem afetar o desempenho do compressor e precisam ser consideradas no dimensionamento.
6. Sistema de Armazenamento
O uso de um tanque de armazenamento adequado permite manter uma pressão constante no sistema e evitar o acionamento frequente do compressor, aumentando sua vida útil.
Exemplo Geral:
Se a demanda de ar comprimido é de 100 m³/h, com uma pressão de 8 bar no ponto de uso, e as ferramentas consomem ar durante 70% do tempo, é necessário um compressor com capacidade nominal de aproximadamente 120 m³/h, considerando um fator de segurança de 1,2. Além disso, se a queda de pressão no sistema for de 1 bar, o compressor deve fornecer uma pressão de descarga de pelo menos 9 bar.
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