Ar comprimido

Este trabalho aborda o tema "Ar comprimido" e foi realizado por Ana Maria Sousa e Nuno Marcos no âmbito da cadeira de Integração e Intensificação de Processos, no ano letivo de 2018/2019.

História da utilização do ar comprimido

O ar comprimido tem uma longa história de utilização. Leonardo da Vinci dominou e utilizou ar comprimido, e existem relatos da sua utilização na fundição de metal desde há mais de 2000 anos. No entanto, apenas no século XIX adquiriu importância industrial, devido ao desenvolvimento do processo de transmissão de energia através de ar comprimido armazenado.

Rapidamente passou a ser usado no escavação de túneis com martelos pneumáticos, e travões de comboio com ar comprimido aumentaram imenso a segurança nos caminhos de ferro. Os primeiros compressores de ar funcionavam a vapor, mas tecnologias que usavam a força das águas foram rapidamente desenvolvidas.

Produção e armazenamento do ar comprimido

O ar comprimido é ar que é retirado da atmosfera (constituído principalmente por oxigénio e azoto) e passa por um compressor, passando a ter uma pressão superior à pressão atmosférica. Existem diversos tipos de compressores, mas todas as unidades de compressão possuem alguns componentes em comum, como filtros de ar. Dentro dos tipos de compressores disponíveis, destacam-se os compressores de pistão alternativo, os compressores de pistão rotativo e os compressores de fluxo.

Figura 1 - Sistema de produção de ar comprimido

O processo de produção de ar comprimido envolve diversos passos e equipamentos (figura 1). Como o ar que é usado para a produção de ar comprimido contém contaminantes, é necessário filtrá-lo. Sendo assim, o ar dá entrada no processo de compressão através de um filtro (1), passando de seguida através de uma válvula de entrada (2), que o faz chegar até ao elemento de compressão. À saída do elemento de compressão (3), o ar passa através de uma válvula de não-retorno, que evita que este volte para trás (4). Por sua vez, o funcionamento do elemento de compressão é assegurado pela inserção de óleo lubrificante, através de uma válvula (13), que acaba por contaminar novamente o  ar, bem como partículas de ferrugem presentes nas tubagens.. Assim, o ar terá que ser enviado a um vaso separador do óleo (5), que reintroduz o óleo nas suas correntes de circulação. De seguida, o ar passa por uma válvula de pressão mínima (6), que o envia para o seu sistema de refrigeração. Este sistema é composto por uma ventoinha, onde ocorre o arrefecimento do ar (7) e o arrefecimento do óleo (10). Uma vez que o ar também contém, para além de poeiras e micro-organismos, contaminantes como dióxido de carbono e vapor de água, estes são removidos no processo de arrefecimento do ar, através da sua condensação. Sendo assim, podem ser removidos por um sistema de purga (8). Por último, o elemento 9 corresponde ao reservatório do óleo, o elemento 11 à válvula termostática de bypass e o 12 ao filtro do óleo.

O armazenamento de ar comprimido não é um processo muito complexo. A maioria das unidades de compressão de ar possui um acumulador (figura 2), mas no caso de ser necessário, garrafas e/ou tubos de ar comprimido podem ser transportados para lugares que não tenham sistemas de fornecimento de ar comprimido (figura 3). Em laboratório, o ar comprimido circula dentro de mangueiras de ar comprimido (figura 4).

Figura 2 - Reservatório de ar comprimido

Figura 3 - Botija de ar comprimido

Figura 4 - Mangueira de ar comprimido

Aplicações do ar comprimido

Como aplicações industriais, temos o embalamento de produtos alimentares e a sua fermentação, o arejamento em processos de oxidação (como na produção de lactose para fármacos), a moldagem de plásticos por injeção de ar comprimido, o polimento de equipamentos eletrónicos ou a limpeza de pó na transformação da madeira. De referir que nalgumas destas indústrias e em muitas outras, o ar comprimido é usado simplesmente em equipamentos pneumáticos, para produzir energia cinética.

Para além das aplicações industriais, o ar comprimido possui muitas propriedades que o tornam útil em muitos campos diferentes. Uma das aplicações mais diretas é o uso do ar para respiração, para mergulho em profundidade. Outras aplicações incluem o enchimento de pneus, a propulsão de veículos ou a secagem de material de laboratório.

Vantagens e desvantagens

O ar comprimido é amplamente usado a nível industrial, sendo por vezes considerado como uma quarta utilidade, para além da energia elétrica, do gás natural e da água. No entanto, o rendimento (em custo por unidade de energia) do ar comprimido é muito maior que o das outras três utilidades. Estima-se que 10% de todo o consumo industrial de eletricidade na Europa seja para produzir ar comprimido (cerca de 80 terawatt-hora por ano), o que leva a gastos acrescidos.

Ao contrário do vapor de água, o ar comprimido pode ser transportado a longas distâncias sem perder pressão devido à condensação. Isso torna-se uma vantagem enorme no caso de a utilidade ter que ser transportada para locais isolados.