Apostila de Pneumatica_.pdf
-
Upload
luizgustavoleite -
Category
Documents
-
view
17 -
download
3
Transcript of Apostila de Pneumatica_.pdf
1
Prof. Caruso
Transformação dos Gases
Unidades de medida
Pressão
Unidade padrão Pa (Pascal = N/m2)
Pn (pressão normal) = 101.325Pa (101.325N/m2 = 1,01325bar = 1atm)
Volume
m3,l
Temperatura
K = Kelvin (Sempre)
TC = temperatura °C
K = temperatura
TC=K-273
K=TC+273
Temperatura normal = 293K (20°C)
2
Prof. Caruso
Transformação Isotérmica (temperatura constante)
Lei de Boyle-Mariotte
cteVPVPVP 3.32.21.1
Aumenta a pressão, reduz o volume.
Exemplo: Na figura acima, considerando que V1=2.V2=3.V3,
barPPP
mV
VV
VV
V
P
mV
barP
3335,0
5,15,0.35,1.1
5,03
5,13
13
13
3.31
?3
?3
5,11
11
3
3
Transformação Isobárica (pressão constante)
Lei de Gay Lussac
cteT
V
T
V
2
2
1
1
3
Prof. Caruso
Aumenta o calor, aumenta o volume.
Exemplo: Na figura acima, possui inicialmente 0,5m3 de gás hélio a 20°C. Qual será o volume
ocupado por esse gás à temperatura de 35°C?
353,022293
154
308
2
293
5,0
2
2
1
1
mVVV
T
V
T
V
Transformação Isométrica ou Isocórica (volume constante)
cteT
P
T
P
2
2
1
1
Aumenta o calor, aumenta a pressão.
Exemplo: O recipiente acima possui um volume de 0,5m3 de gás hélio a 20°C e pressão de 6
bar. Qual será a pressão registrada no manômetro (aparelho que indica a pressão), quando a
temperatura atingir 35°C?
barPPP
T
P
T
P
31,622293
1848
308
2
293
6
2
2
1
1
Lei dos Gases Ideais
2
2.2
1
1.1
T
VP
T
VP
Exemplo: Uma certa massa de gás ideal sob pressão de 10bar e temperatura de 200K, ocupa
um volume de 0,5m3. Qual o volume ocupado pela massa de gás sob pressão de 20bar e
temperatura de 300K?
4
Prof. Caruso
3375,0224000
1500
300
2.20
200
5,0.10
2
2.2
1
1.1
mVVV
T
VP
T
VP
Exercício:
Uma dada massa de gás perfeito está em um recipiente de volume 8,0 litros, a
temperatura de 7,0°C, exercendo a pressão de 4,0 atm. Reduzindo-se o volume a 6,0
litros e aquecendo-se o gás, a sua pressão passou a ser 10 atm. Determine a que
temperatura o gás foi aquecido.
KTTT
T
VP
T
VP
5252232
16800
2
6.10
280
8.4
2
2.2
1
1.1
5
Prof. Caruso
Propriedades do Ar
Composição do ar seco Ar é o nome da mistura de gases presentes na atmosfera da Terra. O ar seco é composto (em massa) por 78% de nitrogênio, 21% de oxigênio, 0,97% de gases nobres e 0,03% de gás carbônico (dióxido de carbono). O ar pode ainda conter de 0 a 7% de vapor de enxofre. A composição do ar altera-se com a latitude. O ar expirado (no processo da respiração dos animais) contém uma maior percentagem de dióxido de carbono, tipicamente 4,5%. O ar atmosférico não é apenas uma mistura de gases, apresenta também partículas sólidas de sujeira. Outros gases inclui 0,03% de gás carbônico e pequenas proporções de argônio (árgon), poluentes e vapor d'água. Composição do ar seco: Nome Fórmula Proporção Nitrogênio N2 78,08 % Oxigênio O2 20,95 % Argônio Ar 0,934 % Dióxido de Carbono CO2 382 ppm Neônio Ne 18,18 ppm Hélio He 5,24 ppm Monóxido de nitrogênio NO 5 ppm Criptônio Kr 1,14 ppm Metano CH4 1,7 ppm Hidrogênio H2 0,5 ppm Protóxido de nitrogênio N2O 0,5 ppm Xenônio Xe 0,087 ppm Dióxido de Nitrogênio NO2 0,02 ppm Ozônio O3 0 à 0,01 ppm Radônio Rn 6,0×10-14 ppm O ar pode ser comprimido, pode se expandir e pode realizar trabalho (colocar corpos em
movimento).
COMPRESSIBILIDADE DO AR: O AR PODE SER COMPRIMIDO: Exemplo da seringa: A compressibilidade do ar tem limite: o ar no interior da seringa é
comprimido pela pressão do êmbolo até um limite.
Em condições normais as moléculas ficam bem afastadas uma das outras. Quando
comprimimos o ar, as moléculas ficam mais próximas umas das outras, ou seja, o espaço entre
elas diminui e a quantidade de ar ocupa um volume menor.
Exemplos de utilização do ar comprimido:
Ar comprimido é um insumo ou forma de energia de ampla utilização. Certamente é difícil
listar todas, mas é possível mencionar algumas aplicações: acionamentos e controles
industriais, transporte pneumático, ejetores de fluidos, processos como produção de peças de
vidro ou plástico, jato de areia, pinturas, ferramentas (marteletes, perfuratrizes, etc),
acionamento de freios, operações submarinas, etc.
6
Prof. Caruso
As vantagens são evidentes: é fácil de ser conduzido, os equipamentos são compactos e leves,
não há risco de incêndio ou choque elétrico, não gera resíduos prejudiciais, etc. A
contrapartida para vantagens tão claras é o alto custo. Boa parte da energia gasta para a
compressão do ar é perdida na forma de calor e o trabalho útil que ele pode fornecer é
pequeno em relação a essa energia gasta.
Portanto, em especial na indústria, o uso do ar comprimido deve ser limitado ao estritamente
necessário e o projeto, a operação e a manutenção dos sistemas devem procurar sempre a
maximização da eficiência.
Estudos realizados por algumas empresas nos Estados Unidos demonstraram que,
considerando uma instalação nova de ar comprimido, nos primeiros 5 anos a energia elétrica
representa cerca de 80% dos custos. Os 20% restantes são divididos pelos custos do capital
investido, água e manutenção.
O AR PODE SE EXPANDIR: o ar é elástico.
Voltando ao exemplo da seringa, quando paramos de comprimir o ar, as suas moléculas se expandem e empurram o êmbolo e o ar volta a ter o mesmo volume que tinha antes, ocupando o mesmo espaço de antes. Isso acontece por causa da ELASTICIDADE DO AR. ELASTICIDADE DO AR: é o que faz o ar comprimido voltar ao volume que ele tinha antes.
Outros exemplos de expansão do ar:
- soprar um balão de borracha: se você soprar além do volume que cabe no balão ele estoura e
o ar interno mistura-se com o ar externo e passa a ocupar um volume maior.
- o ar quando é aquecido se expande, torna-se rarefeito, menos denso que o ar ao seu redor
A EXPANSIBILIDADE DO AR faz com que ele:
- exerça pressão nas paredes internas do recipiente;
- ocupe todo o espaço que lhe é oferecido.
Então, o que faz a expansibilidade do ar? Faz com que ele exerça pressão nas paredes internas
do recipiente e ocupe todo o espaço que lhe é oferecido.
O AR PODE REALIZAR TRABALHO:
EXEMPLOS:
- a força dos ventos move os moinhos (que pode gerar energia elétrica, bombear água de
poços)
- o vento move embarcações, caravelas, etc.
- em esportes como o iatismo, a força do vento é usada nas manobras.
Produzindo ar comprimido Compressores são equipamentos que elevam a pressão do ar através de acionamento
mecânico, em geral motor elétrico ou de combustão interna. Quase todos os fabricantes de
compressores disponibilizam boas e variadas informações em seus catálogos ou websites.
Basicamente os compressores de ar se classificam em dois grupos distintos, de forma
semelhante às bombas para líquidos:
Deslocamento positivo: a compressão se dá pela redução física do volume da câmara em
intervalos discretos. O clássico compressor a pistão (também chamado compressor
alternativo) é o exemplo mais evidente. Os compressores denominados rotativos também são
de deslocamento positivo, mas a redução de volume ocorre pelo movimento de rotação de um
conjunto de peças. Os tipos mais conhecidos são os de anel líquido, de palhetas, de lóbulos e
de parafusos.
7
Prof. Caruso
Dinâmicos: a compressão se dá pela ação de um rotor ou outros meios que aceleram o ar,
aumentando sua pressão total. Podem ser tipo ejetor (não muito comum) ou tipo axial ou
centrífugo, similar às bombas para água.
Numa comparação grosseira, pode-se dizer que os compressores de deslocamento positivo
são adequados para maiores pressões e menores vazões e os dinâmicos, para menores
pressões e maiores vazões.
Algumas vezes, compressores de alta vazão e pressão relativamente baixa, como os usados em
transportadores pneumáticos, são denominados sopradores.
8
Prof. Caruso
Central de tratamento e armazenamento do ar comprimido
O resfriador-posterior
Sua função é reduzir a temperatura do ar que deixa o compressor para níveis próximos da
temperatura ambiente. Com isso, obtém-se uma grande condensação dos contaminantes
gasosos, especialmente do vapor d’água.
O separador mecânico de condensados do resfriador-posterior responde pela remoção de
aproximadamente 70% dos vapores condensados do fluxo de ar comprimido.
Um purgador automático deve ser instalado sob o separador de condensados para garantir a
eliminação desta contaminação líquida para a atmosfera, com perda mínima de ar
comprimido.
Os purgadores são pequenos aparatos destinados a efetuar a drenagem dos contaminantes
líquidos do sistema de ar comprimido para o meio-ambiente. Podem ser manuais ou
automáticos, sendo que estes últimos dividem-se normalmente em eletrônicos e mecânicos.
9
Prof. Caruso
Os purgadores eletrônicos são encontrados nos tipos temporizado digital ou com sensor de
umidade.
Em termos construtivos, o resfriador-posterior é um trocador de calor convencional resfriado
pelo ar ambiente ou por água.
O filtro de ar comprimido
O filtro de ar comprimido aparece geralmente em três posições diferentes: antes e depois do
secador de ar comprimido e também junto ao ponto-de-uso.
A função do filtro instalado antes do secador por refrigeração (pré-filtro) é separar o restante
da contaminação sólida e líquida (~30%) não totalmente eliminada pelo separador de
condensados do resfriador-posterior, protegendo os trocadores de calor do secador contra o
excesso de óleo oriundo do compressor de ar, o que poderia impregná-los, prejudicando sua
eficiência.
O excesso de condensado no secador também reduz sua capacidade de resfriamento do ar
comprimido, pois se consome energia para resfriar um condensado que já poderia ter sido
eliminado do sistema.
O secador de ar comprimido
Sua função é eliminar a umidade (líquido e vapor) do fluxo de ar.
Um secador deve estar apto a fornecer o ar comprimido com o Ponto de Orvalho especificado
pelo usuário.
Ponto de Orvalho é a temperatura na qual o vapor começa a condensar.
Há dois conceitos principais de secadores de ar comprimido: por refrigeração (cujo Ponto de
Orvalho padrão é +3 ºC) e por adsorção (com Ponto de Orvalho mais comum de –40ºC).
Os secadores de ar comprimido possuem uma norma internacional (ISO-7183) de
especificações e testes.
Esta norma faz uma importante diferenciação dos secadores em função da localização
geográfica dos mesmos. Faixas de temperatura de operação mais altas são definidas para
equipamentos instalados em regiões mais quentes do planeta, exigindo uma adaptação dos
mesmos a condições mais adversas.
10
Prof. Caruso
Dimensionamento da Linha Principal
Visa atender à pressão e vazão aos diversos pontos de alimentação que se distribuirão pela
fábrica.
É necessário estimar um aumento de demanda ao longo dos anos. Considerando uma queda
de pressão de 0,3 a 0,5 kgf/cm2 do reservatório (adota-se 0,5 kgf/cm2 a partir de 500m) até o
consumidor.
Deve-se considerar: variável unidade
Volume de ar corrente (vazão) Q m3/h
Comprimento total da linha tronco Lt m
Queda de pressão admissível ∆P kgf/cm2
Número de pontos de estrangulamento L2 m
Pressão de regime (econômica = 6kgf/cm2) P kgf/cm2
Equacionamento
A fim de determinar o diâmetro mínimo necessário para atender a demanda, prevendo
expansão futura, utiliza-se o seguinte equacionamento, para dimensionamento do diâmetro
interno, que será fornecido em mm. O diâmetro comercial do tubo pode ser retirado através
da tabela da Norma ASTM A 120 Schedule 40, para tubos preto ou galvanizado.
5
85,13
.
..10.663785,1.10
PP
LtQd
Exemplo:
Dado:
Comprimento da tubulação linear (retilíneo) 300m
Perda de carga admitida 0,3kgf/cm2
Pressão de regime 9kgf/cm2
Volume de ar corrente 300m3/h
Aumento da capacidade prevista nos próximos 10 anos 60%
Primeiramente sem levar em considerações as singularidades.
10 anos – aumento de 60%
hmQ /4806,1.300 3
mmmkgfmkgf
mhmd 70
/9./3,0(
)300.()/480.(10.663785,1.10 5
33
85,133
d=70mm→3in (diâmetro nominal tabela ASTM A 120 Schedule 40)
11
Prof. Caruso
Tabelando as singularidades
Singularidades Quantidade Comprimento (m) Total (m)
Tê roscado com fluxo em ramal 10 5,2 52,00
Tê roscado com fluxo em linha 5 3,7 18,50
Válvula do tipo gaveta, roscada 7 0,58 4,06
Curva 90° de raio longo 6 1,2 7,20
Comprimento equivalente total (L1) 81,76
O comprimento total da linha tronco será:
mmmLLLt 76,38176,8130021
Reaplicando na equação anterior com o valor Lt
mmcmkgfcmkgf
mhmd 51,73
)/9./3,0
)76,381.()/480.(10.663785,1.10 5
22
85,133
d=73,51mm→3in (diâmetro nominal tabela ASTM A 120 Schedule 40)
12
Prof. Caruso
Válvulas Pneumáticas
A válvula pneumática é um componente do circuito pneumático que se destina a controlar a direção, pressão e/ou vazão do ar comprimido. Elas podem ser de controle direcional de 2, 3, 4 ou 5 vias, reguladores de vazão ou pressão e de bloqueio, com diversos tipos de atuadores.
Estados ou posições - Para representar as válvulas direcionais nos esquemas pneumáticos,
são utilizados símbolos. Estes símbolos não dão ideia da construção interna da válvula,
mas somente a função desempenhada por ela. Os estados ou posições das válvulas são representados por meio de quadrados. O número de quadrados unidos indica o número de posições que uma válvula pode assumir. Vias - Denominamos assim o número de bocais de conexão do elemento de distribuição. Podem-se ter válvulas de 2, 3, 4, 5 ou mais vias. Não é possível um número de vias inferior a dois. Conforme figura abaixo se pode ter uma ideia do funcionamento de uma válvula com duas vias e dois estados 2/2:
Tabela de identificação das vias ou orifícios de uma válvula direcional: