SECADOR DE AR COMPRIMIDO PARA O AR RESPIRÁVEL E SUA IMPORTÂNCIA

Conceito de ar comprimido

O ar atmosférico é a composição de uma mistura de gases como o nitrogênio (78%) e oxigênio (em torno de 21%) em sua maioria. Ainda possui 0,03% de dióxido de carbono (CO2, gás proveniente de queimas de combustíveis fósseis e um dos grandes causadores do efeito estufa). As moléculas desses gases possuem uma energia cinética própria que dependem da temperatura, pressão a que estão submetidas ou ainda se estão expostas a outras formas de energia como ionizante ou eletromagnética.

Quando o ar é comprimido, as moléculas dos gases formadores da composição passam a se deslocar de modo mais rápido, o que eleva a temperatura e eleva os choques mecânicos entre as moléculas produzindo ainda mais calor – um fenômeno denominado de calor de compressão.

Deste modo, é possível afirmar que o ar comprimido é um meio de armazenamento e transmissão de energia, que tem vantagens e desvantagens na comparação com outros meios como vapor e a eletricidade.

Vale a pena usar o ar comprimido?

Vale, principalmente em se tratando de segurança, pois o ar comprimido e os equipamentos pneumáticos suportam o uso em superfícies muito úmidas, molhadas e em áreas classificadas (Ex / Atex).

Outra vantagem a ser considerada é a sua flexibilidade. Além da possibilidade de utilização em regiões distantes, os equipamentos de ar comprimido podem funcionar sem aquecer e em diversas velocidades e valores de torque. Ter estas condições com equipamentos elétricos, por exemplo, seria extremamente difícil, principalmente em áreas muito distantes.

Se forem analisados os aspectos de peso e ergonomia, os sistemas de ar comprimido também se sobressaem, pois sua fabricação pode ser feita usando matérias-primas que propiciem pouco peso e formato adequado para o uso dos equipamentos, o que diminui a fadiga do operador.

Sua desvantagem é o custo. Os equipamentos pneumáticos chegam a ser 300% mais caros do os equipamentos elétricos.

Entretanto, os equipamentos pneumáticos são menores do que os similares elétricos, embora apresentem mais robustez e durabilidade em cenários típicos de produção.

Depois da água / vapor, da eletricidade e do gás natural, o ar comprimido é considerado como a 4° maior utilidade dentro das empresas.

Sistemas automotivos, equipamentos industriais e equipamentos hospitalares, por exemplo, representam uma grande demanda para o uso do ar comprimido.

No caso do segmento hospitalar, principalmente, é necessário que o ar comprimido seja tratado, para que fique livre de impurezas, porque após a compressão o ar contém não apenas nitrogênio e oxigênio, mas também água, óleo e poeira (Saiba mais aqui sobre a norma hospitalar para ar medicinal). Saiba mais sobre a RDC 50 e a NBR 18188 sobre ar medicinal aqui).

Com a finalidade de deixar o ar respirável é necessário utilizar secadores e filtros, para esse tratamento.

Importância do secador de ar comprimido para o ar respirável

Considerando que a presença de vapor de água no ar da atmosfera, executar o procedimento de secagem no ar comprimido é fundamental, pois a compressão do ar faz com que a concentração de água aumente. Quando está num ambiente de temperatura mais elevada, o teor de vapor de água no ar é maior. Diante deste cenário, caso o ar comprimido não seja seco pode ocorrer a presença de água em tubulações e equipamentos a ele conectados. Isso é mais grave quando a aplicação é para respirador de ar. Neste caso, não pode haver qualquer partícula de água no ar a ser fornecido para um paciente, por exemplo.

Compressores de ar têm, em suas instalações, resfriadores posteriores (aftercoolers) com secadores de água, para obter o maior nível de separação condensação de água no ar comprimido.

O aftercooler é, na verdade, um equipamento trocador de calor com a função de resfriar o ar comprimido quente, para obter a precipitação da água que certamente iria condensar nos tubos do sistema.

Este trocador pode ter refrigeração a água ou a ar, tendo normalmente um separador de água, colocado perto do compressor (grande parte dos compressores já trazem um aftercooler instalado em seu interior) e que pode fazer a drenagem automaticamente.

O projeto da instalação deve considerar alcançar uma eficiência de 80 a 90% na coleta de água.

A qualidade do ar é essencial para o segmento médico. Neste caso, o grau de pureza do ar deve ser obrigatoriamente de 100%, embora as especificações do ar para esse segmento não sejam as mesmas em todos os países, seguindo legislação própria.

Para chegar a este valor, são necessárias diversas fases de tratamento do ar comprimido, com o uso de separadores e filtros.

Os estabelecimentos de saúde precisam atender ao que determina a RDC 50 (Resolução de Diretoria Colegiada de número 50), da Agência Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA) e a NBR 12188.

Na RDC50 os parâmetros e exigências estão na parte de “Instalações Prediais Ordinárias e Especiais”, item 7.3.3., Gases Medicinais.

Para o uso medicinal em Estabelecimentos Assistenciais de Saúde (EAS), os gases mais comumente empregados são o oxigênio, o ar comprimido e o óxido nitroso.

Importante destacar os seguintes itens da norma NBR 12188:

Item 4.4.6 – determina que o sistema de compressores destinado a atender equipamentos de auxílio à respiração humana deve possuir secador(es) dimensionado(s) de acordo com a capacidade de compressão.
Item 5.3.6 – indica que os pós-resfriadores de ar comprimido (quando requeridos), os secadores e filtros devem ser instalados em cada conjunto de compressores, com arranjo de válvulas, de maneira a permitir o isolamento de cada conjunto, mantendo a continuidade de operação do sistema na eventualidade de falha de um conjunto em serviço.

A RDC 50 determina a elaboração obrigatória de projetos de acordo com suas especificações e a norma NBR 12188 prevê um ensaio para liberação da instalação do sistema centralizado.

Tratamento do ar comprimido

Após passar por um processo de tratamento, o ar comprimido pode ser utilizado não somente no segmento hospitalar e farmacêutico, mas também nas indústrias alimentícias, por exemplo.

Estas aplicações exigem ar comprimido de alta qualidade, sem vestígios de umidade e sujeira.

Quanto às impurezas, o uso de filtros possibilita que as impurezas sejam tiradas do ar comprimido, embora não impeçam a passagem de alguns líquidos, que podem estar sob a forma de gases na passagem pelos filtros.

Com relação à umidade, é necessário o uso de secadores de ar para que toda a umidade seja retirada do ar comprimido.

Os secadores de ar comprimido são de fundamental importância na retirada da umidade e fazer com que o ar fique respirável e podem ser:

Por refrigeração.
Por adsorção.
Por absorção.
Por membrana.

Secador por refrigeração

Funciona através do resfriamento do ar na sua entrada, fazendo com que haja a condensação do vapor de água. Numa etapa posterior, o ar é novamente aquecido para que possa alcançar o volume e a pressão que tinha na entrada.

A redução da temperatura a um ponto próximo de 0^oC, que é o ponto de orvalho, tem a finalidade de conseguir o máximo possível de condensação, sem que haja risco de congelamento.

Ponto de orvalho é um termo que descreve a concentração de água no ar comprimido. Nesta temperatura o vapor de água chega à condensação.

Valores menores do ponto de orvalho significam quantidades menores de vapor de água no ar comprimido, enquanto valores maiores indicam maiores quantidades.

Este secador é o de maior utilização, apresentando eficiência suficiente para sua recomendação para aplicações que sejam sensíveis à condensação, pois uma porção de vapor é liberada no ar. Assim, o ponto de orvalho fica na faixa de 3°C a 10°C.

Resfriador de ar respirável

Através do mesmo princípio do secador de refrigeração o resfriador de ar respirável consegue secar o ar até pontos de orvalho próximo de 0°C e ainda é capaz de baixar a temperatura de entrada do ar em até 10°C.

Esse procedimento de secagem e resfriamento do ar traz como benefícios:

Melhora da qualidade do ar respirável isenta de vapores e misturas de água e óleo na fase líquida;
Melhora da filtragem e purificação do ar que conseguirá desempenho superior e terá vida útil maior graças a secagem do ar;
Melhora do desempenho das atividades laborais com ar mandado. Quando a temperatura do ar é mais agradável ao organismo, todas as tarefas podem ser executadas com mais atenção e segurança. Existem muitos estudos relacionando o estresse térmico com acidentes de trabalho e falhas de operação. Atividades de pintura, jateamento, limpeza industrial, trabalho em espaço confinado ou atividades em auto fornos são exemplos de atividades com estresse térmico muito elevado e onde um resfriador pode fazer muita diferença na jornada de trabalho.

Secador por Adsorção

Neste tipo de secador é executada a remoção de vapores existentes no ar comprimido, sem a condensação destes. Para isso, o processo faz com que o ar comprimido passe por um tipo de calha de material de adsorção. Assim, as moléculas do vapor de água (adsorvato) são fixadas na superfície de um material adsorvente, que normalmente tem poros e apresenta granulação, sendo fortemente higroscópico, incorporando a massa de água sem permitir qualquer combinação.

Os secadores por adsorção são constituídos por duas colunas com material dissecante, que permitem que o ar seja seco enquanto uma coluna seja submetida a um processo de regeneração.

Este processo de regeneração elimina o vapor de água que foi adsorvido, podendo ser feito por:

Oscilação térmica – conhecida como TSA, Thermal Swing Adsorption, limpa o material adsorvente saturado com ar quente e seco. Este tipo de regeneração usa de 5 a 6% do ar comprimido seco e puro, eletricamente aquecido ou na forma de vapor via aquecedor na faixa de 180 a 250ºC. A outra coluna, neste momento, atua na secagem ativa.
Oscilação de pressão – conhecida como PSA, Pressure Swing Adsorption, que usa o ar pressurizado seco. Neste modo de regeneração, a respectiva coluna é despressurizada para que a umidade seja retirada do material adsorvente. Para tal, é utilizado de 9 a 14% do ar comprimido seco e puro, ao passo que o tempo de operação fica em até 8 minutos.

Estes secadores diminuem o ponto de orvalho para –40 °C, que é o valor de temperatura necessário para que o ar obtenha qualificação para uso em aplicações médicas.

Secador por Absorção

A finalidade deste secador é retirar os vapores existentes no ar comprimido por absorção. Para isso, o ar com umidade entra na parte inferior do secador e, em seguida, entra em contato com um material que absorve a umidade e pouco a pouco faz com que ela se dissolva. A umidade que é removida e a substância que foi diluída ficam alojadas na parte inferior do secador, de onde passam por uma drenagem. Na parte superior do secador, o ar seco é liberado.

Secador de membrana

Este secador “separa” o vapor de água por intermédio de microtubos.

Deste modo, o deslocamento do ar faz com que uma membrana (na verdade, um elemento filtrante de membrana, um aglomerado de tubos de fibras de membrana que foram submetidas a tratamento químico) consiga produzir ar comprimido e seco no ponto de saída do secador. A condensação, neste secador, é por volta de -40ºC. Este secador tem como vantagem de produzir menor ruído e não ter dependência com a energia elétrica.

Filtros de ar comprimido

Os filtros para ar comprimido podem ter várias funções mas as principais são: remover partículas mecânicas como material oxidado / ferrugem, materiais particulados que podem ter se desprendido durante a compressão do ar (limalhas), excesso de água, óleo na fase líquida ou aerossóis na corrente de ar comprimido (névoas, vapores), remover odor (odor de óleo ou outros odores provenientes de microrganismos que se proliferam na rede de ar.

Os filtros podem ser posicionados antes ou depois dos secadores de ar comprimido, dependendo da sua função. Independentemente do tipo de secador de ar comprimido a ser escolhido, a recomendação é optar por no mínimo:

01 Filtro coalescente de alto desempenho antes do secador como pré-filtro, para eliminar o condensado que não foi eliminado pelo compressor, proteger o secador e aumentar a vida útil deste;

No caso de secador ou resfriador de ar respirável a recomendação é que seja utilizado no mínimo:

01 Filtro coalescente de alto desempenho antes do secador;

01 Filtro de carvão ativado dedicado para ar respirável;

01 Filtro H.E.P.A / Grau D para garantir o ar em conformidade com a NBR 12543:2017.

Posteriormente, na saída do resfriador pode-se colocar mais um filtro de micro particulados para garantir que em caso de algum problema com as serpentinas do equipamento, isso não ofereça risco ao usuário final.

Para filtros dedicados, como o catalisador de CO entre em contato com a Breathe para mais informações.