Como Funciona o Secador de Ar por Refrigeração?

Como Funciona o Secador de Ar Por Refrigeração?

O Ar Comprimido é um tipo de energia muito utilizado, seja nos meios industriais ou numa simples borracharia. Vemos aplicações em máquinas complexas de automação industrial ou numa ferramenta pneumática usada numa linha de montagem automotiva. Sua aplicação é tão diversa que cabe um outro artigo somente para esse assunto.

O seu uso é tão comum devido a facilidade de obtenção do Ar Comprimido, basta possuir um compressor de ar dimensionado para a necessidade a ser utilizada e pronto, o ar já está disponível em qualquer lugar.

Embora o ar esteja disponível e em abundância, sua qualidade nem sempre é a ideal para o uso e por conta disso precisamos tratá-lo para as condições necessárias. O tipo de tratamento dependerá da necessidade em questão que pode ser apenas um método simples de filtragem e/ou uma secagem até processos mais complexos. 

Nesse artigo, abordaremos apenas o processo de secagem, principalmente, por meio de um equipamento chamado "Secador de Ar por Refrigeração".

Mas de repente, você pode estar se perguntando:

• O ar comprimido é molhado a ponto de ser necessário secá-lo?
• De onde vem essa água?

As respostas são muito simples, sim, o ar comprimido tem umidade e sua origem é do próprio ar que tem a seguinte composição:

Composição do Ar Atmosférico

Como pode ser visto, existe água no ar na forma de vapor e embora sua proporção seja pequena quando comparado com o nitrogênio ou o oxigênio, mas mesmo essa quantidade pequena pode ser prejudicial nos sistemas pneumáticos.

Secador de Ar é o equipamento cuja finalidade é "secar" o ar comprimido e podemos citar os tipos principais, que são:

• Secador de Ar por Absorção
• Secador de Ar por Adsorção
• Secador de Ar por Membrana
• Secador por Refrigeração 

Nessa altura do campeonato você deve estar pensando: "- O que controla a transformação do vapor do ar em água líquida?"

Esse fenômeno está relacionado com a umidade relativa que por definição é a relação entre a massa de vapor existente no ar pela massa de vapor de saturação, em outras palavras, é a relação ou divisão, da quantidade de massa que se tem no ar na forma de vapor pela quantidade máxima de vapor de água que o ar tem capacidade de reter.

A umidade relativa é uma propriedade que varia significativamente com a temperatura e para facilitar o entendimento, faremos uma ilustração:

Imaginemos que numa temperatura de 30 graus Celsius, o ar tem capacidade para absorver 10 gotas de vapor mas naquele momento temos apenas 8 gotas, neste caso, temos a umidade relativa de 80%

Digamos que a temperatura caia para 20 graus Celsius e nessa nova situação, o ar passa a ter capacidade de reter no máximo 8 gotas de vapor d'água, nesta nova situação, a umidade relativa será de 80%, conforme indicado abaixo:

Consideremos ainda que a temperatura caia mais uma vez, agora para 10 graus Celsius e nessa temperatura o ar consegue reter no máximo 6 gotas de vapor d'água. Nessa condição, continuaremos com 100% de umidade relativa, no entanto, 2 gotas de vapor irão condensar, conforme ilustrado a seguir:

Esse é o princípio de formação do orvalho que pode ser observado no amanhecer, que notamos a superfície molhada e quando esquenta por ação do sol, a superfície "seca sozinha."

O Secador de ar por refrigeração usa o princípio apresentado acima, um sistema frigorífico promove a redução da temperatura do ar por meio de um trocador de ar até o chamado "Ponto de Orvalho", que é a temperatura mínima que o sistema atinge, nos sistemas mais comuns, essa temperatura é de 3 graus Célsius. Ela recebe esse nome pois é o limite mínimo de temperatura a partir da qual, se for mais reduzida, haverá a possibilidade de formação de água líquida.

Nessa temperatura a capacidade que o ar tem de reter vapor d'água é bastante reduzida, de tal sorte, que o excedente será condensado e capturado por meio de um filtro especial, chamado "Filtro Coalescente", que possui um dreno por meio do qual se pode extrair a água líquida do sistema. 

Como na maioria dos sistemas utiliza-se o ar comprimido a temperatura ambiente, usa-se o ar comprimido frio a 3 graus Celsius para promover o pré-resfriamento do ar quente que sai do compressor, tornando assim um sistema energeticamente mais eficiente. Veja o esquema de um secador de ar na figura abaixo:

Secador de Ar por Refrigeração da HBR Ar Comprimido

 Para melhor entendimento, assista o vídeo explicativo abaixo:

Como Funciona um Secador de Ar por Refrigeração

Escrito por: Micelli Camargo

Engenheiro Mecânico pela Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI.

MBA Executivo em Marketing pela Fundação Getúlio Vargas - FGV

12 anos de experiência em vendas técnicas, sendo 6 numa multinacional do setor de vedações industriais e mais de 6 anos ministrando aulas em um curso de engenharia mecânica.

Atua no atendimento de empresas químicas, petroquímicas, farmacêuticas, alimentícia, papel e celulose, entre outras.

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Aula 19: Como Calcular Momento de Uma Força Usando o Produto Vetorial ?

Introdução

Uma das aplicações mais frequentes para o uso do produto vetorial é no cálculo de momento de uma força, principalmente, em sistemas tridimensionais.

Vimos na aula anterior que o produto vetorial de dois vetores produz um outro vetor,  cuja direção é perpendicular aos dois vetores que o originaram e o sentido é obtido pela regra da mão direita, já o seu módulo sendo definido pela a multiplicação do módulo de cada vetor e o seno do ângulo formado pelos vetores.

O momento de uma força pode ser calculado através do produto vetorial do vetor posição cuja origem está no ponto de interesse e o vetor força em questão, conforme representado a seguir:

O método para cálculo do produto vetorial é através do determinante da matriz formada pelos vetores unitários i, j e k na primeira linha, pelos componentes do vetor posição na segunda linha e pelos componentes do vetor força na terceira linha, conforme indicado:

Um dos macetes, para o cálculo do determinante da matriz é a repetição das duas primeiras colunas, pega-se cada diagonal e multiplica entre si os seus membros, sendo as diagonais da esquerda para direita com valores positivos e as diagonais da direita para esquerda com valores negativos, indicados respectivamente com as setes vermelhas e azuis, logo abaixo: 

Para mais detalhes sobre a técnica, visite, a postagem anterior: "Aula 18: Produto Vetorial"

Princípio da Transmissibilidade:

Seja um ponto O qualquer, a partir do qual, originam-se vários vetores posição para uma mesma linha de ação de uma Força F, conforme ilustrado abaixo:

O princípio da transmissibilidade nos indica que, independentemente do vetor posição, o resultado do cálculo do momento em torno do ponto O será idêntico, ou seja, podemos pegar para o cálculo qualquer vetor posição que vai do ponto O até a linha de ação da força, assim:

Exercício de Aplicação:

Exercício

Determine o Momento em relação ao ponto O produzido pela força F de 2 kN, indicada na figura. Expresse o resultado como um vetor cartesiano.

Resolução:

Para a resolução de qualquer problema de estática, é imprescindível a elaboração do diagrama de corpo livre (DCL) e em sistemas tridimensionais, os vetores posição de cada ponto, assim, como o vetor unitário que nos informa a direção da força, ficando:

Vetores Posição

       

DCL (Diagrama de Corpo Livre)

Vetores Unitário uAB

Vetor F Cartesiano

O vetor F pode ser representando por um vetor cartesiano através do produto do seu vetor posição unitário uAB e o seu módulo F, conforme:

Resultando:

Uma vez, obtendo um vetor posição e o vetor força F, podemos calcular o momento Mo por meio do produto vetorial:

Vamos montar a matriz para cálculo do seu determinante, ficando:

Resultando em:

Cujo módulo fica:

Finalmente, podemos montar a representação do momento, conforme ilustrado na figura a seguir:

Momento em Torno do ponto O

Para melhor entendimento, assista a vídeo-aula a seguir:

Vídeo-Aula 19: Como Calcular o momento usando Produto Vetorial

Bibliografia:

• J. L. Meriam e L. G. Kraige - Mecânica: Estática
• Hibbeler - Mecânica para Engenharia: Estática

Escrito por: Micelli Camargo

Engenheiro Mecânico pela Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI.

MBA Executivo em Marketing pela Fundação Getúlio Vargas - FGV

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Aula 18: Produto Vetorial | Estática dos Corpos Rígidos

Introdução

Nessa aula de estática, faremos uma breve revisão sobre o produto vetorial, com o foco na sua aplicação na estática.

Confira logo abaixo o descritivo ou assista a vídeo-aula com as explicações ao final da postagem.

Normalmente se estuda produto vetorial em álgebra, logo no início do curso de engenharia, mas ficamos sem entender a razão de tal estudo.

Nessa aula nós apresentamos uma de suas aplicações, no cálculo de momento de uma força, mas também é utilizado em outras disciplinas como dinâmica dos corpos rígidos e eletromagnetismo.

Aqui, por falta de ferramentas, iremos adotar a representação de vetor por meio do negrito, tendo em vista que não é possível utilizar a seta sobre o vetor em questão.

Definição de Produto Vetorial

Regra da Mão Direita

O produto vetorial de dois vetores A e B  produz um vetor C escrito como:

• C = A X B    (lê-se: Vetor C é igual a A vetorial B) 

A intensidade de C, o vetor resultante do produto vetorial, pode ser calculado por:

C = A . B . senq   |  com 0 £ q £ 180º 

A direção de será, o vetor resultante do produto vetorial, será perpendicular  aos vetores A e B, sendo seu sentido obtido pela regra da mão direita.

Propriedades de Operações Matemáticas

Agora veremos quais as propriedades de operações matemáticas são válidas para o produto vetorial.

Comutativa: Comutativa é a propriedade de operação matemática relacionada como a sequência de cálculo, por exemplo:

• 2 x 3 = 6 assim como 3 x 2 = 6
• Nessa caso, podemos dizer que a multiplicação de escalares é uma operação matemática comutativa.

A X B

Vejamos agora o produto vetorial:

C = A X B   

pela regra da mão direita fica: 

B X A 

D = B X A 

pela regra da mão direita fica:

Como o resultado é diferente, o produto vetorial não é uma operação matemática comutativa.

Multiplicação por Escalar: A multiplicação por escalar consiste numa operação onde se multiplica uma dada operação por um entidade dotada apenas de intensidade ou módulo. Traduzindo, multiplicação por um número diferente de zero.

Nessa caso fica: a .(A X B) = (a.A) X B = A X (a.B)

Em outras, palavra, não existe diferença quando se multiplica um produto vetorial por escalar ou se a multiplicação é feita antecipadamente em qualquer um dos vetores envolvidos.

Distributiva de Adição: A distributiva da adição é a situação onde se tem uma operação e um soma. 

Lá na matemática básica, tinha-se a x (b + c) tendo como resultado a.b + a.c

No produto vetorial será da mesma forma, ficando:

A X(B + C) = A X B + A X C)

Vetor Cartesiano: Produto Vetorial

O vetor cartesiano é aquele definido no espaço, ou seja, em coordenadas tridimensionais, comumente, utilizado como símbolo, os eixos x, y, z.

Também podemos definí-los em vetores unitários, i , j e k

Dessa forma, podemos obter o vetor cartesiano, resultado do produto vetorial, com o uso do recurso matemático conhecido como determinante de uma matriz, sendo que na primeira linha da matriz se coloca os vetores unitários i , j e k , na segunda linha, as componente do primeiro vetor (aquele que aparece a esquerda) e por fim, na última linha, as componentes do segundo vetor (o vetor da direita), ficando:

Para calcular o determinante, podemos proceder o recurso prático a seguir:

1. Repete-se as 2 primeiras colunas (da esquerda para a direita)
2. Pega-se a diagonal com valor positivo (+) (da esquerda para a direita) multiplicando cada membro
3. Pega-se a diagonal com valor negativo (-) (da direita para a esquerda) multiplicado cada membro
4. Agrupa-se os valores com o mesmo vetor unitário

Conforme indicado:

Passo 01

Passos 02 e 03

Passo 04

Para melhor entendimento, assista a explicação do conteúdo na vídeo-aula a seguir:

Aula 18 - Revisão: Produto Vetorial

Bibliografia:

• J. L. Meriam e L. G. Kraige - Mecânica: Estática
• Hibbeler - Mecânica para Engenharia: Estática

Escrito por: Micelli Camargo

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