O que é a capacidade de compressão do compressor?
A capacidade de compressão, também denominada vazão de descarga, corresponde ao volume de gás descarregado pelo compressor por unidade de tempo, convertido para as condições padrão de admissão (como a pressão atmosférica padrão e uma temperatura específica). Trata‑se de um parâmetro essencial para avaliar a capacidade operacional do compressor, bem como para o dimensionamento do equipamento e a adequação do sistema. O cálculo preciso da capacidade de compressão ajuda a evitar o desperdício de energia decorrente de um dimensionamento excessivo do equipamento, assim como a insuficiência de pressão no sistema causada por um dimensionamento insuficiente.
Parâmetros essenciais que influenciam a vazão de ar comprimido
Antes de calcular a vazão de ar comprimido, é necessário definir alguns parâmetros-chave, os quais determinam diretamente o resultado final do cálculo:
- Volume útil do cilindro: O volume deslocado pelo pistão ao se mover do ponto morto inferior ao ponto morto superior dentro do cilindro; esta é a dimensão física que define a capacidade de deslocamento teórica.
- Velocidade de rotação: Número de rotações por minuto do eixo do compressor. Quanto maior a velocidade de rotação, maior é a vazão teórica de ar descarregado por unidade de tempo.
- Eficiência volumétrica: Razão entre a vazão de descarga real e a vazão de descarga teórica. Devido à presença do volume morto, às perdas por vazamento de gás, à resistência à admissão e ao aquecimento do gás, a vazão de descarga real é sempre inferior ao valor teórico.
- Estado de inalação: A pressão e a temperatura durante a admissão. A equação de estado dos gases indica que, quanto mais elevada for a temperatura de admissão ou menor a pressão, menor será a densidade do gás admitido, o que resulta em uma redução correspondente da vazão mássica de descarga.
A lógica básica de cálculo do volume de ar comprimido
O cálculo do volume de ar comprimido é geralmente dividido em dois passos: o cálculo teórico e o cálculo real.
Primeiro passo: calcular a capacidade de deslocamento teórica
A capacidade de descarga teórica é a vazão de gás em condições ideais, sem considerar quaisquer perdas por vazamento, volume morto ou resistências ao escoamento. Para compressores alternativos, a capacidade de descarga teórica equivale ao produto do volume útil do cilindro pela velocidade de rotação e pelo número de cilindros.
Segunda etapa: introduzir a eficiência volumétrica para calcular a vazão de descarga real
A capacidade de descarga real é igual à capacidade de descarga teórica multiplicada pela eficiência volumétrica. A eficiência volumétrica é um parâmetro empírico ou um coeficiente que deve ser determinado por meio de cálculos baseados em equações termodinâmicas, dependendo do tipo do compressor, do nível de projeto, das condições de operação e do grau de desgaste.
Terceiro passo: Conversão para as condições padrão
Para facilitar a comparação e a seleção, é geralmente necessário converter o volume real do gás descarregado para o volume correspondente nas condições padrão de admissão. Esse procedimento requer a aplicação da equação de estado dos gases ideais, levando em conta a pressão e a temperatura reais de admissão.
Considerações na determinação da vazão de gás em aplicações práticas
Na prática da engenharia, o cálculo da vazão de ar comprimido também deve levar em conta os seguintes fatores reais:
- Vazamentos e perdas na rede de distribuiçãoAo calcular a demanda total de gás do sistema, é necessário acrescentar uma margem adicional à demanda dos equipamentos terminais, a fim de compensar as perdas por vazamento nas tubulações e as perdas nos registros.
- Flutuações nas condições de operaçãoA demanda de gás durante o processo produtivo costuma apresentar flutuações. No cálculo, deve-se adotar como referência a demanda máxima e realizar uma avaliação integrada, levando em conta a capacidade de amortecimento do reservatório de gás.
- Altitude e temperatura ambienteSe o compressor for instalado em ambientes de alta altitude ou de elevada temperatura, a densidade do ar diminui, o que reduz a vazão mássica de admissão. Nesse caso, é necessário corrigir o caudal padrão com base na pressão atmosférica e na temperatura locais.
- Envelhecimento do equipamentoÀ medida que o tempo de operação aumenta, as folgas internas do compressor se ampliam, e a eficiência volumétrica diminui. Na avaliação da vazão no estágio final da vida útil do equipamento, deve‑se reduzir adequadamente o valor adotado para a eficiência volumétrica.