Dimensionar um sistema de ar comprimido tem uma ordem, e ela não é arbitrária. Trocar a ordem das etapas não atrasa o trabalho, impede o trabalho.

A pressão que o compressor precisa entregar sai da aplicação da equação da energia ao sistema. Para aplicar a equação da energia é preciso conhecer a velocidade do escoamento, para conhecer a velocidade é preciso conhecer a vazão e o diâmetro da tubulação, e o diâmetro, por sua vez, sai da vazão. Então a sequência se impõe sozinha: primeiro a vazão, depois os periféricos, depois a pressão, depois o tipo e a quantidade de compressores, em seguida o secador e os filtros, e por fim a capacidade do reservatório.

As equações que o setor usa no dia a dia, vindas das instituições americanas de ar comprimido, são formas práticas que escondem a equação da energia dentro delas. O engenheiro aplica a forma prática, e é bom que ele saiba de onde ela veio, porque é esse conhecimento que permite perceber quando a fórmula não se aplica.

O nome pulmão não é figura de linguagem. O reservatório acumula o excesso produzido nos momentos de folga para devolvê-lo quando o consumo instantâneo passa a capacidade do compressor, e faz isso sem deixar a pressão cair de forma brusca. Ele entra por último na sequência porque depende de tudo o que vem antes: só com a vazão e a pressão definidas é possível saber qual será a vazão faltante nos picos.

A determinação da capacidade do compressor é, sem exagero, onde o dimensionamento decide se vai dar certo. Se todos os usuários forem somados em plena carga, o compressor atende, não há dúvida disso. Em compensação, haverá momentos em que a demanda real será 30% da capacidade da máquina, e nesse cenário o compressor passa a vida desligando e ligando, ou entrando e saindo de alívio, o tempo inteiro. É ruim do ponto de vista operacional antes mesmo de ser ruim do ponto de vista energético.

A correção para esse problema é o fator de serviço, que na prática se divide em duas perguntas diferentes. A primeira é o fator de uso: qual a probabilidade de aquele equipamento estar consumindo ar neste instante. Um bico de limpeza em oficina trabalha algo como 30% do tempo, e uma esmerilhadeira cerca de 50%, o que equivale a quatro horas em um turno de oito.

A segunda é o fator de simultaneidade: qual a probabilidade de várias unidades iguais estarem trabalhando ao mesmo tempo. E aqui há uma relação que vale guardar: quanto mais unidades iguais existem, menor é esse fator. Pense em uma montadora com duzentas parafusadeiras na linha de produção. A chance de cada uma estar em uso é uma pergunta, a chance de todas estarem em uso simultaneamente é outra, e a resposta é muito menor. Note que quanto mais próximo de cem por cento forem os dois fatores, maior o compressor e maior a conta.

Existe um ganho em usar vários compressores menores no lugar de um grande, e ele não aparece na planilha de investimento. Mais cedo ou mais tarde um compressor vai parar, seja para manutenção programada, seja por quebra. Com sete ou oito máquinas, seis trabalham em carga plena, uma modula e uma fica de reserva, e quando uma sai a planta perde parte da capacidade e continua operando. Com uma máquina única, a mesma falha para o fornecimento inteiro. Na prática, o custo de uma parada de produção costuma ser muito maior que a diferença de investimento e de manutenção entre as duas configurações.

Vale registrar uma convenção que organiza tudo o que vem depois. A capacidade do compressor é informada em vazão de ar livre, a chamada condição FAD, que é o volume admitido na pressão atmosférica, umidade relativa zero e uma temperatura de referência. Isso importa porque os consumidores precisam ser somados na mesma unidade: um catálogo que informe consumo na pressão de trabalho, e não em ar livre, está falando de outro número, e misturar os dois na mesma planilha produz um resultado que parece correto e não é.

Fecha o tema o item que mais surpreende quem compara só o preço de catálogo. Suponha que o cálculo apontasse 50 cavalos e, por excesso de margem, se compre uma máquina de 100. A diferença de preço entre os dois compressores é visível e previsível, o resto não é: a potência maior exige sistema elétrico mais robusto, a bitola do cabo aumenta, é preciso mais área para instalar, o sistema de proteção fica mais sofisticado, e dependendo do porte da empresa entra uma subestação interna no escopo. O reservatório tende a ser maior, e a operação permanece ineficiente, com a máquina em alívio boa parte do tempo.

Isso depende de somar o custo de implantação e o custo de operação, e não apenas o preço do equipamento. Quando as duas parcelas entram na conta, o superdimensionamento deixa de parecer a escolha conservadora e passa a ser o que é: uma decisão cara que foi tomada para evitar pensar sobre o fator de serviço.

Esse recorte faz parte de uma das aulas da pós-graduação em Engenharia de Movimentação de Fluidos e Equipamentos Industriais. Conheça em engenhariaecia.com/pos.