Medição Indireta de Nível por Pressão Diferencial

Pessoal, vamos fazer alguns cálculos? Preparem a calculadora....... Porém, vale ressaltar a premente necessidade de conhecer os termos do Vocabulário Internacional de Metrologia do INMETRO e a Norma Internacional ISA 5.1, pois são os documentos que sanarão quaisquer dúvidas sobre termos e símbolos utilizados neste artigo. Vale a pena ler e conhecer estes documentos. 

Medimos nível para sabermos a altura do conteúdo de um reservatório. Este conteúdo pode ser sólido ou líquido. Trata-se, portanto, de uma das principais variáveis utilizadas em controle de processos contínuos, pois por meio desta medição torna-se possível avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamento, realizar o balanço de materiais de processos contínuos onde existam volumes líquidos ou sólidos de acumulação temporária, reações, mistura, entre outros, e realizar a segurança e o controle de alguns processos os quais o nível do produto não pode ultrapassar determinados limites. A medição de nível pode ser por régua ou gabarito, visores de nível ou flutuador acoplado à uma régua. Estes métodos são para medição direta de nível (Figuras 1 e 2). 

Fig. 1: Medição Direta - Régua ou Gabarito

Fig. 2: Medição Direta - Visor de Nível

Na impossibilidade de se utilizar este método, devemos usar a medição indireta de nível. Aí, temos uma gama de métodos: por pressão diferencial, por empuxo, por radar, por ultrassom, por eletrodos. Focaremos aqui, a medição de nível por pressão diferencial.

A pressão hidrostática de um ponto imerso em um líquido depende do peso específico e da altura em relação à referência em que se deseja saber o valor da pressão. Esta relação entre peso específico e altura foi escrita no teorema de Stevin, que postulou que o produto entre estas duas grandezas seria a pressão exercida pela coluna líquida no ponto em questão. Veja a figura 3.

Fig. 3: Teorema de Stevin - Pressão Hidrostática no ponto A

Como o reservatório é aberto para a atmosfera, podemos considerar a parcela da pressão atmosfera, adicionando-a ao valor da pressão no ponto A. Neste caso, a pressão calculada chama-se pressão absoluta, uma vez que somamos a pressão atmosfera à pressão hidrostática. No entanto, se quisemos saber apenas a pressão no ponto A devido à coluna do líquido, percebemos que esta pressão hidrostática é diretamente proporcional à altura, considerando-se a temperatura constante, uma vez que esta influencia no valor do peso específico. Assim, uma variação na altura (h) provoca uma variação proporcional na pressão (p). Com o auxílio de um transmissor de pressão diferencial, podemos calcular o nível de qualquer reservatório desde que seja possível sabermos o peso específico do líquido e a pressão estática no transmissor.

Vejamos a Figura 4 que é uma parte de um fluxograma de processo e de instrumentação, também chamado de PI&D. 

Fig. 4: Medição Indireta de Nível por Pressão Diferencial

Vemos um reservatório ou tanque que contém um líquido com determinado peso específico. Para medição de nível, utiliza-se um transmissor indicador de nível (LIT) que é um transmissor de pressão diferencial, montado no campo. Este possui, além do circuito eletrônico, um sensor capacitivo que fica em contato diretamente com o líquido do processo, com dois lados, chamados de câmara de alta (H) e de câmara de baixa (L). A variação de pressão se dá pela subtração das pressões da câmara de alta e da câmara de baixa (H - L). O transmissor faz a conversão do valor de pressão em corrente contínua, variando de 4 a 20 mA. Assim, quando o nível do reservatório for 0% (vazio), o transmissor envia um sinal de 4 mA ao restante da malha de processo, e quando o reservatório estiver cheio (nível em 100%), o transmissor envia um sinal de 20 mA. Na saída do LIT, temos um instrumento (LY) que converte o sinal de corrente elétrica (4 a 20 mA) em sinal de rede de computação (software), localizando em um controlador lógico programável (CLP), instalado em um painel auxiliar que não está na sala de controle. Este sinal de rede, entra em duas chaves de nível, localizadas no mesmo painel auxiliar do LY, que são acionadas quando o nível do reservatório atingir valores setados. A LSL é uma chave de nível baixo e a LSH é uma chave de nível alto. Neste caso, elas estão ajustadas para atuar com 10% para nível baixo e com 90% para nível alto. Estas chaves enviam informação, via rede, para dois alarmes (visuais e sonoros), que estão no sistema supervisório em uma sala de controle do processo. LAL é o alarme de nível baixo e o LAH é o alarme de nível alto. Também na sala de controle, no sistema supervisório, encontra-se um indicador de nível (LI). Neste instrumento, é possível visualizarmos remotamente o valor instantâneo do nível dentro do reservatório, em percentual (%).

Posto isso, vamos calcular a faixa nominal (FN) do transmissor indicador de nível (LIT). A faixa nominal de um instrumento é a faixa que compreende o valor inicial e o valor final da variável de processo (mensurando) a qual o instrumento está submetido. A amplitude da faixa nominal é a diferença entre o valor final e o valor inicial da faixa nominal. Vejamos os cálculos a seguir.

Eq. 1: Determinação da variação de pressão em função do nível

Eq. 2: Cálculo da faixa nominal do LIT

Eq. 3: Cálculo da altura do tanque

Eq. 4: Cálculo do valor do alarme de nível baixo em metros e em mA

Eq. 5: Cálculo do valor do alarme de nível alto em metros e em mA

Agora, houve uma solicitação para mudar a instalação do LIT. Por questões ergonômicas, o LIT ficará 1 m abaixo do tanque, conforme mostrado na Fig. 5.

Fig. 5: LIT locado abaixo do tanque

Além do desenho, o que mais muda? A altura do tanque muda? A faixa nominal do LIT muda? A indicação do LI muda? Os valores dos alarmes mudam?

E aí? O que muda?

Vamos ver. De primeira, podemos ver que a altura do tanque é a mesma, ou seja, o processo não mudou. No entanto, de acordo com o teorema de Stevin, tem líquido e tem altura, tem pressão. Assim, como o transmissor foi deslocado 1 metro abaixo do tanque, surge uma nova pressão que contribui na medição e, por conseguinte, altera o valor da faixa nominal do transmissor indicador de nível (LIT). 

Eq. 6: Determinação da variação de pressão da Fig. 5

Eq. 7: Cálculo da nova faixa nominal do LIT da Fig. 5

Eq. 8: Cálculo da altura do tanque da Fig. 5

Sem surpresa, o valor calculado da altura do tanque na Eq. 8 é igual ao valor calculado na Eq. 3, porque o tanque, o processo não mudou. A faixa nominal do LIT mudou porque a nova altura (1 m) vezes o peso específico (0,8 kgf/m³) contribuem para o surgimento de uma nova pressão (0,8 kgf/m²) que foi acrescida à pressão hidrostática do tanque. Daí, a nova faixa nominal do LIT é de 0,8 a 4,8 kgf/m². Quando o nível do tanque for 0%, há uma pressão de 0,8 kgf/m² na câmara de alta (H) do LIT. É preciso ajustar a saída do transmissor para 4 mA. Quando o nível do tanque for 100%, há uma pressão de 4,8 kgf/m² (4 kgf/m² no tanque mais 0,8 kgf/m² proveniente da coluna formada pela altura h1) na câmara de alta (H) do LIT. Então, é preciso ajustar a saída do transmissor para 20 mA. Como os novos ajustes, o transmissor indicador de nível enviará 4 a 20 mA para os outros instrumentos não sendo necessário alterar quaisquer ajustes nestes.

E se o tanque for fechado? Como serão os cálculos? Vamos estudar agora. Vejam a Fig. 6.

Fig. 6: Medição Indireta de Nível por pressão diferencial - Perna Seca

Percebam as mudanças. O Tanque mudou. Agora tem 4 metros de altura, é fechado e está pressurizado com 1,5 kgf/cm². Em função de o tanque ser fechado e pressurizado, a câmara de baixa (L) do LIT precisa ter esta pressão de referência e por isso, a mesma foi interligada na parte superior do tanque. Um detalhe importante, neste tipo de medição, não há líquido na tomada de impulso da câmara de baixa (L) do transmissor. Daí o nome PERNA SECA no desenho. Portanto, é preciso garantir que o líquido do processo não entre na câmara de baixa (L) do LIT.

Não haverá mudança alguma das equações desta malha em relação às equações da malha da Fig. 5, exceto pelos novos dados do processo. Vamos ver agora. 

Eq. 9: Determinação da variação de pressão da Fig. 6

Eq. 10: Cálculo da nova faixa nominal do LIT da Fig. 6

Eq. 11: Cálculo da altura do tanque da Fig. 6

Novamente a faixa nominal do LIT foi ajustada para atender às especificidades do processo. Com isso, quando o nível do tanque for 0%, há uma pressão de 0,8 kgf/m² na câmara de alta (H) do LIT. O transmissor já está ajustado para uma saída de 4 mA. Porém, quando o nível do tanque for 100%, há uma pressão de 4,0 kgf/m² (3,2 kgf/m² no tanque mais 0,8 kgf/m² proveniente da coluna formada pela altura h1) na câmara de alta (H) do LIT. Então, é preciso fazer novo ajuste na saída do transmissor para 20 mA. Com os novos ajustes, o transmissor indicador de nível enviará 4 a 20 mA para os outros instrumentos não sendo necessário alterar qualquer ajuste nestes. Os alarmes de nível baixo e de nível alto atuarão quando o nível atingir 0,4 m e 3,6 m, respectivamente, sendo os valores, respectivos, de saída do transmissor indicador de nível 5,6 mA e 18,4 mA.

E o que acontece se tiver líquido na câmara de baixa (L) do transmissor quando o tanque for fechado e pressurizado? Olhem a Fig. 7.

Fig. 7: Medição Indireta de Nível por pressão diferencial - Perna Molhada

Nesta última malha, novas mudanças. O peso específico mudou e há um líquido na câmara de baixa (L) do LIT, com peso específico diferente. Quando há líquido na tomada de impulso da câmara de baixa (L) do transmissor indicador de nível chamamos de PERNA MOLHADA.

Como ficarão os cálculos agora? Vamos ver.

Eq. 12: Determinação da variação de pressão da Fig. 7

Eq. 13: Cálculo da nova faixa nominal do LIT da Fig. 7

Eq. 14: Cálculo da altura do tanque da Fig. 7

Finalizando nosso estudo, novamente a faixa nominal do LIT foi ajustada para atender às mudanças do processo. E os valores da faixa nominal ficaram negativos!!!!!!?????

Não se preocupem. Os valores negativos nos informam que a pressão na câmara de baixa (L) é sempre maior do que a pressão na câmara de alta (H) do LIT em toda variação de nível do processo. Com isso, quando o nível do tanque for 0%, há uma pressão de 0,7 kgf/m² na câmara de alta (H) do LIT, enquanto a pressão na câmara de baixa (L) será de 5 kgf/m², que aliás, será fixa sempre, neste caso. O valor do diferencial de pressão será de 4,3 kgf/m² negativos e o transmissor precisa ser ajustado para uma saída de 4 mA. Já quando o nível do tanque for 100%, há uma pressão de 3,5 kgf/m² na câmara de alta (H) do LIT, enquanto na câmara de baixa (L) permanece a pressão de 5 kgf/m², gerando um diferencial de 1,5 kgf/m² negativos. Então, é preciso, novamente, fazer um ajuste na saída do transmissor para 20 mA. Com os novos ajustes, o transmissor indicador de nível enviará 4 a 20 mA para os outros instrumentos, não sendo necessário alterar qualquer ajuste nestes.

É isso. Espero que tenham gostado de mais este artigo. Tudo de bom a todos.

Dispositivo Limitador de Corrente de Curto-Circuito - Pirotécnico

Olá pessoal, tudo bem? Iniciando mais um ano com a esperança de dias com paz, amor, harmonia e muita saúde para todos nós.

No primeiro artigo de 2018, vou escrever sobre um dispositivo de proteção de circuitos elétricos: o IS Limiter (para quem gosta de inglês) ou, simplesmente, o Limitador de Corrente de Curto-Circuito. Antes de escrever sobre o assunto propriamente dito, é preciso reforçar que não devemos bobear com eletricidade. A tensão elétrica pode estar presente em fios e em circuitos, e precisamos ter a certeza de que os mesmos estejam desenergizados antes de qualquer tipo de intervenção. Além disso, devemos praticar a NR-10 (Segurança em Instalações e Serviços em Eletricidade). A corrente elétrica, ao atravessar o corpo humano e a depender de sua intensidade, pode ser fatal. Portanto, devemos tomar cuidado.

Sigamos em frente........

A área de Eletricidade tem vivido momentos de grandes mudanças, de uma maneira genérica, tanto aqui no Brasil como no mundo. Trata-se de processos de reestruturação, de modo a tornar as empresas mais competitivas e mais modernas. Empresas de geração, de transmissão e de distribuição de energia elétrica buscam criar novos modelos que gerem mais confiabilidade operacional de seus sistemas. Até mesmo as empresas de comercialização de energia elétrica voltam seus esforços para este fim. Desta forma, é possível verificarmos que está em prática um modelo chamado de desverticalização. 

O que significa desverticalização? É a separação ou desconexão dos segmentos de geração, transmissão, distribuição e comercialização de energia elétrica. Os segmentos de geração e comercialização possuem livre competição, enquanto os segmentos de transmissão e distribuição possuem uma regulação técnica e econômica regida pela Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) aqui no Brasil. E este processo de reestruturação trouxe um grande desafio para as operadoras do sistema elétrico. Com o leilão das linhas de transmissão, novas fontes, por exemplo termoelétricas, se instalam na rede elétrica existente, aumentando os níveis de corrente de curto-circuito, podendo atingir valores que o próprio sistema elétrico não possa suportar.

Quem aparece para ajudar na solução do problema? Quem? Quem?

Sim, eles. Os Dispositivos Limitadores de Corrente de Curto-Circuito (DLCC). Os DLCCs têm como objetivo a limitação das correntes de curto-circuito, em tempos extremamente rápidos. Um detalhe importante: esta proteção refere-se aos valores das correntes de curto-circuito SUPERIORES às características nominais dos sistemas elétricos os quais o DLCC esteja instalado. Correntes de curto-circuito abaixo destes valores, cabem aos disjuntores a função de desligar o sistema elétrico. Uma grande vantagem destes dispositivos está no fato de limitar, e muito, a corrente de curto-circuito que poderia danificar todo sistema elétrico. Os DLCCs mais comercializados são os de Reator com núcleo de ar, os pirotécnicos e os baseados em conversores de fornte de corrente. Os dispositivos baseados em supercondutores e em chaves eletrônicas estão em fase de estudos e desenvolvimento. Uma outra solução para o problema é a recapacitação ou substituição dos equipamentos obsoletos, tecnologicamente falando. Esta segunda opção, gera um efeito indesejável que é a inoperância de sistemas por um longo tempo, até a substituição dos equipamentos em questão.

Ao escolhermos estes dispositivos, devemos considerar as seguintes características:

• Baixo custo;
• Alta confiabilidade no funcionamento por longos períodos;
• Manutenção reduzida;
• Baixa impedância para as correntes de carga (em condições normais de operação) e alta impedância para correntes de curto-circuito;
• Rápida velocidade de resposta do regime normal para o regime limitador; e
• Dimensões reduzidas, o que facilita e instalação em sistemas elétricos existentes.

Vou abordar o dispositivo limitador pirotécnico que foi utilizado pela primeira vez nos anos 50, mas somente nos anos 90, as indústrias brasileiras passaram a adotá-lo. É um dispositivo capaz de interromper a passagem de corrente elétrica, corrente de curto-circuito elevada, em tempos extremamente rápidos, algo em torno de um quarto de ciclo de uma forma de onda senoidal. Esta rápida atuação pode evitar que sistemas elétricos sejam danificados para corrente de curto-circuito elevada. Elementos de proteção com atuação mecânica, como disjuntores, não são capazes de interromper a passagem de correntes elétricas tão elevados em tempos tão curtos. É composto por um cilindro isolante que contém um condutor principal e uma carga explosiva. Este cilindro é disposto em paralelo com um fusível (Figura 1).

Fig. 1: Esquema de um DLCC Pirotécnico típico
Fonte: o autor 

Como ele funciona?

Em condições normais de operação, a corrente do circuito atravessará o condutor principal que está dentro do cilindro isolante. Neste condutor, há um estrangulamento no qual encontra-se a carga explosiva. A quantidade de estrangulamentos dependerá da quantidade de cargas explosivas que o fabricante dispõe. Em condições de anormalidade, a carga explosiva é acionada por sensores, localizados no próprio condutor principal (barra), alimentandos por um transformador de corrente (TC), quando a corrente aumenta bruscamente em função de um curto-circuito. A corrente é, então, desviada para a câmara em paralelo que contém um elemento fusível capaz de atuar e interromper correntes de curto-circuito com valores de até 210 kA (depende do fabricante do dispositivo), extinguindo esta corrente em menos de um quarto de ciclo. Uma vez ocorrido os fatos relatados, somente haverá passagem de corrente elétrica no circuito após a substituição do DLCC.

Vamos ver a explicação do funcionamento de forma esquemática? É mais fácil de aprender. Vou simular uma condição de falha no sistema elétrico com um curto-circuito. As figuras a seguir (todas tem como fonte o autor), demonstram os instantes antecedentes à atuação do DLLC. Vejam a seguir.

Na Fig. 2, o sistema elétrico está operando normalmente. A corrente de entrada do limitador está dentro dos parâmetros aceitáveis. Assim, a corrente circula pelo condutor principal, representado por uma chave de abertura rápida, e não pelo fusível. O transformador de corrente monitora a corrente de entrada, a fim de sentir variações abruptas repentinas, oriundas de curto-circuito e o elemento explosivo está intacto.

 Na Fig. 3, ocorreu um curto-circuito, percebido pelo transformador de corrente (TC). Desta forma, um pulso de disparo é enviado ao elemento explosivo. A corrente na saída do DLLC começa a aumentar.

A Fig. 4 mostra o início da ignição do elemento explosivo, após o envio do pulso de disparo enviado pelo TC. Como o elemento explosivo é sólido, uma vez iniciada a ignição, não há como voltar.

 

A Fig. 5 mostra o momento em que há o rompimento do condutor principal, uma vez que o elemento explosivo está em atuação. Neste instante, surge um arco voltaico dentro da câmara isolante e a corrente é desviada para a câmara em paralelo que contém o fusível. A corrente de saída do DLCC atinge o valor máximo de proteção que é muito menor do que o valor que poderia atingir sem este dispositivo de proteção. 

Na Fig. 6, o elemento explosivo encontra-se totalmente atuado, o condutor principal rompido e o fusível em processo de fusão, a fim de proteger o sistema elétrico.

Encerrando-se o processo de proteção do sistema, em torno de um quarto de ciclo, muito rápido, a Fig. 7 mostra o fusível aberto (rompido), cessando a passagem da corrente elétrica pelo circuito. Este circuito voltará a operação quando um novo DLCC for instalado, em substituição ao dispositivo do simulado. 

Apenas para exemplificar com números, suponha que um disjuntor de 52 kA foi instalado em um circuito que tem o DLCC em estudo. Em havendo um curto-circuito, sem o dispositivo limitador, a corrente poderia atingir o valor de 120 kA, bem acima da capacidade do disjuntor, enquanto que, com o dispositivo pirotécnico instalado, esta corrente de curto-circuito poderia atingir 36 kA antes da atuação do dispositivo limitador. Este valor é inferior ao valor da corrente do disjuntor e muito inferior ao valor da corrente sem o DLCC.

Não devemos esquecer que este DLCC não elimina a necessidade de dispositivos convencionais de manobra dos circuitos elétricos, tais como chaves seccionadoras, disjuntores, entre outros. O DLCC somente será acionado em caso de o sistema elétrico correr o risco de se danificar em função de correntes muito superiores às correntes dos disjuntores, por exemplo. Como já escrevi, para correntes pequenas de curto-circuito, os disjuntores exercem sua função de interrupção das mesmas.

Para finalizar, quero deixar um alerta. As correntes aqui tratadas neste artigo, são na casa de 10³ A (kA). Correntes elevadíssimas! Lembra-se do disjuntor principal instalado na sua residência? É de 35 A ou 40 A? Aqui tratamos de correntes com valor mil vezes maior. Como escrevi no início deste artigo, não devemos bobear com eletricidade.

Tudo de bom e até o próximo artigo no Blog.

Gerador de Nitrogênio - Separação por Membranas

Muito provável que esta seja minha última publicação deste ano no Blog. Então, vou aproveitar para explicar como funciona um Gerador de Nitrogênio que utiliza membranas de fibra ocas. 

Membranas, em uma visão genérica, são barreiras finas que permitem passagem preferencial de determinadas substâncias, líquidas ou gasosas, e são utilizadas em processos de separação visando o fracionamento dos componentes de uma mistura, em função de suas diferentes taxas de permeação. Permear significa atravessar. No entanto, o desempenho do conjunto para separação gasosa por membrana não depende apenas da permeabilidade e da seletividade da membrana, mas também da sua estrutura.

Vejam a figura 1 a seguir. Nela, é possível visualizarmos o que ocorre no interior de uma membrana de fibra oca e como ocorre a separação dos gases.

Fig. 1: Fluxo de gases dentro de uma Membrana de Fibra oca
Fonte: o Autor

Em muitas aplicações industriais e até em aplicações analíticas, o uso de um Gerador de Nitrogênio apresenta algumas vantagens quando comparado ao recebimento de gás nitrogênio em cilindros. Posso citar:

1) Fornecimento contínuo de nitrogênio: um sistema gerador pode produzir nitrogênio, sob condições que a aplicação exigir, com elevado nível de pureza, que varia entre 95,00% e 99,99%.

2) Segurança operacional: elimina-se o risco do manuseio de cilindros de alta pressão.

3) Menor desperdício: o sistema gerador produz nitrogênio sob demanda, de acordo com a pressão e vazão exigidas para a aplicação, reduzindo muito o desperdício de gás.

4) Baixo custo: um gerador de nitrogênio consome bem menos energia para fornecer o volume de 1,00 m³ de nitrogênio se comparado ao custo do nitrogênio adquirido. Associa-se a isto, o menor gasto administrativo e de logística.

5) Confiabilidade no fornecimento de nitrogênio: também se elimina a dependência do serviço de fornecedores externos, evitando-se atrasos na entrega, contratos de longo prazo e aumentos de preço.

Além disso, é de suma importância considerar também os benefícios relacionados ao meio ambiente e ao ambiente industrial em comparação com outro processo de separação: a destilação ou liquefação fracionada. Este é um processo que tem um consumo energético intenso e que separa gases em uma mistura homogênea. Seu funcionamento é assim: primeiramente resfriam-se os gases até eles atingirem seu estado líquido para em seguida passarem pelo processo de destilação fracionada, no qual os mesmos voltam a ser gases, de acordo com os seus respectivos pontos de evaporação, assim conseguindo fazer a separação. Por exemplo, este processo é utilizado para separar nitrogênio e oxigênio do ar atmosférico. Assim, após a liquefação do ar, a uma temperatura de – 200°C, a mistura líquida é submetida a destilação fracionada e o primeiro componente que temos é o nitrogênio pelo fato do seu ponto de evaporação ser menor do que o oxigênio (-193°C contra -183°C do oxigênio). O sistema com membranas de fibra oca usa uma quantidade significativamente menor de energia para a geração de nitrogênio. 

Em muitas situações o uso do gerador de nitrogênio com membrana de fibra oca é a solução mais conveniente, mais econômica e mais confiável para o fornecimento contínuo de nitrogênio puro, além de apresentar maior eficiência energética e contribuir para a preservação do meio ambiente, como já citei anteriormente.

Na figura 2, vemos uma ilustração de um banco de membranas de fibra oca. Este é constituído por um feixe de membranas poliméricas na forma de cilindros finos e fixados nas extremidades por placas e distribuídos no interior de um casco tubular de modo, muito semelhante a um trocador de calor casco-tubo. Neste caso, a alimentação (ar atmosférico) do banco de membranas é introduzida no interior das fibras, sendo os gases permeados recolhidos no lado do casco e o nitrogênio puro é recolhido na saída do banco.

Fig. 2: Banco de Membranas
Fonte: o Autor

Então vamos estudar um processo típico de geração de nitrogênio, que será separado do ar atmosférico pelas membranas de fibra oca. Vejam o diagrama de blocos (figura 3) a seguir.

Fig. 3: Diagrama de Blocos de um Gerador de Nitrogênio típico
Fonte: o Autor

O ar atmosférico, com pressão de 1 atm (101,5 kPa) é captado pelo compressor, tipo parafuso. Este ar comprimido passa pelo primeiro sistema de filtragem: filtro coalescente, cuja função é a remoção de partículas submicrônicas de impurezas, como óleo e vapor de água do ar comprimido, garantindo a qualidade deste ar. Os filtros convencionais removem apenas partículas de 2 mícrons. No entanto, 80% dos contaminantes em suspensão são inferiores a este valor em tamanho. O ar comprimido, então, é direcionado até o sistema de secagem composto por duas torres de secagem por adsorção – em condição normal, uma torre seca o ar enquanto a outra fica regenerando o elemento adsorvente. O ar comprimido seco atravessa três filtros antes de entrar no sistema de separação do nitrogênio: um filtro coalescente, um filtro de carvão ativado e um filtro de sólidos em suspensão. Os filtros coalescente e de carvão ativado são responsáveis pela retenção de impurezas e de hidrocarbonetos, e associados ao filtro de particulados, que retém sólidos em suspensão, garantem a qualidade do ar antes de entrar nas membranas de separação. Este ar, comprimido, seco e limpo entra nas membranas de separação, que são compostas por fibras ocas de polímero, que permitem, preferencialmente, que o oxigênio e outros gases permeiem, enquanto o nitrogênio continua passando pelo tubo formado pela membrana. A partir daí o nitrogênio passa por um filtro final que contém mídia filtrante de nitrogênio esterilizada e ativada. Após passagem pelas membranas, o nitrogênio tem a sua pureza avaliada por um analisador. Caso a pureza do nitrogênio seja inferior a 96%, este é descartado para a atmosfera. Caso a pureza do nitrogênio esteja dentro da especificação desejada, este será direcionado para um vaso de armazenamento, que tem o objetivo de ser um reservatório pulmão, antes da distribuição para os consumidores. 

Pronto. O nitrogênio com alto teor de pureza será distribuído agora.

É isso. Espero que tenham gostado da explicação. Desejo a todos Boas Festas neste final de 2017. Ano que vem tem mais publicações. Tudo de bom.

Sistema de Refrigeração de Ar - Self Contained

Estudar é muito bom. Conhecimento nunca é demais. Nesta publicação, vou conversar acerca de um sistema de refrigeração de ar conhecido como Self Contained. Diferentemente do sistema conhecido como chiller, no qual a água gelada circula nos locais onde se deseja refrigerar o ar (o ar troca calor com a água gelada em um trocador de calor), no sistema Self Contained o gás refrigerante é que circula no trocador de calor, fazendo a troca térmica com o ar a ser refrigerado. A utilização de cada um dos sistemas citados dependerá da concepção do projeto, levando-se em consideração a carga térmica a ser utilizada.

Para ajudar o entendimento, vejam o desenho a seguir.

Fig. 1: Diagrama Esquemático de um sistema Self Contained típico
Fonte: Do autor

A explicação a seguir tomará como referência apenas um conjunto de refrigeração do ar (compressor, condensador e demais componentes).

Este sistema é alimentado com água do mar (linha verde), uma vez que a temperatura desta água gira em torno de 20°C (depende da região do país e da época do ano). O gás refrigerante exposto nesta explicação é o R407 C que tem as seguintes características:

• Composto de R-32 (Difluorometano), R-125 (Pentafluoroetano) e R-134a (Tetrafluoroetano);
• Tem capacidade de condensar e expandir sem perdas significativas no seu volume;
• Não degrada a camada de ozônio;
• Baixa toxicidade;
• Não é inflamável; e
• Substitui o gás R-22.

Ao darmos partida (iniciar a operação) no sistema, o compressor comprime o gás refrigerante na sua forma gasosa (linha amarela), elevando a pressão de descarga do compressor. Um resistor imerso no óleo do compressor o mantém pré-aquecido, auxiliando a partida do compressor. Este gás, comprimido, é enviado para o condensador, cujo volume é maior do que a câmara do compressor, fazendo o gás refrigerante ocupar todo espaço e, assim, perder temperatura, liquefazendo-se. Por diferença de pressão, o gás refrigerante liquefeito (linha azul) é enviado para o conjunto de evaporação, passando pelo filtro secador para retirar umidade e por válvulas termostáticas de expansão, nas quais inicia-se o processo de expansão do gás liquefeito dentro da serpentina (trocador de calor) do evaporador. O ar, a ser refrigerado, passa pelo lado de fora da serpentina do evaporador, troca calor com o conjunto refrigerado, deixando este ar frio. Como o gás refrigerante ganha calor, o mesmo evapora e, na saída do evaporador, este gás é enviado para a sucção do compressor, iniciando-se um novo ciclo de refrigeração.

Para manter a temperatura do condensador em um valor que seja possível liquefazer o gás refrigerante, é utilizada uma válvula de controle de temperatura, autorregulada, na saída da água do mar do condensador. Quando a temperatura do condensador aumenta, a referida válvula abre para passar mais água do mar para diminuir a temperatura do condensador.  E quando a temperatura do condensador diminui, a válvula controladora de temperatura fecha para passar menos água do mar afim de aumentar a temperatura do condensador.

É preciso também comentar que, dependo da situação, podemos utilizar compressores herméticos (motor e compressor estão no mesmo invólucro e totalmente lacrados), compressores semi-herméticos (motor e compressor estão no mesmo invólucro, mas existe possibilidade de abri-los) e os compressores abertos (motor e compressor estão separados).

Como vocês perceberam, a publicação refere-se ao funcionamento do sistema e, portanto, não mencionei nada sobre instrumentação, intertravamento e comando elétrico porque não foi o objetivo neste momento.

É isso. Espero que gostem da publicação. Tudo de bom e até a próxima.

Lei de Kirchhoff - Método das Malhas - Circuito 2

Osmose e Osmose Inversa

Fiquei curioso ao verificar que é possível dessalinizar a água do mar utilizando o método de osmose inversa, técnica utilizada em plataformas de petróleo com o objetivo de gerar água destilada para utilização no processo industrial.

Vamos conhecer um pouco este processo?👍

Primeiramente, precisamos recordar alguns conceitos. Vamos relembrar um pouco das aulas de química?😏

SOLUÇÃO: É qualquer substância homogênea, ou seja, substância que tem apenas uma fase.

SUBSTÂNCIA HOMOGÊNEA: Substância que tem o soluto e o solvente. De maneira geral, o soluto está em menor quantidade na substância homogênea uma vez que será dissolvido e o solvente está em maior quantidade na substância homogênea já que este é o que dissolve.

SOLUÇÃO HIPOTÔNICA: Sempre comparada ou em contato com outra solução, é aquela que tem MENOR concentração de SOLUTO (sais).

SOLUÇÃO HIPERTÔNICA: Sempre comparada ou em contato com outra solução, é aquela que tem MAIOR concentração de SOLUTO (sais).

SOLUÇÃO ISOTÔNICA: Sempre comparada ou em contato com outra solução, a concentração de SOLUTO (sais) é equivalente.

Observação: Os termos hipotônico e hipertônicos referem-se sempre ao SOLUTO.

Antes de irmos à diante, vamos exemplificar:

Nos seres humanos, os fluidos corporais são os referenciais. Deste modo, ao compararmos a água do mar, ou até ao entrarmos em contato com esta água, podemos dizer que é hipertônica em relação aos fluidos corporais, pois a água do mar tem mais sais. Já a água destilada, em comparação aos fluidos corporais dos seres humanos, é hipotônica. Por fim, aquelas bebidas eletrolíticas, como o Gatorade da Pepsico, são isotônicas em relação aos fluidos corporais dos seres humanos, pois possuem a mesma concentração de sais.

Conseguiram entender? É importante termos estes conceitos na mente para seguirmos em frente. Então, vamos continuar. 

OSMOSE: É a passagem de solvente do meio HIPOTÔNICO para o meio HIPERTÔNICO. É um processo que não gasta energia por ser um transporte passivo do solvente.

Vou repetir:

OSMOSE: É a passagem de solvente do meio HIPOTÔNICO para o meio HIPERTÔNICO. É um processo que não gasta energia por ser um transporte passivo do solvente.

Não esqueçam:

OSMOSE: É a passagem de solvente do meio HIPOTÔNICO para o meio HIPERTÔNICO. É um processo que não gasta energia por ser um transporte passivo do solvente.

Vejam as representações gráficas a seguir. Dois recipientes contendo solução aquosa cada um adicionado soluto. As soluções estão em contato por meio de uma membrana semipermeável (membrana plasmática) que promove passagem seletiva entre as soluções. 

Na situação A, temos uma solução isotônica, pois a concentração de soluto é equivalente nas soluções 1 e 2. Assim, o solvente ficará em repouso, ou seja, não há movimento do mesmo.

Na situação B a seguir, adicionamos mais sais à solução 1, de modo que ela está hipertônica em relação à solução 2.

A solução 2, que é hipotônica em relação à solução 1, tem mais solvente, neste caso a água, para realizar trabalho. Assim, através da membrana semipermeável, a água passará da solução 2 para a solução 1. Vejam a figura a seguir.

Na situação C, vemos que a há a passagem de solvente do meio HIPOTÔNICO para o meio HIPERTÔNICO. Como se chama este processo? Lembram?

Acertou que disse OSMOSE. Muito bom. Parabéns!

Esta passagem do solvente (água) do meio HIPOTÔNICO para o meio HIPERTÔNICO, se dá pela Pressão Osmótica (PO) e é um processo espontâneo, passivo e não gasta energia.

E a Osmose Inversa? Como acontece este processo?

A situação D, a seguir, vai explicar graficamente. Vejamos.

A OSMOSE INVERSA é a passagem do solvente (água) do meio HIPERTÔNICO para o meio HIPOTÔNICO. Isto só é possível se aplicarmos uma pressão maior do que a pressão osmótica (PO) no recipiente da solução 1, utilizando um êmbolo, por exemplo. Podemos observar que não é um processo espontâneo e, por conseguinte, é um processo ativo e que gasta mais energia em relação ao processo de osmose. Por outro lado, na osmose inversa obtemos água pura (destilada), que pode ser utilizada em processos industriais de plataformas de petróleo, uma vez que podemos dessalinizar a água do mar. Por fim, outra aplicação é a utilização desta água destilada no processo para hemodiálise.

É isso. Espero que tenham gostado da explicação.

Tudo de bom a todos. E até a próxima publicação.