Gases comprimidos: Riscos de comprimir misturas de CO2 e H2O
No domínio da engenharia, a compressão de misturas de gases é um processo comum, mas complexo, que requer uma compreensão profunda das propriedades e comportamentos dos gases envolvidos. Hoje, mergulhamos nas especificidades da compressão do dióxido de carbono (CO 2) quando misturado com água (H 2O), um cenário que apresenta desafios e riscos únicos.
A natureza do CO2
OCO 2 é um gás inodoro e invisível que é mais pesado do que o ar ambiente.
À temperatura ambiente (20 ºC) e à pressão (1 bara), existe como um gás, mas o seu comportamento muda quando combinado com a água. Caso aconcentração de H 2 O seja superior a 2,33% vol, a água começará a condensar-se e a formar gotículas líquidas.
A condensação deH 2O gasoso também acontece, por exemplo, quando uma mistura de gás quente e saturado é arrefecida com um intercooler após a compressão.
Quando o líquidoH 2O está presente, a mistura forma ácido carbónico (H 2CO3), que é um equilíbrio entre os iões CO2,H 2O líquido e HCO 3. Este equilíbrio é influenciado pela pressão parcial deCO 2, que determina a quantidade deCO 2 que permanece como um gás ou converte em iões HCO3nos condensados.
Quanto mais iões HCO 3forem dissolvidos, mais ácido se torna o condensado.
Os riscos ácidos envolvidos
O risco primário de compressão de uma mistura deCO 2 eH 2O reside na formação de ácidos. Quando oCO 2 entra em contacto com a água, forma ácido carbónico, que pode ter efeitos corrosivos nos materiais utilizados na câmara de compressão ou em qualquer local onde possa ocorrer condensação.
É por isso que o uso de aço inoxidável na construção de compressores e componentes relacionados é crucial. O aço inoxidável oferece resistência à natureza corrosiva dos ácidos formados durante a compressão e arrefecimento, garantindo a longevidade e confiabilidade da maquinaria.
Aço inoxidável
O aço inoxidável é conhecido pela sua resistência à corrosão, que é principalmente devido à presença decromo. Por definição, os aços inoxidáveis devem ter , no mínimo, 10,5% de teor de crómio em peso. A resistência à corrosão do aço inoxidável pode ser melhorada com a adição de outros elementos de liga, como o níquel, o molibdênio, o nitrogênio e o titânio.
Por exemplo, um tipo comum, aço inoxidável AISI 304L, contém 18,111% de cromo e 8,074% de níquel, oferecendo boa resistência à corrosão e propriedades mecânicas, com uma resistência ao rendimento de 351 N/mm² e resistência à tração de 619 N/mm². Também é conhecido pelo seu baixo teor de carbono, o que ajuda a prevenir a corrosão intergranular após a soldadura.
Estas propriedades tornam o aço inoxidável um material ideal para muitas aplicações, incluindo as das indústrias médica, de processamento de alimentos e de construção, onde a durabilidade e a higiene são fundamentais.
Os riscos líquidos envolvidos
Um segundo, e igualmente importante, risco a considerar ao lidar com misturas de gases que incluemH 2O como parte da mistura, está relacionado com a formação de gotas líquidas antes da compressão. Estas gotículas líquidas são muito menos compressíveis em comparação com um gás. Quando entrariam numa câmara de compressão de um compressor volumétrico, as forças que seriam necessárias para comprimi-las poderiam estar muito além daquilo para o que o compressor de gás foi concebido.
Isto pode resultar em falhas na cambota, danos na haste do pistão ou outras avarias mecânicas.
Para mitigar os riscos associados à compressão deCO 2 húmido – e especialmente deCO 2 saturado, é obrigatório o uso
um separador deentrada .
- Este dispositivo impede que a água líquida entre na câmara de compressão, protegendo cilindros, válvulas e pistões de danos.
- Também garante o funcionamento fiável do compressor de gás em aplicações exigentes.
Os riscos térmicos envolvidos
Outro aspeto a considerar é o calor específico da mistura de gás. O calor específico indica quanta energia é necessária para alterar a temperatura do gás. Comprimir a mesma quantidade de ar ambiente ouCO 2 puro resultará numa temperatura diferente do gás à mesma pressão de saída.
Uma compreensão completa desta propriedade é essencial para afinar o processo de compressão e os requisitos de arrefecimento relacionados para evitar quaisquer riscos associados às variações de temperatura.
Um arrefecedor intermédio e um aftercooler de tamanho adequado fará com que o compressor funcione da forma mais eficiente possível e reduza os custos de funcionamento ao mínimo.
Conclusão
Comprimir misturas deCO 2 eH 2O é uma tarefa que exige respeito pelas propriedades dos gases envolvidos.
Usando os materiais certos, como o aço inoxidável, e incorporando medidas de segurança como separadores de entrada, os engenheiros podem gerir eficazmente os riscos e garantir operações seguras e eficientes.