Guia de compressores pequenos de diafragma: vazão, pressão, compatibilidade com gases e limites

Qual compressor pequeno de diafragma você está realmente comprando?

A disposição dos acionamentos determina a família do equipamento. Bombas mecânicas e compressores hidráulicos de diafragma são diferentes. O termo “pequeno” não estabelece um limite universal de pressão nem autorização para operar com determinado gás.

A bomba mecânica de diafragma usa um motor e articulações que movimentam uma membrana de forma oscilatória. À medida que o volume da câmara da membrana muda, as válvulas de entrada e saída controlam a vazão do gás. Em aplicações de vácuo, uma bomba de vácuo de diafragma pode evacuar uma câmara pelo lado da entrada, enquanto uma aplicação de pressão usa o lado da saída. As especificações de pressão positiva não podem ser substituídas por um valor de vácuo final.

Um acionamento hidráulico deforma o diafragma de processo em um compressor hidráulico de diafragma. Essa construção é encontrada em equipamentos industriais de gás de alta pressão e baixa capacidade. Como explica a explicação da Atlas Copco sobre compressores de diafragma, bombas mecânicas e equipamentos hidráulicos podem diferir em construção e aplicação. As diferenças de tamanho não determinam se uma bomba é mecânica ou hidráulica.

Antes de avaliar produtos, é preciso entender a composição do diafragma. Também é preciso saber como ele é acionado, quais gases entram em contato com os cabeçotes e as válvulas e quais condições de operação o fabricante permite. A escolha de equipamentos compactos para movimentação de ar e de skids industriais para gases exige evidências diferentes. A seleção do sistema também requer a análise de outros aspectos, conforme descrito em nosso guia de seleção de compressores de gás de diafragma.

Vazão e pressão: encontre o ponto de operação utilizável

A vazão fornecida deve ser estabelecida nas condições necessárias de sucção e descarga. A armadilha dos 2 pontos extremos consiste em tratar a vazão máxima e a pressão máxima como um único regime de operação garantido. Os valores nominais separados não comprovam esse regime. A relação entre essas grandezas deve ser demonstrada por uma curva da configuração ou por um ensaio de desempenho acordado.

A armadilha dos 2 pontos extremos: analise as condições entre os valores nominais

Por exemplo, a página do produto N86 da KNF informa vazão máxima de 6,5 L/min, pressão máxima de 2,5 bar relativa e vácuo final de 100 mbar absoluto. São valores máximos publicados pelo fabricante e identificados separadamente. A página, por si só, não garante 6,5 L/min a 2,5 bar relativa.

O valor de vácuo é 0,1 bar absoluto, uma conversão de unidade dos 100 mbar absolutos publicados. Isso não significa uma pressão de descarga de 0,1 bar relativa. Manter a referência junto ao número evita confundir um limite de vácuo com um limite de operação sob pressão.

Um compressor pequeno de diafragma consegue fornecer a vazão máxima na pressão máxima?

Não presuma que sim. O guia da KNF para interpretar curvas de bombas explica as condições de vazão livre, a pressão diferencial e as faixas de operação permitidas. Os limites físicos podem ficar fora da faixa indicada para operação permitida. Portanto, também não se justifica chamar todo valor máximo de pressão de “pressão segura com descarga bloqueada”. Solicite a curva real e as instruções da variante oferecida.

Mantenha visível a referência das medições. Bar relativo e bar absoluto usam referências diferentes. Da mesma forma, antes de comparar L/min na entrada com vazão em volume normal, é preciso conhecer as respectivas referências de temperatura e pressão. A pesquisa do NIST sobre medidores de vazão também identifica erros causados por vazão de gás pulsante e que muda rapidamente em aplicações com compressores alternativos. A calibração de um instrumento para vazão constante, por si só, não comprova sua adequação às condições dinâmicas do seu ensaio.

Considere um pedido ilustrativo de 2,0 L/min em uma saída a 2,0 bar relativa, com entrada a 1.000 mbar absolutos e 20°C. Essas quatro condições são requisitos propostos, não uma afirmação sobre o N86. Uma resposta do fornecedor que informe apenas “vazão máxima de 6,5 L/min” não esclarece a vazão fornecida sob carga. Uma resposta que informe apenas “pressão máxima de 2,5 bar” não esclarece nem a vazão fornecida nem o regime de operação permitido. Peça ao fornecedor que marque o ponto solicitado na curva da configuração ou explique quais evidências de ensaio são necessárias para comprová-lo.

Há outro limite quando a condição de entrada muda. Uma curva obtida com uma única condição de entrada não define o processo inteiro. Quais são as condições mínimas e máximas de entrada? Em que ponto a vazão deve ser fornecida? O valor de vazão representa o volume real na entrada? Essas respostas permitem avaliar diferentes propostas. Uma equação sem as evidências de entrada necessárias não estabelece os dados de desempenho do processo que estão faltando.

Compatibilidade com o gás: verifique todo o caminho percorrido pelo gás

Para avaliar a compatibilidade com o gás, todo o conjunto em contato com o gás deve ser analisado nas condições reais de operação. A avaliação completa deve incluir diafragma, vedações, cabeçote, válvulas, tubulação, mangueira, conexões e acessórios instalados. Informar o material do diafragma não aprova o conjunto completo, o gás nem a pressão e a temperatura de operação.

Em relação ao N86, a KNF menciona alternativas aos materiais padrão. A KNF lista opções de materiais para o N86, incluindo cabeçotes de PPS, válvulas de FPM ou FFPM e diafragmas de EPDM ou revestidos com PTFE. Essas opções estão disponíveis na família de produtos, mas não constituem uma tabela universal de compatibilidade. É necessário avaliar a combinação válida e o número de peça. A composição e a concentração do meio, assim como a umidade e as partículas, devem ser consideradas na análise para serviço com gás; as condições de operação também devem ser fornecidas para a análise da aplicação pelo fabricante.

Separe os requisitos de resistência química dos requisitos de contenção e de serviço com gás. Mesmo quando a análise do material em questão parece simples, os requisitos de contenção e de serviço com gás ainda precisam ser avaliados. Para hidrogênio, solicite uma análise específica da configuração oferecida e do ambiente de operação para confirmar os requisitos de vazamento e as interfaces com o sistema elétrico. Em seguida, avalie o manuseio industrial de gases pela rota adequada para aplicações com compressores de hidrogênio.

A avaliação para oxigênio vai além de uma lista de materiais. A orientação da NASA para avaliar a compatibilidade com oxigênio considera a geometria dos componentes, os mecanismos de ignição e as condições de operação mais desfavoráveis, incluindo pressão, temperatura, vazão e contaminação. Os registros de limpeza, por si sós, não comprovam que esses riscos foram avaliados para o conjunto oferecido.

Ao documentar a avaliação, o responsável deve registrar o gás aprovado, os materiais exatos da barreira de contenção do gás, os limites de operação com gás, as exclusões, as preocupações e quem fez a análise. Se o fabricante não conseguir descrever os itens oferecidos que compõem a barreira de contenção do gás com o nível de detalhe necessário para a avaliação, registre a aprovação para serviço com gás como pendente.

Gás limpo e vazamentos: defina o que significa ser isento de óleo

Uma construção isenta de óleo não garante um nível de pureza especificado nem comprova a contenção do gás; defina separadamente os requisitos de qualidade do fluido de processo e as evidências de contenção do gás.

A especificação deve responder a três perguntas: o que pode entrar em contato com o gás de processo, qual nível de contaminação a aplicação permite e como será demonstrada a estanqueidade do gás? Para um analisador, o requisito de ar limpo é diferente do requisito para um gás de processo de alta pureza. Filtros, conexões e equipamentos também devem ser considerados, mesmo que a câmara de gás de processo não precise de lubrificação a óleo.

Uma bomba miniatura isenta de óleo pode comprimir hidrogênio ou oxigênio?

A construção isenta de óleo e um diafragma revestido com PTFE não confirmam a autorização para operação com H2 ou O2. Solicite os limites de operação específicos para o gás e uma avaliação completa da aplicação. O site da Associação Europeia de Gases Industriais tem uma página dedicada à segurança do O2, incluindo riscos de incêndio, e apresenta orientações sobre limpeza e tubulação para serviço com oxigênio. Essa página não avalia nem certifica uma bomba específica.

Comprador e fornecedor devem acordar os requisitos dos registros de limpeza e do método de ensaio para demonstrar uma vedação estanque. No caso em questão, o projetista deve indicar os requisitos adequados para o gás processado e para o conjunto. Não há um limite universal de taxa de vazamento nem uma garantia justificada de pureza e limpeza do gás processado por toda unidade pequena. Para um componente limpo para serviço com oxigênio, ainda é necessário confirmar as condições de operação previstas para esse gás.

Ciclo de operação, calor e vida útil

Para o equipamento em questão e as condições de operação especificadas, é necessário confirmar a operação contínua permitida e justificar a vida útil. Um recurso que reduz a manutenção do equipamento não justifica operação ininterrupta nem uma garantia de vida útil. É necessário fornecer um plano de peças de reposição específico para a aplicação.

Informe as condições de operação previstas, incluindo o tempo de ciclo do processo, a frequência, a temperatura de entrada, as condições ambientais e o sistema de resfriamento. Especifique a alimentação do motor (tensão, CA ou CC e frequência da alimentação) e o controle de velocidade permitido. Se a instalação usar alimentação de 60 Hz, essa frequência deve constar explicitamente na proposta. Ela não deve ser presumida com base em outras versões de catálogo.

O guia de curvas da KNF mostra que, em determinados modelos, uma parte da faixa de pressão nominal pode não estar disponível para operação contínua. O exemplo se refere a outra bomba e não informa nenhuma porcentagem de operação contínua para o N86. Portanto, para agir com segurança, é melhor solicitar informações específicas ao fabricante em vez de interpretar o exemplo pelo pior cenário.

Para avaliar uma vida útil prometida, pergunte o que foi ensaiado, com quais condições de gás e temperatura e quais mecanismos de falha foram medidos. A orientação do NIST sobre métodos de confiabilidade explica que extrapolações a partir de ensaios de alta tensão dependem de modelos adequados de aceleração e distribuição da vida útil. A duração de um ensaio, por si só, não corresponde à vida útil do seu diafragma, da válvula ou da unidade completa.

A compra também exige os números de identificação do diafragma e dos kits de válvulas, o acesso para substituição, as opções de estoque e as exclusões da garantia. Pergunte onde o fornecedor mediu o consumo de potência, o ruído e a vibração. “Silencioso” e “confiável” tornam-se requisitos úteis quando são definidos. Solicite ao fornecedor um acordo baseado em condições e evidências especificadas. Uma instalação industrial também exige planejamento específico para a família do equipamento; considere as verificações do caminho do gás durante a manutenção de compressores de hidrogênio, por exemplo, para a família de equipamentos aplicável.

O plano de peças de reposição deve abranger o conjunto completo do equipamento. Considere se as peças de reposição alteram os materiais em contato com o gás dentro do escopo de fornecimento do fabricante da bomba. Quem executa cada tarefa de manutenção e qual procedimento definido o fabricante ou fornecedor da bomba exige? Como serão mantidos os registros de contenção e limpeza? Isso é especialmente importante quando um item padrão de catálogo é adaptado para determinado serviço.

Quando escolher uma unidade miniatura de diafragma, de pistão ou hidráulica

Escolha a construção do sistema depois de confirmar o serviço com gás e o regime de compressão necessário. Para uma aplicação aprovada de baixa capacidade, uma bomba miniatura de diafragma pode ser adequada; para outro sistema, pode ser mais adequada uma unidade hidráulica ou de pistão. Uma baixa vazão volumétrica, por si só, não determina os limites de pressão nem a construção do sistema.

Um contraexemplo útil é a configuração para xenônio da PDC Machines PDC-3-1000-2500(50). A PDC informa 12 Nm³/h, pressão de descarga de 3.000 psig/207 barg e motor de 5 hp/3.7 kW, com conexões VCR, tubulação de processo limpa para serviço com oxigênio e resfriamento a água em circuito fechado. Esse é um caso de xenônio informado por um fornecedor, não uma curva ensaiada de forma independente nem uma definição de equipamento miniatura.

A comparação destaca o limite de compra para unidades de baixa capacidade diante de pressupostos sobre pressão industrial, mostrando que baixa vazão também pode coexistir com alta pressão. Os acessórios e as qualificações desse caso da PDC não comprovam as mesmas características para a Pangeng, um compressor de ar de diafragma vendido no varejo ou outro gás. Para mais detalhes sobre construções de compressores e uma comparação ampla, consulte a seleção de compressores de diafragma e alternativos.

O que enviar antes de solicitar uma cotação

Os requisitos de operação devem vincular a configuração oferecida ao entregável de aceitação. A engenharia define o gás e a faixa de operação, enquanto a área de compras coordena a proposta. A área de compras controla o escopo comercial. As equipes de operação e qualidade asseguram as evidências de instalação e aceitação ao longo do processo. Use a planilha de cotação e aceitação como ferramenta de compra para evitar que uma proposta incompleta seja apresentada como um sistema completo.

O exemplo é ilustrativo. Foi especificado ar seco, mas isso não deve ser interpretado como desempenho medido nem como garantia de desempenho do fornecedor. Não se deve presumir nenhum desempenho do N86.

Como verificar a capacidade de um fornecedor para compressores pequenos?

Solicite evidências vinculadas ao número de peça oferecido: materiais, potência nominal do motor, curva de desempenho, gás permitido, manual e procedimento de aceitação proposto. Verifique se a cotação e os documentos de apoio descrevem a mesma configuração. Uma curva da família de produtos ou o registro de operação de outro cliente deixa diferenças a resolver. Separe a capacidade de fabricação do produto de uma garantia específica de operação. A certificação deve identificar seu titular, escopo e relevância; uma patente deve identificar seu titular e a tecnologia. Por exemplo, o registro público da patente da Wanner sobre ruptura de diafragma trata de uma bomba hidráulica para líquidos e não comprova que outro fornecedor seja titular ou forneça esse recurso. Pergunte quem é responsável pela análise do serviço com gás oferecido e quais registros serão entregues na aceitação. Assim, a área de compras terá dados concretos para comparar propostas, sem tratar a capacidade geral anunciada como um regime de operação comprovado para uma unidade pequena.

Anúncios de varejo de componentes Gast ou Thomas podem ajudar a identificar uma família, mas a proposta exata ainda precisa de documentação própria. O perfil da empresa não a substitui. As informações da empresa Pangeng descrevem sua atuação em projeto e fabricação de compressores; converse sobre o regime de operação específico para estabelecer se o equipamento oferecido é adequado.

Defina e registre com precisão as alterações feitas no número de peça, no desempenho ou nas dimensões físicas de uma unidade. Documente explicitamente as diferenças informadas pelo fornecedor. A documentação de compra deve permitir que a equipe de recebimento identifique a variação, os desvios aceitos e a configuração final de uma solução personalizada.

Instalação e aceitação: comprove o conjunto completo

Deve-se demonstrar que o conjunto fornecido atende aos requisitos especificados de desempenho e operação. As classificações da bomba isolada não determinam automaticamente a vazão instalada. Identifique e considere outros requisitos, como alimentação elétrica, resfriamento e controles, antes de acordar os requisitos do ensaio.

O resumo público da ISO 1217 descreve métodos de aceitação para compressores volumétricos, relativos à vazão volumétrica e à potência, incluindo condições de operação e ensaio. Acorde o método, a edição e a aplicabilidade pertinentes com as partes responsáveis; o resumo do catálogo não qualifica uma bomba miniatura específica.

As modificações só devem ser aceitas após a demonstração das condições exigidas. Uma variação pode responder a outra pergunta usando um gás diferente, sem filtro ou exigindo resfriamento por uma fonte externa. Entenda o que a condição de ensaio demonstra, o que pressupõe e o que exclui. Mantenha os resultados e as condições do ensaio junto da configuração aceita. Se a aplicação mudar, avalie as condições de aceitação e as instalações de ensaio, em vez de se basear nas condições e na aceitação originais.

“A norma PTC 19.1, Incerteza de Ensaio, fornece diretrizes para determinar objetivamente a qualidade dos dados de ensaio.”

Ronald H. Dieck, presidente da Ron Dieck Associates, Inc., citado na visão geral dos Códigos de Ensaio de Desempenho da ASME. Isso diz respeito à qualidade dos dados de ensaio em geral, não à aprovação de um modelo de compressor.

Para sistemas de hidrogênio fornecido ao consumidor nos Estados Unidos que se enquadrem na aplicação, a OSHA 1910.103 trata de materiais e acessórios adequados e da comprovação da estanqueidade de tubulações, tubos e conexões instalados à pressão máxima de operação. O escopo e as exclusões declarados na norma são relevantes; ela não é um requisito mundial de certificação para todo compressor pequeno. Dentro desse escopo, tubulações de ferro fundido são excluídas. O projetista qualificado do sistema deve determinar os requisitos para a instalação real.

Perguntas frequentes