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cálculo de vazão-compressor, Notas de estudo de Dinâmica de Fluidos

Como realizar o cálculo de vazão de um compressor.

Tipologia: Notas de estudo

2020

Compartilhado em 19/03/2020

rodrigotx3
rodrigotx3 🇧🇷

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Vazão de um compressor de Ar
Tipos de pressão existentes:
Pressão absoluta
A referência de pressão mais clara é a pressão zero, existente no espaço sem ar do
universo. Uma pressão que esteja relacionada com essa referência de pressão é
conhecida como pressão absoluta. Para a diferenciação requerida de outros tipos de
pressão, ela é indicada com a sigla “abs”, que deriva do latim “absolutus” significando
separado, independente.
Pressão atmosférica
A pressão mais importante para a vida na Terra é provavelmente a pressão
atmosférica, pamb (amb = ambiens = ambiente). Ela é criada com o peso da
atmosfera que cerca a Terra com uma altura de aproximadamente 500 km. Até essa
altitude, onde a pressão absoluta é pabs = zero, sua magnitude diminui
continuamente. Além do mais, a pressão atmosférica é sujeita a flutuações
dependentes do clima que é bem conhecida através da previsão do tempo diária. Ao
nível do mar, pamb fica na média de 1.013,25 hectopascal (hpa), correspondente a
1.013,25 milibar (mbar). Com ciclones e anticiclones, essa pressão varia em torno de
5%.
Pressão diferencial
A diferença entre duas pressões, p1 e p2, é conhecida como pressão diferencial, Δp =
p1 p2. Nos casos onde a diferença entre duas pressões representa sozinha a
variação medida, chamamos de pressão diferencial, p1,2.
Sobrepressão (pressão manométrica)
A pressão medida mais frequentemente no campo tecnológico é a pressão
atmosférica diferencial, Pe (e = excedens = excessivo). Trata-se da diferença entre
uma pressão absoluta, pabs e a pressão atmosférica relevante (absoluta) (pe = pabs
pamb) e é conhecida, em resumo, como sobrepressão ou pressão manométrica
(pressão relativa).
Uma sobrepressão positiva significa que a pressão absoluta é maior do que a pressão
atmosférica. No caso oposto, estamos falando de sobrepressão negativa.
Considerações iniciais ou aproximações
Como estes cálculos serão feitos no campo e são apenas aproximados, não vamos
levar em conta a diferença de vazão devido a altitude, umidade relativa e temperatura
onde o compressor está operando.
Muitos manômetros veem com a escala em kgf/cm², podemos considerar, para estes
cálculos, 1 bar = 1 kgf/cm².
Cálculos ou o que realmente interessa
Como visto anteriormente, os manômetros que estamos acostumados a trabalhar nos
mostram a sobrepressão, ou seja, a diferença de pressão de um sistema onde se
encontra conectado o manômetro, um reservatório por exemplo, e a pressão
atmosférica.
Quando o manômetro de um reservatório indica 0 barg (o g vem de gauge, manômetro
em inglês), isto significa que o mesmo contém ar, mas sua pressão interna é a mesma
da atmosfera.
Quando “adicionamos” um volume de ar equivalente ao tamanho do reservatório,
elevamos a pressão manométrica em aproximadamente em 1 barg. Por exemplo,
num reservatório de 500 litros que esta a 0 barg, quando “adicionamos” 500 litros de ar
no mesmo, o manômetro subirá para 1 barg, e assim por diante.
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Vazão de um compressor de Ar Tipos de pressão existentes: Pressão absoluta A referência de pressão mais clara é a pressão zero, existente no espaço sem ar do universo. Uma pressão que esteja relacionada com essa referência de pressão é conhecida como pressão absoluta. Para a diferenciação requerida de outros tipos de pressão, ela é indicada com a sigla “abs”, que deriva do latim “absolutus” significando separado, independente. Pressão atmosférica A pressão mais importante para a vida na Terra é provavelmente a pressão atmosférica, pamb (amb = ambiens = ambiente). Ela é criada com o peso da atmosfera que cerca a Terra com uma altura de aproximadamente 500 km. Até essa altitude, onde a pressão absoluta é pabs = zero, sua magnitude diminui continuamente. Além do mais, a pressão atmosférica é sujeita a flutuações dependentes do clima que é bem conhecida através da previsão do tempo diária. Ao nível do mar, pamb fica na média de 1.013,25 hectopascal (hpa), correspondente a 1.013,25 milibar (mbar). Com ciclones e anticiclones, essa pressão varia em torno de 5%. Pressão diferencial A diferença entre duas pressões, p1 e p2, é conhecida como pressão diferencial, Δp = p1 – p2. Nos casos onde a diferença entre duas pressões representa sozinha a variação medida, chamamos de pressão diferencial, p1,2. Sobrepressão (pressão manométrica) A pressão medida mais frequentemente no campo tecnológico é a pressão atmosférica diferencial, Pe (e = excedens = excessivo). Trata-se da diferença entre uma pressão absoluta, pabs e a pressão atmosférica relevante (absoluta) (pe = pabs – pamb) e é conhecida, em resumo, como sobrepressão ou pressão manométrica (pressão relativa). Uma sobrepressão positiva significa que a pressão absoluta é maior do que a pressão atmosférica. No caso oposto, estamos falando de sobrepressão negativa. Considerações iniciais ou aproximações Como estes cálculos serão feitos no campo e são apenas aproximados, não vamos levar em conta a diferença de vazão devido a altitude, umidade relativa e temperatura onde o compressor está operando. Muitos manômetros veem com a escala em kgf/cm², podemos considerar, para estes cálculos, 1 bar = 1 kgf/cm². Cálculos ou o que realmente interessa Como visto anteriormente, os manômetros que estamos acostumados a trabalhar nos mostram a sobrepressão, ou seja, a diferença de pressão de um sistema onde se encontra conectado o manômetro, um reservatório por exemplo, e a pressão atmosférica. Quando o manômetro de um reservatório indica 0 barg (o g vem de gauge, manômetro em inglês), isto significa que o mesmo contém ar, mas sua pressão interna é a mesma da atmosfera. Quando “adicionamos” um volume de ar equivalente ao tamanho do reservatório, elevamos a pressão manométrica em aproximadamente em 1 barg. Por exemplo, num reservatório de 500 litros que esta a 0 barg, quando “adicionamos” 500 litros de ar no mesmo, o manômetro subirá para 1 barg, e assim por diante.

Tendo isto em mente, fica fácil estimar o tempo de enchimento do reservatório quando sabemos a vazão do compressor ou a vazão do compressor quando medimos o tempo de enchimento do reservatório. Vamos utilizar as fórmulas abaixo: ∆P=P2-P ΔP – Diferencial de pressão (barg) P1 – Pressão inicial (barg) P2 – Pressão final (barg) Q=(V ×∆P)/T T=(V ×∆P)/Q Q – Vazão efetiva do compressor de ar (litros / segundo) T – Tempo de duração para o reservatório atingir o ΔP (segundos) V – Volume do reservatório (litros) Para facilitar o entendimento, vamos ver dois exemplos.

  1. Cálculo de tempo de enchimento de um reservatório Um sistema com um compressor de ar de 15 hp, 56 pcm de vazão, ligado a um reservatório de 500 litros. Vamos estimar o tempo para que o reservatório vá de 0 barg a 7 barg. P2 = 7 barg P1 = 0 barg ΔP = 7 barg Q = 56 pcm ≈ 26,43 l/s V = 500 l T = (500 ×7)/26, 43 ≅ 132 seg Ou seja, se tudo estiver certo com o compressor de ar, o mesmo irá demorar aproximadamente dois minutos e 12 segundos para encher o reservatório de 0 barg a 7 barg.
  2. Cálculo da vazão do compressor Um compressor de ar ligado a um reservatório de 1.000 litros demorou 3 minutos e meio para encher o reservatório de 0 barg a 10 barg. Vamos estimar a vazão deste compressor. P2 = 10 barg P1 = 0 barg ΔP = 10 barg V = 1.000 l T = 3 min e 30 seg = 210 s Q=(1.000 ×10)/210≅41,62 l/s≅88 pcm Considerações finais Em diversas situações estes cálculos são úteis para os técnicos que estão no campo.