Os equipamentos de tratamento de ar comprimido não produzem ar comprimido. Sua função é tratar, limpar e adequar a qualidade do ar às necessidades do processo. A energia elétrica e o próprio ar comprimido consumidos por esses equipamentos são utilizados, essencialmente, para obter um ar mais limpo e mais seco.
Cada vez mais empresas reconhecem a importância dos equipamentos de tratamento de ar comprimido e, ao mesmo tempo, passam a prestar maior atenção ao seu consumo energético.
Dentro de um sistema de tratamento de ar comprimido, o secador de ar (Air Dryer) tem a função de remover a umidade e garantir o ponto de orvalho sob pressão (Pressure Dew Point – PDP) exigido pelo processo. Além disso, o secador costuma ser um dos equipamentos de maior consumo energético dentro do sistema de tratamento.
Por esse motivo, a seleção correta do secador é fundamental para a eficiência e a confiabilidade de todo o sistema de ar comprimido. Em aplicações com requisitos extremamente rigorosos de qualidade do ar, não é incomum que o investimento no secador represente uma parcela significativa do orçamento total do sistema.
Antes de selecionar e utilizar um secador de ar comprimido, três questões devem ser cuidadosamente consideradas.
1. O secador deve atender aos requisitos de qualidade do ar comprimido
Tanto o fornecedor quanto o usuário final devem compreender claramente as necessidades reais da aplicação.
Na seleção do secador, devem ser considerados:
- Ponto de orvalho sob pressão requerido (PDP)
- Vazão de ar comprimido
- Pressão de operação
- Temperatura do ar na entrada
- Tipo de compressor
- Requisitos do processo e dos equipamentos consumidores
O objetivo não é simplesmente escolher o secador “melhor” ou mais sofisticado, mas selecionar a tecnologia mais adequada para atingir a qualidade de ar necessária com um consumo de energia economicamente justificável.
2. Compressor de alta eficiência + secador selecionado incorretamente ≠ sistema eficiente
Mesmo um compressor de ar altamente eficiente não consegue compensar as perdas provocadas por um secador selecionado ou dimensionado de forma inadequada.
Depois de definir o Pressure Dew Point necessário, o princípio geral deve ser utilizar a tecnologia de secagem de menor consumo energético capaz de atender à aplicação.
Em termos práticos:
Se um Aftercooler for suficiente, não é necessário utilizar um Refrigerated Air Dryer; se um Refrigerated Air Dryer atender ao PDP exigido, não há necessidade de utilizar um Desiccant Air Dryer.
No caso de um secador por adsorção (Desiccant Air Dryer), também é importante escolher corretamente a fonte de energia utilizada na regeneração.
Sempre que tecnicamente possível, pode-se considerar a seguinte ordem de prioridade:
Calor residual disponível → Energia elétrica → Ar comprimido
Se a fábrica dispõe de água gelada, torre de resfriamento, calor recuperável do compressor ou outras fontes de energia térmica disponíveis, sua utilização pode reduzir significativamente o consumo energético do secador.
Em determinadas aplicações, uma redução superior a 50% no consumo de energia pode ser possível.
3. Considere as diferenças entre as condições reais e as condições padrão
Outro fator fundamental é a diferença entre as condições reais de operação e as condições padrão utilizadas para projetar, testar e determinar a capacidade nominal do secador.
Na China, por exemplo, são utilizadas referências técnicas como:
JB/T 10526-2017 – Secadores frigoríficos de ar comprimido para uso geral.
JB/T 10532-2017 – Secadores por adsorção de ar comprimido para uso geral.
Essas normas estabelecem condições específicas para projeto, ensaio e avaliação do desempenho dos equipamentos.
Portanto, ao selecionar um secador com base na capacidade indicada no catálogo, fornecedor e usuário devem confirmar se as condições reais de operação correspondem às condições nominais utilizadas pelo fabricante.
Caso sejam diferentes, devem ser aplicados os respectivos fatores de correção (Correction Factors).
5 condições de operação que devem ser consideradas na seleção do secador
Temperatura, pressão, clima e condições de instalação podem variar significativamente entre diferentes fábricas e regiões.
Por isso, um secador nunca deve ser selecionado considerando apenas sua vazão nominal.
1. Condições reais de operação do secador
Os principais parâmetros que devem ser avaliados incluem:
- Temperatura do ar comprimido na entrada
- Temperatura ambiente
- Temperatura da água de resfriamento nos modelos refrigerados a água
- Pressão do ar na entrada
- Vazão real de ar comprimido
Se as condições reais ultrapassarem os limites de projeto do secador, podem ocorrer:
- Aumento do Pressure Dew Point
- Maior consumo de energia
- Redução da capacidade efetiva
- Operação instável
- Paradas por proteção de temperatura ou pressão
- Redução da vida útil dos componentes
Em situações mais severas, o secador pode parar ou sofrer danos.
2. A temperatura de entrada deve permanecer dentro da faixa de projeto
A temperatura do ar comprimido na entrada e a temperatura ambiente devem permanecer dentro dos limites de segurança estabelecidos para o secador.
Por exemplo, para uma pressão típica de projeto de aproximadamente 0,7 MPa, determinados equipamentos podem apresentar limites como:
- Temperatura ambiente inferior a 50°C
- Temperatura máxima do ar de entrada inferior a 60°C
Entretanto, a condição nominal utilizada para projeto, fabricação e avaliação da capacidade do secador pode considerar uma temperatura do ar comprimido na entrada de aproximadamente 38°C.
De modo geral, quanto menor a temperatura do ar de entrada, melhores serão as condições de operação do secador.
Quando a temperatura aumenta, também aumenta a quantidade de vapor d’água que precisa ser removida, reduzindo a capacidade efetiva do equipamento.
Se a temperatura de entrada atingir ou ultrapassar 38°C, deve-se aplicar um fator de correção de temperatura durante o dimensionamento.
Por exemplo:
SF total = SF temperatura de entrada × SF temperatura ambiente
onde:
SF total ≥ 1
Os valores exatos dos fatores de correção devem ser obtidos na documentação técnica do fabricante.
3. Se a temperatura de entrada for superior à condição padrão, o secador deve ser redimensionado
Para garantir o Pressure Dew Point especificado, quando a temperatura de entrada for superior à condição nominal, a capacidade necessária do secador deve ser corrigida.
Por exemplo, considerando uma temperatura nominal de entrada de 38°C, um aumento adicional de 5°C pode elevar significativamente a carga de umidade.
Em determinadas condições, um aumento de 5°C pode representar aproximadamente 25% a mais de água a ser removida pelo secador.
Isso significa:
- Maior carga sobre o secador
- Maior consumo de energia
- Menor capacidade efetiva
- Maior risco de não atingir o PDP especificado
Por isso, no projeto de um sistema de ar comprimido, recomenda-se manter a temperatura de entrada do secador tão baixa quanto possível.
A instalação de um Aftercooler eficiente antes do secador pode aumentar a segurança operacional e reduzir o consumo energético.
4. A pressão de entrada influencia diretamente a capacidade do secador
Muitos secadores têm sua capacidade nominal especificada para uma pressão de entrada próxima de 0,7 MPa.
Se a pressão real for significativamente diferente da condição nominal, a capacidade efetiva do equipamento também será alterada.
De modo geral:
Uma pressão de entrada mais alta favorece a capacidade do secador; uma pressão mais baixa é desfavorável.
Quando a pressão diminui, a mesma massa de ar comprimido ocupa um volume maior. Consequentemente, aumenta a vazão volumétrica através do secador e também a carga relativa sobre o equipamento.
Quando a pressão de entrada for igual ou inferior a 0,7 MPa, deve-se aplicar um fator de correção de pressão.
Por exemplo:
SF total = SF pressão de entrada × SF temperatura
onde:
SF total ≥ 1
Os valores específicos devem ser obtidos no catálogo ou na documentação técnica do fabricante.
5. Se a pressão de entrada for inferior à condição padrão, o secador também deve ser redimensionado
Suponha que a capacidade nominal do secador seja especificada para uma pressão de 7 bar(g).
Se a pressão de entrada cair 1 bar, a carga de umidade sobre o secador poderá aumentar significativamente.
Como referência simplificada, em condições comparáveis, uma redução de 1 bar pode aumentar a quantidade de água que precisa ser processada em aproximadamente 13%.
Isso pode resultar em:
- Maior carga de trabalho para o secador
- Maior consumo energético
- Redução da capacidade efetiva
- Maior risco de não atingir o Pressure Dew Point especificado
Portanto, o sistema de ar comprimido deve evitar operar com pressões desnecessariamente baixas.
Como a temperatura ambiente afeta o desempenho do secador?
Quando a temperatura ambiente ultrapassa a condição padrão de projeto, especialmente em valores próximos ou superiores a 38°C, pode ser necessário aplicar um fator adicional de correção.
1. Influência da temperatura ambiente no Refrigerated Air Dryer
Na sala de compressores, o ar quente gerado pelos compressores e equipamentos de refrigeração deve, sempre que possível, ser conduzido para o exterior.
Isso ajuda a reduzir a temperatura da sala e melhora as condições de operação de:
- Compressores de ar
- Refrigerated Air Dryers
- Painéis elétricos
- Sistemas de resfriamento
Para um secador frigorífico refrigerado a ar (Air-Cooled Refrigerated Air Dryer), temperaturas ambientes mais elevadas normalmente reduzem a eficiência de condensação e aumentam o consumo de energia.
Em regiões tropicais ou subtropicais, onde a temperatura ambiente permanece elevada por longos períodos, pode ser mais adequado utilizar um secador frigorífico refrigerado a água (Water-Cooled Refrigerated Air Dryer), principalmente em sistemas de grande capacidade.
Essa configuração ajuda a reduzir o impacto da temperatura ambiente elevada sobre:
- Pressure Dew Point
- Estabilidade operacional
- Pressão de condensação
- Consumo de energia
Entretanto, os modelos refrigerados a água também dependem da temperatura da água de resfriamento.
Quando a temperatura da água ultrapassa o valor de projeto, também deve ser aplicado um Correction Factor adequado.
Os Desiccant Air Dryers são, em geral, menos sensíveis à temperatura ambiente do que os Refrigerated Air Dryers, embora as condições ambientais ainda possam afetar válvulas, controles, silenciadores e o sistema de regeneração.
Fórmulas de correção para dimensionamento do secador
Refrigerated Air Dryer
Para garantir o Pressure Dew Point exigido nas condições reais de operação, a capacidade efetiva de um secador frigorífico deve ser calculada com base na capacidade nominal e nos fatores de correção.
Uma fórmula de referência é:
Capacidade efetiva (m³/min) = Capacidade nominal (m³/min) ÷ (SF temperatura de entrada × SF temperatura ambiente ou SF temperatura da água de resfriamento × SF pressão de entrada)
As definições e os valores dos fatores SF podem variar de acordo com o fabricante.
Desiccant Air Dryer
Para um secador por adsorção, pode-se utilizar como referência:
Capacidade efetiva (m³/min) = Capacidade nominal (m³/min) ÷ (SF temperatura de entrada × SF pressão de entrada)
A seleção final deve sempre seguir os dados técnicos do fabricante, considerando o Pressure Dew Point requerido, o método de regeneração, a carga de umidade e as condições reais de operação.
9 recomendações para instalação e operação do secador
- Para um Air-Cooled Refrigerated Air Dryer, o ar quente proveniente do condensador deve ser descarregado para fora da sala sempre que possível. Isso reduz a temperatura ambiente, diminui o risco de falhas e contribui para a economia de energia.
- Para Desiccant Air Dryers, especialmente modelos com regeneração por aquecimento e sistemas blower-heated, o ar de exaustão da regeneração deve preferencialmente ser conduzido para fora da sala de compressores, evitando o aumento da temperatura e da umidade.
- A sala de compressores deve possuir um sistema adequado de ventilação forçada, dimensionado de acordo com a dissipação térmica total dos equipamentos instalados.
- A saída de ar quente de um Air-Cooled Refrigerated Air Dryer deve ser instalada o mais distante possível da entrada de ar do compressor, evitando que o compressor aspire novamente o ar aquecido.
- A torre de resfriamento deve ser instalada em um local fresco e bem ventilado.
- Para secadores que não utilizam diretamente o calor de compressão do compressor, o reservatório de ar deve, em geral, ser instalado antes do secador, dependendo do projeto global do sistema.
- Para todos os tipos de secadores, recomenda-se manter a temperatura do ar comprimido na entrada em 38°C ou menos. Se a temperatura for superior, pode ser necessário instalar um Aftercooler antes do secador.
- Para Air-Cooled Refrigerated Air Dryers, recomenda-se manter a temperatura ambiente abaixo de 38°C e limpar regularmente a superfície do condensador para remover poeira e contaminantes. Se a temperatura ambiente permanecer muito elevada, deve-se considerar um modelo refrigerado a água.
- Para Water-Cooled Refrigerated Air Dryers, recomenda-se manter a temperatura da água de resfriamento na entrada em aproximadamente 32°C ou menos e realizar a limpeza periódica do trocador de calor para remover incrustações e impurezas.
Conclusão
Utilizar um compressor de ar de alta eficiência não significa automaticamente que todo o sistema de ar comprimido será energeticamente eficiente.
Se o secador for selecionado incorretamente, operar fora das condições adequadas ou consumir energia excessiva durante a regeneração, a economia obtida com o compressor pode ser parcial ou totalmente anulada.
Por isso, o sistema de ar comprimido (Compressed Air System) deve ser analisado como um conjunto.
A seleção do secador deve considerar simultaneamente o Pressure Dew Point requerido, vazão de ar comprimido, temperatura e pressão reais de entrada, temperatura ambiente ou da água de resfriamento, tipo de secador, método de regeneração, fontes disponíveis de calor residual e Correction Factors fornecidos pelo fabricante.
O princípio fundamental é simples:
Atender à qualidade de ar comprimido exigida com o menor consumo de energia tecnicamente viável.
Somente quando Air Compressor, Air Dryer, sistema de resfriamento, filtros, rede de tubulação e sistema de controle estiverem corretamente dimensionados e integrados será possível obter, ao mesmo tempo, qualidade estável do ar comprimido, alta confiabilidade operacional e verdadeira eficiência energética.
