Ar comprimido é uma fonte de energia segura e confiável, amplamente usada pela indústria. Algumas vezes conhecido como a quarta utilidade, o ar comprimido é usado em algum aspecto das operações de aproximadamente 90% das companhias manufatureiras. Contudo, diferente de outras utilidades, o ar comprimido é gerado localmente, e sua qualidade e custo são da responsabilidade do usuário. Isto significa que o usuário precisa estar consciente das potenciais armadilhas que podem afetar a qualidade do ar produzido. A principal delas é a presença de contaminantes. Em aplicações dentárias, médicas, laboratoriais, automotivas, eletrônicas, farmacêuticas, em telecomunicações e corte a laser, a pureza do ar comprimido é crítica, e os contaminantes no ar precisam ser removidos ou reduzidos para níveis aceitáveis. No Brasil, isto é regido pela norma ABNT ISO 8573-1, que especifica os requisitos para a secura do ar e sua pureza.

A contaminação do ar comprimido e de suas fontes
Em um típico sistema de ar comprimido há 10 contaminantes principais, provenientes de quatro fontes diferentes: o ar atmosférico, o compressor de ar, o receptor de ar e a tubulação de distribuição.
O ar atmosférico contém vapor de água, e sua capacidade de conter o vapor de água depende da temperatura e pressão. Apenas 1m³ de ar atmosférico a 100% de umidade relativa contém 24g (0,02 litros) de vapor de água a 25°C. À medida que a pressão aumenta, uma menor quantidade de vapor de água pode ser mantida pelo ar. Reciprocamente, à medida que a temperatura aumenta, mais vapor de água pode ser mantido pelo ar. Durante a compressão, a temperatura do ar aumenta, permitindo que o ar retenha facilmente a umidade. Mas, após a compressão, o ar é tipicamente resfriado para uma temperatura mais utilizável, a qual reduz a capacidade do ar de reter o vapor de água. Isto resulta na condensação do vapor de água em água líquida.
O ar saturado, os aerossóis de água e a água líquida dentro do sistema de ar comprimido podem causar corrosão nos sistemas de armazenagem e distribuição e avarias nas válvulas, cilindros, ferramentas e equipamentos de produção. Isto resulta em maiores custos de manutenção e eficiência de produção reduzida. A água no ar comprimido também pode causar estragos a quaisquer produtos e embalagens que estejam em contato direto com ela.
Assim como a água, o ar atmosférico contém partículas. Normalmente, encontra-se entre 140 e 150 milhões de partículas de poeira em cada metro cúbico. Aproximadamente 80% de algumas destas partículas possuem menos de 2 micra de tamanho sendo muito pequenas para captura pelo filtro de entrada do compressor, que geralmente tem 25 micra, de modo que estes irão viajar sem restrições dentro da corrente do ar comprimido.
O ar atmosférico também pode conter até 100 milhões de microrganismos – bactérias, vírus, fungos e esporos – por metro cúbico de ar, que são atraídos pela entrada do compressor de ar. O ambiente úmido do ar do sistema comprimido, particularmente no receptor, é ideal para o crescimento de tais microrganismos.
Uma fonte adicional de contaminação a partir do ar atmosférico é o óleo na forma de hidrocarbonetos. As concentrações típicas do vapor de óleo podem variar entre 0,05mg e 0,5mg por metro cúbico de ar ambiente. Uma vez no sistema de distribuição de ar comprimido, os vapores de óleo podem se resfriar e condensar, formando óleo líquido. Tanto o óleo líquido como o aerossolizado se misturam com a água no sistema, formando um condensado espesso e acídico que causa danos ao sistema comprimido e também ao equipamento de produção, nos produtos e na embalagem.
Após o ar ter sido comprimido, resfriado e ter deixado o compressor lubrificado a óleo, quatro contaminantes adicionais terão sido adicionados. Os contaminantes adicionados são o óleo líquido e os aerossóis, o vapor de óleo do compressor, a água do líquido condensado e os aerossóis da água. Por fim, tanto o receptor de ar como o sistema de distribuição podem adicionar mais dois contaminantes na forma de ferrugem e escamações da tubulação, causadas pelo ar quente e úmido no sistema.
De todos os contaminantes presentes dentro de um sistema de ar comprimido, normalmente a impressão é de que o óleo é o responsável pela maioria dos problemas, principalmente porque ele pode ser visto emanando dos pontos abertos de drenagem e válvulas de exaustão. Contudo, na realidade, a maioria dos problemas em um sistema de ar comprimido pode ser diretamente atribuída à água. Na verdade, até 99,9% da contaminação total do líquido encontrado em um sistema de ar comprimido é feita de água.
Para contextualizar esses dados, uma combinação de um compressor de 2.8m³/min (100cfm) e um secador de refrigeração, operando durante 4 mil horas, podem produzir aproximadamente 10 mil litros de líquido condensado anualmente. Em climas mais quentes, este volume aumentará significativamente.

Tecnologias de purificação
Os contaminantes listados acima precisam ser reduzidos ou removidos para o funcionamento eficiente de um sistema de ar comprimido, sendo necessária uma combinação de diferentes tecnologias para alcançar tal resultado. Óleo e particulados podem ser tratados por meio de filtragem. O vapor de água, no entanto, irá passar tão facilmente quanto o próprio ar por meio de separadores de água e filtros coalescentes, e, portanto, precisa ser removido através do uso de um secador.
A capacidade de remoção de vapor de água de um secador é expressa como Pressão do Ponto de Orvalho ou PDP. O ponto de orvalho se refere à temperatura na qual a condensação irá ocorrer, enquanto que a PDP se refere ao ponto de orvalho do ar acima da pressão atmosférica. Os secadores de ar comprimido de alta eficiência são usados nas aplicações críticas, onde os níveis de umidade, ou PDP’s, são especificados pela ABNT ISO 8573-1. Este padrão especifica a pureza das classes de ar comprimido com relação às partículas, água e óleo, independentemente da localização no sistema de ar comprimido no qual o ar é especificado ou medido. Ele também identifica os contaminantes gasosos e microbiológicos.
Nas aplicações críticas, os secadores de refrigeração são inadequados, uma vez que eles não podem produzir um ponto de orvalho abaixo do congelamento, apresentando pontos de orvalho de +3°C, +7°C ou +10°C. Na maioria das aplicações críticas, um PDP de -40°C é recomendado, pois um PDP abaixo de -26°C irá não apenas parar a corrosão, mas também irá inibir o crescimento de microrganismos. Algumas aplicações, como a eletrônica, requerem um ponto de orvalho de -70°C. Os sistemas de refrigeração também usam geralmente gases de CFC que exaurem a camada de ozônio, podendo ser caros e volumosos, além de requerer manutenções especializadas.
Enquanto isso, os secadores de membrana são geralmente limitados às aplicações de baixa capacidade, e os seus requisitos de ar de purga são frequentemente mais altos do que os secadores dessecantes. A vida da membrana é limitada, especialmente em aplicações que envolvem parar-reiniciar, e um alto nível de filtragem de admissão se faz necessária. Eles também são sujeitos a ataques químicos, e podem sofrer falhas catastróficas devido a choques e vibrações.

Secadores de adsorção
Com pontos de orvalho de -20°C, -40°C ou -70°C, os secadores de adsorção, geralmente empregam o método de adsorção de flutuações de pressão sem calor, também conhecido como PSA, ou mais comumente referido como regeneração sem calor. A adsorção é um processo onde as moléculas específicas (o adsorvato) adere à superfície de um sólido altamente poroso (o adsorvente) por meio de forças eletrostáticas e moleculares. O adsorvente apresenta uma estrutura de poros específica. Trata-se de uma combinação de poros maiores, ou macroporos, ou poros muito pequenos, conhecidos como microporos. O adsorvente é normalmente transformado em grãos ou contas que são usadas para formar leitos compactos, por meio dos quais o adsorvato passa e o processo de adsorção pode se realizar.
Para continuamente fornecer o ar seco, um secador de adsorção precisa regenerar o material dessecante. A maneira mais simples para se conseguir isto é passando o ar limpo, seco e expandido, conhecido como ar de purga, sobre o material adsorvente molhado. Para que este processo seja possível, os PSA’s são projetados com dois recipientes, de tal modo que, enquanto um estiver secando o ar comprimido, o outro estará fora do circuito, submetido à regeneração. Embora utilizando os mesmos princípios, há dois tipos de projeto de PSA’s: o de torre dupla e o modular. As diferenças no seu projeto podem afetar substancialmente o seu desempenho e eficiência em termos de custo.
Os PSA’s de torre dupla consistem em um par de recipientes de pressão, e a instalação pode necessitar de extensas modificações nas tubulações e usinas, bem como filtragem na entrada e saída. Eles também requerem um grande volume de dessecante, podendo acarretar a custos operacionais e de manutenção elevados. O método de preenchimento utilizado nos projetos de torre dupla pode levar a inconsistências na secagem, na regeneração dos dessecantes e no ponto de orvalho, enquanto, ao longo do tempo, o atrito do dessecante reduz a capacidade de adsorção do secador, resultando em filtros com saídas bloqueadas e manutenções frequentes. Baseados em recipientes de pressão, eles também estão submetidos aos requisitos das Diretivas para Equipamentos de Pressão (PED) para inspeções e certificações anuais. Embora o seu projeto seja simples, os secadores com dessecantes tradicionais também podem sofrer com perdas do ar de purga de até 25 por cento.
Os PSA’s modulares utilizam um cartucho dessecante substituível, ao invés de recipientes de pressão em uma configuração de câmara dupla sem calor contida dentro de uma carcaça. O ar úmido, vindo do arrefecedor de entrada do compressor, entra no secador e dirige-se a uma câmara. A água e os particulados são removidos pelo estágio de filtragem e a água é retida no interior do secador até que a coluna seja regenerada, quando será então desafogada para a atmosfera à medida que for sendo despressurizada. Chegando no estágio de filtragem, o ar passa através do leito dessecante, onde qualquer umidade remanescente é adsorvida. Por fim, o ar seco passa através de um filtro de partículas, o qual retém quaisquer partículas de dessecante remanescentes que possam ter sido levadas pelo sistema. Ao mesmo tempo, uma pequena quantidade de ar seco é injetada por contrafluxo na segunda câmara e desafogada para a atmosfera, removendo a umidade e regenerando o dessecante. Controles eletrônicos invertem periodicamente a função de cada coluna para assegurar um suprimento contínuo de ar seco.

Desempenho do dessecante
Há diferentes tipos de dessecantes no mercado, e a escolha pode influenciar o desempenho no ponto de orvalho e o atrito. O método usado para preencher o cartucho é igualmente importante. Por sua vez, os métodos de ‘inclinar e despejar’ resultam em um enchimentos com folga e podem impedir a canalização eficiente do ar através do dessecante, impedindo que um pouco do material seja usado para a secagem. Ele também pode contribuir para o atrito do dessecante, resultando em filtros sujos e bloqueados além da perda do ponto de orvalho.
Um método mais eficiente é conhecido como preenchimento semelhante a uma "tempestade de neve". Isto requer o uso de um dispositivo especial para o preenchimento, o qual é otimizado para o diâmetro do cartucho sendo preenchido, e para o diâmetro do leito de dessecante.
O método maximiza a densidade de empacotamento e minimiza a fluidização do leito de dessecante, permitindo que 100 por cento do dessecante disponível seja usado na secagem.

Conclusão
Os secadores de ar por dessecante podem proporcionar uma solução simples nas aplicações onde a qualidade do ar seja um fator crítico. Os projetos variam significativamente, sendo importante assegurar que o secador esteja corretamente dimensionado, baseado no seu fluxo de saída. A manutenção dos silenciadores é crítica para o funcionamento, se estes estiverem sujeitos a uma maior contrapressão.
A baixa pressão aumenta o fluxo volumétrico e reduz o ar de purga, acarretando regeneração incompleta, desempenho reduzido e possíveis falhas. Os secadores modernos que usam o sistema de cartucho de dessecante substituível tipicamente possuem mecanismos de segurança embutidos a fim de impedir o mau uso acidental, proporcionando assim um funcionamento consistente e confiável.

Renato Noal Gerente de engenharia da IMI Precision Engineering no Brasil www.imi-precision.com