Gases comprimidos: riscos de compressão de misturas de CO2 e H2O
No campo da engenharia, a compressão de misturas de gases é um processo comum, porém complexo, que requer um profundo entendimento das propriedades e comportamentos dos gases envolvidos. Hoje, nos aprofundamos nas especificidades da compressão de dióxido de carbono (CO2) quando misturado com água (H2o), um cenário que apresenta desafios e riscos únicos.
A natureza do CO2
O CO2 é um gás inodoro e invisível, mais pesado que o ar ambiente.
Em temperatura ambiente (20 °C) e pressão (1 bar(a)), ele existe como gás, mas seu comportamento muda quando combinado com água. Caso a concentração de H2O seja maior que 2,33% vol, a água começará a condensar e formará gotículas líquidas.
A condensação de H2O gasosa também ocorre, por exemplo, quando uma mistura de gás quente e saturado é resfriada com um resfriador intermediário ou posterior após a compressão.
Quando o H2O líquido está presente, a mistura forma ácido carbônico (H2CO3), que é um equilíbrio entre CO2, H2O líquido e íons HCO3. Esse equilíbrio é influenciado pela pressão parcial de CO2, que determina a quantidade de CO2 que permanece como gás ou se converte em íons HCO3 no condensado.
Quanto mais íons HCO3 forem dissolvidos, mais ácidos se torna o condensado.
Os riscos ácidos envolvidos
O principal risco na compressão de uma mistura de CO2 e H2O está na formação de ácidos. Quando o CO2 entra em contato com a água, ele forma ácido carbônico, que pode ter efeitos corrosivos sobre os materiais usados 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 o resfriamento, garantindo a longevidade e a confiabilidade do maquinário.
Aço inoxidável
O aço inoxidável é conhecido por sua resistência à corrosão, que se deve principalmente à presença de cromo. Por definição, os aços inoxidáveis devem ter um teor mínimo de 10,5% de cromo por peso. A resistência à corrosão do aço inoxidável pode ser ainda mais aprimorada com a adição de outros elementos de liga, como níquel, molibdênio, nitrogênio e titânio.
Por exemplo, um tipo comum, o aço inoxidável AISI 304L, contém 18,111% de cromo e 8,074% de níquel, oferecendo boa resistência à corrosão e propriedades mecânicas, com resistência ao escoamento de 351 N/mm² e resistência à tração de 619 N/mm². Ele também é conhecido por seu baixo teor de carbono, que ajuda a evitar a corrosão intergranular após a soldagem.
Essas propriedades fazem do aço inoxidável um material ideal para muitas aplicações, inclusive nos setores médico, de processamento de alimentos e de construção, onde a durabilidade e a higiene são fundamentais.
Os riscos líquidos envolvidos
Um segundo risco, ainda mais importante, a ser considerado ao lidar com misturas de gases que incluem H2O como parte da mistura, está relacionado à formação de gotículas de líquido antes da compressão. Essas gotículas de líquido são muito menos comprimíveis em comparação com um gás. Quando elas entram em uma câmara de compressão de um compressor volumétrico, as forças necessárias para comprimi-las podem estar muito além do que o compressor de gás foi projetado para fazer.
Isso pode resultar em falhas no virabrequim, danos na haste do pistão ou outras avarias mecânicas.
Para mitigar os riscos associados à compressão de CO2 úmido – e especialmente de CO2 saturado, é obrigatório usar
um separador de entrada.
- Esse dispositivo impede que a água líquida entre na câmara de compressão, protegendo os cilindros, as válvulas e os pistões contra danos.
- Ele também garante a operação confiável do compressor de gás em aplicações exigentes.
Os riscos térmicos envolvidos
Outro aspeto a ser considerado é o calor específico da mistura de gases. O calor específico indica quanta energia é necessária para alterar a temperatura do gás. A compressão da mesma quantidade de ar ambiente ou CO2 puro resultará em uma temperatura diferente do gás na mesma pressão de saída.
Uma compreensão completa dessa propriedade é essencial para o ajuste fino do processo de compressão e dos requisitos de resfriamento relacionados para evitar quaisquer riscos associados a variações de temperatura.
Um arrefecedor intermediário e posterior adequadamente dimensionado fará com que o compressor funcione da maneira mais eficiente possível e reduzirá ao mínimo os custos operacionais.
Conclusão
A compressão de misturas de CO2 e H2O é uma tarefa que exige respeito às propriedades dos gases envolvidos.
Usando os materiais certos, como aço inoxidável, e incorporando medidas de segurança como separadores de entrada, os engenheiros podem gerenciar os riscos de forma eficaz e garantir operações seguras e eficientes.