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Depois de aprender sobre os princípios básicos da física, talvez você queira saber mais sobre como entender as medições do compressor de ar com respeito ao assunto.
Essas informações são muito úteis ao determinar o tamanho e a potência apropriados necessários para uma aplicação específica. Neste artigo, explicaremos os fundamentos da medição do trabalho, da potência e da taxa de fluxo de volume.
O trabalho mecânico pode ser definido como o produto de uma força e distância sobre a qual a força opera em um objeto. Como o calor, o trabalho envolve energia transferida de um corpo para outro. A diferença é que envolve força em vez de temperatura. Um exemplo disso é quando o gás se comprime em um cilindro com um pistão em movimento.
A compressão ocorre como resultado do movimento forçado do pistão. A energia, portanto, é transferida do pistão para o gás. Essa transferência de energia é trabalho no sentido termodinâmico da palavra. O resultado do trabalho pode ter muitas formas, como mudanças no potencial, na cinética ou na energia térmica.
O trabalho mecânico associado a mudanças no volume de uma mistura de gás é um dos processos mais importantes na termodinâmica de engenharia.
A potência é o trabalho realizado por unidade de tempo. É uma medida de quão rapidamente o trabalho é concluído.
Por exemplo, o fluxo de energia ou energia para o eixo de acionamento de um compressor é numericamente semelhante às emissões de calor do sistema, além do calor aplicado ao gás comprimido.
As taxas de vazão do compressor são tipicamente medidas usando um medidor de vazão em massa. Intuitivamente, é mais fácil fazer sentido de uma taxa de fluxo para um gás em termos de volume do que de massa. Uma desvantagem percebida para isso pode ser que seja necessário especificar as condições de entrada do gás, uma vez que o volume mudará com a mudança das condições de entrada. No entanto, para um compressor, a taxa de fluxo de massa de saída também dependerá das condições de entrada, o que significa que é sempre necessário especificar as condições de entrada nas quais uma taxa de fluxo foi alcançada.
A vazão volumétrica de um sistema é uma medida do volume de fluido fluindo por unidade de tempo. Pode ser calculada como o produto da área da seção transversal do fluxo e a velocidade média do fluxo. A unidade SI para a vazão volumétrica é de m3/s.
No entanto, ao comprar um compressor, você normalmente encontrará a capacidade do compressor, expressa em litros/segundo (l/s). Esse é o FAD ou fornecimento de ar livre do compressor.
O que é fornecimento de ar livre? Ar livre significa ar sob condições de entrada do compressor, ou seja, à temperatura e pressão ambientes. A entrega implica que somente o ar que sai da saída do compressor é considerado. Isso difere do ar que entra na entrada, pois algum ar pode vazar do compressor entre a entrada e a saída. A vazão de um compressor é normalmente medida com um medidor de vazão em massa na saída. Isso significa que somente o ar fornecido é medido. Em seguida, ele é convertido em "ar livre" usando as condições de entrada.
O FAD deve ser usado para comparação entre diferentes compressores ou para combinar a capacidade de um compressor com o consumo de ferramentas. Salvo indicação em contrário, o FAD de um compressor ou ferramenta — que pode ser encontrado nas folhas de especificações — foi medido mantendo as condições de entrada de referência (sendo 20 °C, 1 bar e 0% de umidade relativa). A massa de ar que se encaixa no volume varrido de um elemento compressor variará com a densidade do ar e, assim, alterará a quantidade de fluxo efetivamente obtida no lado de saída de um compressor. A densidade depende da temperatura e da pressão do ar. É por isso que o fluxo de massa de saída medido é dividido pela densidade do ar de entrada. O efeito da densidade é cancelado desta forma.
No entanto, há efeitos secundários da temperatura e da pressão. Entre outras coisas, o tamanho dos espaços entre as peças mudará dependendo da temperatura, causando mais ou menos vazamento. Uma alteração na pressão na entrada também causará sobrecompressão ou subcompressão, o que alterará a taxa de fluxo de saída resultante. Por essa razão, é importante comparar compressores nas mesmas condições, geralmente (mas não necessariamente) sendo as condições de referência definidas na norma ISO1217:2009. Em outros setores ou regiões, diferentes condições de referência podem ser usadas.
Outra taxa de fluxo frequentemente usada é a taxa de fluxo normal (Nl/s), em que a referência está em 0°C, 1 atm e 0% HR.
A relação entre as duas taxas de volume de fluxo é q FAD = qN × T FAD / TN × PN / P FAD
(observe que a fórmula simplificada acima não leva em conta a umidade).
Onde:
q FAD = Fornecimento de Ar Livre (FAD) em L/s (taxa de fluxo real nas condições de saída)
qN = Taxa de fluxo normal em Nl/s (taxa de fluxo em condições padrão)
T FAD = Temperatura de entrada padrão (20 °C / 68 °F)
TN = Temperatura de referência normal (0 °C/32 °F)
PN = Pressão de referência normal (1,013 bar(a) / 101,3 kPa)
P FAD = Pressão de entrada padrão (1,00 bar(a) / 1,00 kPa)
Engenheiros e compradores industriais confiam no qN para benchmarking, enquanto o qFAD é crucial para o projeto e a operação reais do sistema.
Embora pareça ser uma taxa de fluxo volumétrico, o FAD pode ser considerado como uma taxa de fluxo de massa expressa em termos de volume. Isso ocorre porque, para condições fixas, a densidade do fluxo de ar é constante e, portanto, o fluxo de massa é constante e conhecido.
O exemplo a seguir ilustra o fornecimento de ar livre (FAD):
Podemos ver o FAD como uma taxa de fluxo de massa. A massa total de 39 l de ar a 10 bar(e) ou 11 bar(a) é simplesmente 11 vezes a massa de 39 l de ar em condições ambiente. Podemos chamar este último de uma unidade de massa. Supondo que o tanque já esteja cheio com ar ambiente no início, já há uma "unidade de massa" dentro dele e precisamos de apenas mais 10. Como sabemos que o compressor entrega uma unidade de massa por segundo, precisamos de 10 segundos para entregar essa massa ao tanque.
A diferença entre bar(a) e bar(e) é explicada aqui.
O SER é uma medida de eficiência, expressa como a quantidade de energia necessária para fornecer 1 litro de FAD a uma determinada pressão. Isso dá um valor em Joules/litro (J/l). Por exemplo, uma máquina que consome 35kW para fornecer 100L/s tem um SER de 350J/l.
Especificar seu sistema de ar comprimido por fluxo e pressão — não kW ou cavalos de potência — é a melhor maneira de adequar seu desempenho às suas necessidades. O dimensionamento do compressor deve corresponder aos requisitos do seu negócio com mais precisão do que apenas ir pela classificação de kW.
Existem muitos termos técnicos abordados neste artigo relacionados a trabalho mecânico, potência e fluxo. Entender essas informações é importante para investir no equipamento certo para sua aplicação. Se você comprar equipamentos muito grandes ou muito pequenos, existe o risco de ineficiência.
O que é importante considerar é quanta força você precisará para mover um objeto para concluir um determinado trabalho em um determinado período de tempo. Conforme mencionado acima, isso é expresso em fluxo e pressão. Além de litros por segundo (l/s), o fluxo é representado em pés cúbicos por minuto (pcm) ou metros cúbicos por hora (m3/h). Todas essas medições se referem à velocidade.
A pressão é mostrada como bar, mencionado acima, ou libras por polegada quadrada (psi). Se você precisar mover objetos pesados, precisará de mais pressão. Você também vai querer determinar se precisa de fornecimento de ar durante todo o dia e se há diferentes requisitos para suas aplicações. Esse contexto é útil quando se trata de determinar o tamanho e escolher entre máquinas de velocidade fixa e de acionamento de velocidade variável (VSD). Consulte nosso guia para escolher um compressor de ar.
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