Databook TGA

PROJETO TGA

PROJETO DE CONCLUSÃO DE CURSO

ENGENHARIA MECÂNICA PLENA

CENTRO UNIVERSITÁRIO DA FEI

2

ELABORADO POR:

Bruno Gustavo da Silva Lopes

Número de matrícula: 10.201.001-4

e-mail: [email protected]

Diego de Araújo Moura Gouveia



Emiliana Poddis dos Santos



Flávio Andreatta de Souza



Henrique Budacs



Renata Midori Imaoka



Thiago Gustavo Mendes Gutierrez



Vinicius Porto Sobrinho



Orientador: Prof. Dr. Luiz Antônio Negro Martin Lopez

Departamento de Engenharia Mecânica


mailto:[email protected]









3

PROJETO TGA: Turbogerador a Álcool

Projeto de Conclusão de Curso, apresentado

ao Centro Universitário da FEI, como parte

dos requisitos necessários para obtenção do

título de Engenheiro Mecânico, orientado

pelo Prof. Dr. Luiz Antônio Negro Martin

Lopez.

São Bernardo do Campo

2007

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PROJETO TGA

Projeto de Conclusão de Curso – Centro Universitário da FEI

Comissão julgadora

___________________________________________________________________________

Orientador e Presidente

___________________________________________________________________________

Examinador (1)

___________________________________________________________________________

Examinador (2)

___________________________________________________________________________

Examinador (3)

___________________________________________________________________________

Examinador (4)

___________________________________________________________________________

Examinador (5)

São Bernardo do Campo

____/____/________

5

Aos nossos pais, familiares e amigos pelo

apoio e conselhos durante esses longos anos

de caminhada.

6

AGRADECIMENTOS

Aos professores, técnicos e funcionários do Centro Universitário da FEI pelo suporte e

incentivo para a concretização deste projeto e outros tantos trabalhos.

7

RESUMO

Com a redução das reservas de combustíveis fósseis, pesquisas por novas formas de obtenção de energia são de extrema necessidade para os novos profissionais. Com isso a diversificação das pesquisas para obtenção e aperfeiçoamento dos atuais geradores de energia precisa melhorar a cada dia. Visando aperfeiçoar o conhecimento dos alunos, ferramentas de análise e testes precisam ser desenvolvidas para a nova situação energética mundial.

No Brasil, o uso do álcool é de fins estratégicos, pois possuímos tecnologia desde a matéria-prima até sua transformação em combustível.

Buscando melhorias para essas situações desenvolvemos o Projeto TGA (Turbogerador a Álcool), que consiste em uma bancada representativa do funcionamento de uma usina térmica. Com isso, temos material para aperfeiçoar os equipamentos existentes e complementar na prática o ensino de matérias relacionadas à Energética. A concepção do sistema é feita em função do uso de um turbocompressor automotivo que será adaptado com intuito de gerar energia elétrica, fundamentado no ciclo Brayton. Para tanto, será necessário o projeto e a adaptação de elementos mecânicos e elétricos, tais como, uma câmara de combustão, um redutor e um motor elétrico que terão projetos singulares.

Palavras-chave: turbocompressor; álcool; turbina a gás

8

ABSTRACT

With the reduction of the fossil fuel reserves, researches for new forms of energy attainment are of extreme necessity for the new professionals. In this way the diversification of the re-searches for improvement of the current generators needs to improve day by day. Aiming at to perfect the knowledge of the students, tools of analysis and tests they need to be developed for the new world-wide energy situation. In Brazil, the use of the alcohol is of a strategically point; therefore we possess technology since the raw material until its transformation. Search-ing improvements for these situations we develop Project TGA (Turbogenerator by Alcohol), that it consists of a representative group of benches of the functioning of a thermal plant. With this, we have material to perfect complementary the existing equipment and in the practical education of substances related to the Energy one. The conception of the system is made in function of the use of an automotive turbocharger that will be adapted with intention to gener-ate electric energy, based in the Brayton cycle. For in such a way, it will be necessary the project and the adaptation of mechanical and electric elements, such as, a combustion small chamber, a gear box and an electric engine that will have singular projects.

Key words: turbocharger; alcohol; gas turbine

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SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO....................................................................................................................12

2 OBJETIVO...........................................................................................................................13

3 FUNCIONAMENTO...........................................................................................................14

4 ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS.......................................................................................15

4.1 Sistema de partida.............................................................................................................15

4.1.1 Função..............................................................................................................................15

4.1.2 Funcionamento.................................................................................................................15

4.1.3 Tipos................................................................................................................................16

4.1.4 Seleção (matriz de decisão).............................................................................................21

4.1.5 Dados do componente selecionado e parâmetros de projeto...........................................21

4.2 Sistema de injeção e ignição.............................................................................................22

4.2.1 Função..............................................................................................................................22

4.2.2 Funcionamento.................................................................................................................22

4.2.3 Dados do componente e prâmetros do projeto.................................................................23

4.3 Turbocompressor..............................................................................................................23

4.3.1 Função..............................................................................................................................23

4.3.2 Funcionamento.................................................................................................................23

4.3.3 Equacionamento...............................................................................................................24

4.3.3.1 Cálculo..........................................................................................................................28


10

4.4 Câmara de combustão......................................................................................................34

4.4.1 Função..............................................................................................................................34

4.4.2 Funcionamento.................................................................................................................35

4.4.3 Tipos................................................................................................................................35

4.4.4 Equacionamento...............................................................................................................38


4.5 Redutor..............................................................................................................................49

4.5.1 Função..............................................................................................................................49

4.5.2 Funcionamento.................................................................................................................49

4.5.3 Tipos................................................................................................................................49


4.5.5 Equacionamento...............................................................................................................58

4.5.5.1 Determinação do diâmetro externo do sem-fim............................................................58

4.5.5.2 Relação de transmissão.................................................................................................59

4.5.5.3 Parâmetros geométricos do par coroa e sem-fim..........................................................59

4.5.5.4 Cinemática e rendimento..............................................................................................60

4.5.5.5 Verificações..................................................................................................................61

4.5.5.6 Sobrecargas dinâmicas..................................................................................................62

4.5.5.7 Resistência da engrenagem...........................................................................................63

4.6 Gerador elétrico................................................................................................................63

4.6.1 Função..............................................................................................................................63

4.6.2 Funcionamento.................................................................................................................64

4.6.3 Tipos................................................................................................................................64

4.6.4 Equacionamento...............................................................................................................66


4.6.6 Dados do componente e parâmetros do projeto...............................................................71

4.7 Dissipação da energia.......................................................................................................73

4.7.1 Função..............................................................................................................................73

4.7.2 Funcionamento.................................................................................................................73

4.7.3 Equacionamento...............................................................................................................74

4.7.3.1 Resistência....................................................................................................................74

11

4.7.3.2 Aquecimento elétrico....................................................................................................75

4.7.3.3 Radiador........................................................................................................................78

4.7.3.4 Dimensionamento da tubulação....................................................................................95

4.7.3.5 Bomba...........................................................................................................................96

4.7.4 Tipos..............................................................................................................................106

4.8 Bancada............................................................................................................................108

4.8.1 Função............................................................................................................................108

4.8.2 Funcionamento...............................................................................................................108

4.8.3 Dados do componente selecionado e parâmetros do projeto.........................................108

5 INSTRUMENTAÇÃO.......................................................................................................108

6 CONTROLE.......................................................................................................................125

7 IMPACTO AMBIENTAL.................................................................................................128

REFERÊNCIAS....................................................................................................................134

Anexos....................................................................................................................................140

12

1. INTRODUÇÃO

Com a constante exploração das reservas de combustível fóssil, nos vemos em uma

necessária busca por fontes alternativas de energia. Entender melhor as formas de obtenção da

energia é imprescindível.

Para atender a essa crescente necessidade mundial, os centros de pesquisa e formação

vêm trabalhando, constantemente, no sentido de melhorar seus estudos, investindo em

pesquisas e equipamentos que possam auxiliar na geração de energia.

Dentre as diversas fontes geradoras de energia, podemos destacar duas de principal

importância atualmente, os geradores elétricos e os motores de combustão.

Quando falamos de um gerador elétrico, uma forma alternativa de obter energia é

utilizando um motor de combustão para acioná-lo. Porém quando tratamos de um motor de

combustão, o foco deixa de ser o gerador elétrico, pois toda a energia gerada pelo motor será

convertida pelo gerador. Logo convém maximizar essa transformação.

Mantendo a linha que mostra a evolução dos equipamentos destinados a essa

finalidade, vemos que não acontecerão grandes evoluções por alguns anos sem que haja uma

grande mudança de consciência e concepção.

Com isso, os estudos dos processos de combustão aplicados a motores destinados à

geração de energia, merecem uma atenção especial.

No Brasil, o conhecimento sobre motores de combustão nos coloca em posição

favorável para o desenvolvimento dessa questão. Apesar de nosso potencial hídrico, as

tecnologias relativas à geração precisam se desenvolver.

Combinado a isso temos o álcool combustível como uma fonte pouco poluente e

renovável para o acionamento de motores. Com nossa tecnologia para produzir o álcool,

podemos dar maior atenção à produção de energia utilizando esse tipo de geração.

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2. OBJETIVO

O objetivo desse projeto de conclusão de curso é projetar um turbogerador, que utilize

álcool etílico como combustível, para ser utilizado nos laboratórios da FEI, auxiliando a

principio, nas disciplinas de Termodinâmica, Transmissão de Calor e Máquinas Térmicas.

Um turbogerador é um equipamento composto por um turbocompressor que alimenta

um gerador elétrico. Nesse projeto utilizaremos alguns equipamentos de uso automotivo

(turbocompressor, vela, tanque e bomba de combustível) fazendo as adaptações necessárias e

projetaremos outros para uso específico.

Um turbocompressor é composto por uma turbina a gás e um compressor, que

alimenta uma câmara de combustão responsável por fornecer energia à turbina, que converte

essa energia em potência mecânica, parte para acionar o compressor e parte para o gerador

elétrico.

Para compatibilizar a rotação do turbocompressor com a do gerador elétrico

utilizaremos um redutor de velocidade.

O TGA (Turbogerador a Álcool) consistirá em uma bancada representativa do

funcionamento de uma usina térmica. Com isso, fornecerá material para aperfeiçoar os

equipamentos existentes e complementar na prática o ensino relacionado à Energética. A

concepção do sistema é feita em função do uso de um turbocompressor adaptado com o

intuito de gerar energia elétrica, fundamentado no ciclo Brayton.

Para tanto, será necessário o projeto e a adaptação de elementos mecânicos e elétricos,

tais como, uma câmara de combustão, um redutor de velocidades e um gerador elétrico.

14

3. FUNCIONAMENTO

Para iniciar seu funcionamento, o TGA será acionado pelo Sistema de Partida.

O sistema de partida consiste de um acionamento feito por compressor onde uma

mangueira com um bocal para acoplamento rápido ao TGA, utilizará a rede de ar comprimido

da FEI fornecendo ar necessário para atingir 30% da rotação de trabalho e vencer a inércia de

partida do sistema.

Com a linha de ar acoplada à admissão do turbocompressor automotivo, o sistema

começa a acelerar até atingir a rotação estabelecida, quando é acionado o sistema de injeção

de combustível. Esse sistema, através da bomba de combustível automotiva, transfere o álcool

do reservatório pulverizando-o, sob pressão, dentro da câmara de combustão através do bico

injetor, um bico pulverizador de combustível utilizado em combustores. Nesse instante o

sistema de ignição, composto por uma bobina e uma vela automotiva, gera uma faísca que dá

início à combustão da mistura ar/combustível.

Iniciada a combustão desliga-se o sistema de partida, ficando o TGA responsável por

alcançar até rotação de trabalho, através da regulagem de injeção de álcool na câmara de

combustão pela válvula de controle de vazão de combustível.

No compressor do turbocompressor, o ar admitido é comprimido e direcionado à

câmara de combustão, onde é misturado ao álcool injetado pela bomba de combustível,

mantendo assim a mistura inflamada e resfriando as paredes dos tubos da câmara de

combustão.

Os gases da queima da mistura são enviados à turbina do turbocompressor, onde sua

energia é convertida em potência mecânica e consumida pelo acionamento do compressor e

do redutor, sendo, em seguida, liberados pela tubulação de exaustão.

O sistema de transmissão (redutor) será responsável por transmitir a rotação do

turbocompressor para o gerador elétrico, compatibilizando-as. Seu resfriamento será feito por

convecção forçada através de aletas resfriadas por um ventilador frontal acoplado ao eixo de

entrada. A lubrificação do engrenamento será feita por salpicamento de óleo.

Na saída do redutor, um gerador elétrico será responsável por converter a potência

mecânica em energia elétrica.

A energia gerada será dissipada através de uma resistência elétrica, submersa em um

tanque de água, que transformará a corrente elétrica em calor. Uma bomba recalcará a água

para o trocador de calor, que a resfriará.

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4. ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS

4.1 SISTEMA DE PARTIDA

1.1.1. Função

Permitir o início do funcionamento do sistema, iniciando a rotação do

turbocompressor, vencendo a inércia dos componentes do TGA, possibilitando o início da

operação pelo sistema de combustão.

1.1.2. Funcionamento

O sistema de partida consiste em uma mangueira de ar comprimido que com um bocal

para acoplamento rápido ao TGA, permitirá utilizar a rede de ar comprimido da FEI

fornecendo ar necessário para atingir 30% da rotação de trabalho.

Com a linha de ar acoplada à admissão do turbocompressor, o sistema parte do

repouso, começando a acelerar até atingir a rotação estabelecida, quando é acionado o sistema

de injeção de combustível.

Esse sistema, através da bomba de combustível automotiva, transfere o álcool do

reservatório pulverizando-o, sob pressão, dentro da câmara de combustão através do bico

injetor, um bico pulverizador de combustível utilizado em combustores. A injeção de

combustível sob pressão é essencial devido à pressão gerada pelo ar comprimido do sistema

de partida e a pulverização, por facilitar a queima das gotas de combustível e sua distribuição

homogênea dentro dos vórtices formados na câmara de combustão.

Nesse instante o sistema de ignição, composto por uma bobina e uma vela automotiva,

é acionado manualmente a fim de garantir o início da combustão, gerando uma faísca que dá

início à combustão da mistura ar/combustível.

16

1.1.3. Tipos

Para iniciar a rotação do TGA é necessário utilizar um sistema auxiliar cuja função é

desenvolver uma rotação mínima na qual, a massa de ar que é enviada para a câmara de

combustão seja adequada para início da combustão. O sistema de partida pode ser dividido em

dois sistemas separados.

O primeiro aumenta a rotação até que ela atinja 30% da rotação de trabalho enquanto,

o segundo libera o combustível e faz a ignição da mistura.

O tipo de sistema usado para acionamento varia com os requerimentos da turbina. Por

exemplo, nos aviões de uso militar, acionamentos rápidos e confiáveis são mais necessários

que em aviões comerciais, onde acionamentos que não incomodem aos passageiros e tenham

menor custo, são mais indicados.

O gráfico abaixo nos mostra a relação rotação/tempo.

Figura 1: Relação da % Rotação de Trabalho com os Eventos Realizáveis

Fonte: Rolls Royce – The Jet Engine, 1996, p. 121

Os tipos de sistema de partida analisados foram.

17

Elétrico: Na partida elétrica usa-se um motor elétrico acoplado diretamente à turbina

por meio de uma caixa de redução. Na maioria dos casos é usada corrente continua. O sistema

se desliga automaticamente quando atinge a rotação desejada.

Figura 2: Sistema de Partida Elétrico


Características:

Alto Custo

Sistema Complexo

Projeto Difícil

Confiável

18

Compressor Externo: O compressor externo é o mais simples de todos. Consiste em

um compressor que direciona o fluxo de ar para o compressor do turbocompressor. É pouco

usado em grandes turbinas por necessitar de alto fluxo de ar, porém é o mais usado em

sistemas pequenos por ter baixo custo, ser eficaz e de fácil manuseio. Tem muitas vantagens

se comparado com os outros sistemas por ser relativamente leve e econômico na operação.

Figura 3: Sistema de Partida por Compressor Externo


Características

Simples

Baixo Custo

Fácil Manuseio

Uso Restrito

19

Turbina a Gás de Menor Potência: O acionamento por uma turbina a gás é usado

em alguns sistemas e é totalmente auto-sustentável. Tem o seu próprio combustível e sistema

de partida (normalmente elétrico ou hidráulico). Este sistema é leve e economicamente viável,

porém complexo.

Figura 4: Sistema de Partida por uma Turbina a Gás de Menor Potência


Características:

Leve

Sistema Complexo

Variáveis Ambientais Influenciam na Eficiência do Sistema

20

Cartucho Explosivo: O sistema por cartucho explosivo é muito usado em sistemas

militares por ser rápido e independente. Funciona basicamente com uma pequena turbina que

é impulsionada por gases de um cartucho queimado. A turbina aciona um redutor que é ligado

ao sistema a ser acionado. Um sistema elétrico detona os cartuchos que são limitados por três

ou quatro tentativas.

Figura 5: Sistema de Partida por Cartucho Explosivo


Características:

Rápido

Confiável

Limita o Número de Tentativas

Portátil

21

1.1.4. Seleção (Matriz de Decisão)

Parâmetros e Pesos

Custo: Devido à grande variação de custo entre os sistemas e visando a viabilidade

construtiva do projeto este parâmetro tem peso de 25%;

Manutenção: Quanto maior a complexidade para se executar a manutenção, menor a

nota atribuída. Seu peso é de 35%;

Tempo para Partida: Quanto maior o tempo para atingir a rotação necessária, menor

a nota atribuída. Seu peso é de 15%;

Simplicidade de Montagem: Quanto maior a necessidade de adaptações, menor a

nota atribuída. Seu peso é de 25%.

Assim, temos como sistema de acionamento mais indicado, o Acionamento por

Compressor Externo.

1.1.5. Dados do Componente Selecionado e Parâmetros do Projeto

Pressão Máxima Disponível: 7 bar

Vazão Máxima de Ar Disponível: 800 m3/h

22

4.2 SISTEMA DE INJEÇÃO E IGNIÇÃO

1.1.6. Função

A função desse sistema é propiciar as condições necessárias para que a combustão da

mistura ar/combustível possa ter início e ser auto-sustentável durante a operação.

O sistema de injeção de combustível irá transferir o álcool do reservatório,

pressurizando-o de forma a pulverizá-lo pelo bico de atomização de combustível para

combustores, dentro da câmara de combustão.

Após atingir as condições necessárias para início do funcionamento, o sistema de

ignição gera uma faísca que inicia a combustão da mistura ar/combustível.

Ambos os sistemas serão acionados manualmente, porém serão dotados de controles

automáticos a fim de prevenir acidentes caso os parâmetros de funcionamento saiam da faixa

de trabalho.


Ao serem acionados os sistemas de injeção e ignição são energizados, tendo funções

distintas durante o funcionamento.

O sistema de injeção inicia a pulverização de combustível assim que é acionado, e o

controle automático de rotação identifica que a rotação mínima foi atingida, permitindo assim

que a alimentação elétrica energize a bomba de combustível e o operador do TGA possa

variar a vazão de combustível na câmara de combustão. Uma vez dentro da faixa de rotação

de funcionamento, o sistema permanece pressurizado, possibilitando a variação de

combustível dentro da câmara de combustão que é diretamente proporcional à potência gerada

pela turbina do turbocompressor.

O sistema de ignição tem função apenas durante a partida do sistema, pois uma vez

iniciada a combustão, a chama é auto-suficiente durante o funcionamento, não necessitando

de uma nova faísca para se manter acesa.

Um sistema de ignição automotivo composto por bobina e vela será acionado

manualmente até que tenha início a combustão.

23


Sistema de Injeção

Tanque de Combustível: 45 litros

Bomba de Combustível: com pré-filtro, retorno e filtro de linha

pressão de trabalho: 3,5 bar

pressão máxima: 5,5 bar

vazão de trabalho: 105 litros/h

Sistema de ignição

Bobina de Ignição para Automóveis

Vela de Ignição para Automóveis

4.3 TURBOCOMPRESSOR

1.1.9. Função

No turbocompressor sob uma mesma carcaça estão dois rotores axiais que funcionam

de um lado como compressor e do outro como turbina, ligados por um mesmo eixo.

O turbocompressor é responsável pela admissão do ar, sua compressão e envio ao

bocal de saída e também, pela conversão da energia dos gases da combustão em potência

mecânica na forma de rotação e torque.

1.1.1 Funcionamento

O turbocompressor pode ser dividido em duas partes principais, o compressor e a

turbina, além de seu sistema de lubrificação e resfriamento.

24

O compressor aumenta a pressão do ar admitido, devido à rotação e a redução de área

de sua carcaça, e o envia para o bocal de saída. Para isto é necessário uma transferência de

trabalho, tornando-o uma máquina rotativa de trabalho negativo.

Após a combustão, os gases resultantes são admitidos no bocal de entrada da turbina,

do outro lado do turbocompressor, que, por sua vez, promove a expansão convertendo sua

energia em rotação e torque.

1.1.2 Equacionamento

Os parâmetros que influenciam na potência consumida pelo compressor estão

descritos na equação 3.1.

...(3.1)

O fluxo de massa de ar deve ser corrigido considerando a temperatura e a pressão do

local em que o compressor irá trabalhar, pois o mapa de dados do compressor foi obtido à

temperatura e pressão ao nível do mar.

Essa correção é feita com a equação 3.2.

...(3.2)

O ar admitido pelo bocal de entrada, que tem a função de acelerar o ar sem grandes

perdas da pressão de estagnação, é succionado para o centro do rotor pelas pás que o lançam

na voluta comprimindo e direciona-o até a tubulação de entrada da câmara de combustão.

25

Como o ar fica um período relativamente curto dentro do compressor e este tempo não

é suficiente para que ele atinja o equilíbrio térmico, o compressor na maioria das vezes pode

ser considerado uma máquina adiabática.

Sua temperatura de saída, T2, varia de acordo com a taxa de compressão e a

temperatura atmosférica, podendo ser obtida através da equação 3.3.

...(3.3)

Uma vez conhecido o rendimento do compressor, a temperatura de saída deve ser

corrigida através da equação 3.4, obtendo-se assim a temperatura real de saída, T2R.

...(3.4)

A turbina, por sua vez, retira a energia dos gases vindos da câmara de combustão,

portanto, é classificada como uma máquina rotativa de trabalho positivo.

Seu funcionamento segue os mesmo parâmetros do compressor.

A potência produzida é fornecida parte ao compressor e parte ao TGA e pode ser

calculada a partir da equação 3.5.

...(3.5)

O fluxo de massa dos gases é obtido através da equação 3.6.

...(3.6)

26

O cPmédio dos gases é obtido através da equação 3.7.

...(3.7)

A temperatura de saída da turbina, T4, pode ser calculada através da equação 3.8.

...(3.8)

Uma vez conhecido o rendimento da turbina, sua temperatura de saída também deve

ser corrigida, obtendo-se assim através da equação 3.9, a temperatura real de saída da turbina,

T4R.

...(3.9)

Considerando que o TGA trabalhará em regime permanente, um sistema de equações

deve ser montado considerando todos seus componentes e rendimentos.

Este sistema está descrito na equação 3.10.

...(3.10)

Onde é a energia que será entregue ao redutor e ao gerador elétrico

considerando todas as perdas de acoplamentos, mancais, rolamentos, etc.

Entretanto na equação 3.5 notamos que quanto maior o fluxo de massa dos gases e a

taxa de descompressão, maior será a energia mecânica gerada pela turbina.

27

A taxa de descompressão é aproximadamente igual à taxa de compressão,

considerando P1 e P4 pressões atmosféricas e P3 sofrendo correção em relação a P2, apenas

devido à perda aerodinâmica na câmara de combustão.

Estes parâmetros podem ser obtidos de dois modos.

O primeiro é através do aumento da rotação do turbocompressor.

Com o aumento da rotação, maior será o fluxo de massa de ar admitido e maior será a

compressão do mesmo. Porém, quanto menor a rotação do turbocompressor, menor será o

custo e o desgaste do redutor, que é responsável por compatibilizar as rotações entre o

turbocompressor e o gerador elétrico.

O segundo é através do aumento do tamanho do turbocompressor.

Com o aumento de sua carcaça, maior será o fluxo de massa de ar que pode ser

admitido e maior será a taxa de compressão. É importante ressaltar que quanto maior o

tamanho do turbocompressor menores são suas rotações.

Além destes parâmetros o turbocompressor deve suportar os esforços externos que

serão impostos pelo eixo que conectará o turbocompressor e o redutor.

Sendo assim, selecionamos o turbocompressor de rolamento de esferas, GT 4294R, da

Garrett.

28

1.1.1.1. Cálculo

Mapa do Compressor e seu ponto de funcionamento.

Do gráfico temos o ponto de funcionamento:

= 50 lb/min = 1360,5 kg/h

Figura 6: Mapa Turbocompressor GT 4294R

Fonte: Garrett Turbochargers, 2006, p. 50

75000

29

P2/P1 = 1,6

n = 68478 rpm

CP = 74 % TG = 60 %

Pressão de saída (P2):

P2 = P1 x 1,6

Onde P1 é a pressão atmosférica local.

P1 = 703 mm Hg = 27,68 in Hg = 0,96 ata

Portanto: P2 = 1,53 ata

Correção do fluxo de massa de ar admitido ( )

Onde T1 é a temperatura ambiente.

T1 = 17 °C = 290 K

Portanto: = 1386,16 kg/h

Cálculo da temperatura de saída do compressor (T2)

30

Portanto: T2 = 334,6 K

Correção da temperatura de saída do compressor (T2R)

Portanto: T2R = 323 K = 50 °C

Potência consumida pelo compressor (WCP)

Onde cPar é o calor específico do ar à temperatura ambiente.

cPar = 0,24 kcal/(kg x K)

Portanto: WCP = 23,32 kW

Pressão de entrada na turbina (P3)

P3 = P2 x %perdas

Onde %perdas é a porcentagem de perda da pressão na câmara de combustão.

%perdas= 8 % (adotado)

Portanto: P3 = 1,43 ata

Taxa de descompressão (P3/P4)

Taxa de descompressão = P3/P4

.

.

31

Portanto: P3/P4 = 1,518

Cálculo da temperatura de saída da turbina (T4)

Onde T3 é a temperatura de saída da câmara de combustão.

T3 = 664,4 °C = 937,4 K

Portanto: T4 = 832,1 K = 559,1 °C

Correção da temperatura de saída da turbina (T4)

Portanto: T4R = 874,2 K = 601,2 °C

Cálculo da potência gerada pela turbina ( )

Onde:

= 1386,17 kg/h

cPmédio = 0,24 kcal/ (kg x K)

.

32

Portanto: WTG = 24,461 kW

Potência entregue ao sistema ( )

Portanto: = 1,142 KW

1.1.3 Seleção (Matriz de Decisão)

Foram estudados os seguintes tipos de turbocompressores:

Turbocompressor Radial de Mancal Flutuante: Utilizado em veículos para o

aumento do fluxo de ar. Seu mancal flutuante suporta poucos esforços aplicados ao eixo dos

mancais, impossibilitando assim o acoplamento de sistemas. Possuem menor tamanho,

portanto, menor potência. Seu menor peso propicia uma menor inércia reduzindo assim a

sensação de hesitação, chamada de lag. Essa sensação é causada devido à diferença de tempo

entre a aceleração e o início do efeito do turbocompressor. Estes turbocompressores possuem

médio deslocamento de massa de ar e média taxa de compressão quando comparados a outros

turbocompressores, como ilustrado no gráfico da Figura 2.

.

33

Figura 7: Tipos de Turbocompressor

Turbocompressor Radial de Mancal com Rolamentos de Esferas: Semelhante ao

Turbocompressor Radial de Mancal Flutuante, porém seus mancais com rolamentos de

esferas permitem maiores esforços. Isto permite sua aplicação onde é necessário o

acoplamento de outros sistemas. Seu custo é maior que o dos outros turbocompressores de

mancal flutuante, contudo apresentando maior durabilidade e confiabilidade.

Turbocompressor Axial: Trabalha com alto fluxo de ar e baixa pressão, como

ilustrado na Figura 2. O fluido é acelerado por uma coluna de rotores resultando em alta

eficiência, porém elevado custo. Este sistema permite a aplicação de esforços, mas sua

construção axial resulta em um equipamento de maiores dimensões se comparado a outros

turbocompressores.

Parâmetros e Pesos

Custo: Devido à grande variação de custo entre os sistemas e visando a viabilidade

construtiva do projeto este parâmetro tem peso de 30%;

34

Porte: Quanto maior a necessidade de espaço para a instalação do sistema, menor a


Durabilidade: Quanto maior a durabilidade do equipamento, maior a nota atribuída.

Seu peso é de 20%;

Resistência aos Esforços: Quanto menor a resistência aos esforços externos, menor a


O turbocompressor mais indicado é o Turbocompressor de Mancal com Rolamentos

de Esferas.

4.4 CÂMARA DE COMBUSTÃO

1.1.10. Função

A câmara de combustão tem como função queimar a mistura ar/combustível de

maneira estável e eficiente com pequena perda de pressão (de 2% a 10%.). A quantidade de

combustível a ser queimado dependerá da quantidade de ar comprimido que estiver presente

na câmara.

A razão ar/combustível para queima eficiente dos combustíveis convencionais é por

volta de 15:1 para a gasolina e 9:1 para o álcool (razão estequiométrica).

A câmara de combustão é dividida e três fazes de admissão de ar:

35

Zona primária – cerca de 15%-25% de todo o ar comprimido é admitido;

Zona intermediária – cerca de 8%-15% de todo o ar comprimido é misturado for-

mando uma turbulência de baixa velocidade que facilita a queima da mistura ar/combustível

que ainda não queimou na zona primária;

Zona de diluição – o restante do todo o ar comprimido tem a função de baixar a tem-

peratura a níveis adequados.


O ar succionado pelo compressor é enviado para a câmara de combustão onde 30%

são direcionados para o primeiro estágio de queima enquanto que os 70% são adicionados

gradativamente, na zona primária (15%), zona secundária (25%) e zona de diluição (30%). O

álcool é transferido do reservatório de combustível para a câmara de combustão pela bomba

de combustível e pulverizado através de um bico injetor. Com a mistura ar/combustível for-

mada, o sistema de ignição gera uma faísca que da início a combustão e os gases originados

da queima são enviados para a turbina.

1.1.12. Tipos

Existem muitos tipos de câmara de combustão, porém seu selecionamento baseou-se

nos três mais conhecidos que estão descritos a seguir:

36

Tubular: A câmara de combustão tubular é formada por uma carcaça cilíndrica que

em seu interior possui um único tubo de chama, também cilíndrico.

Figura 8: Câmara de combustão tubular

Fonte: Rolls Royce - The Jet Engine

Produz pouca potência de saída e apresenta elevada perda de pressão aerodinâmica.

Os orifícios no tubo de chama são responsáveis pela admissão gradativa do ar e

também resfriamento da parede do liner.

Geralmente são conectadas a compressores centrífugos e devido ser de simples

desenvolvimento, manutenção e robustez mecânica ainda podem ser encontradas em

pequenos motores aeronáuticos e industriais.

Anular: Desenvolvida para fluxos axiais, consiste em um único tubo de chama na

forma anular, ou seja, formada por um único tubo e concêntrico compondo o sistema mais

moderno de combustão.

37

Figura 9: Câmara de combustão anular


Utiliza muito bem a área frontal e apresenta baixa perda de pressão aerodinâmica,

além de ser a mais leve das câmaras.

Apresenta boa distribuição de temperatura na saída e sua menor razão volume

superfície diminui a quantidade de ar para resfriamento, portanto, o fluxo externo do liner.

Além de apresentar fragilidade estrutural seu maior desafio consiste no projeto do

sistema de injeção. Devido à disposição dos componentes a injeção do combustível num filme

cônico não é a melhor alternativa como nas demais câmaras de combustão.

Tuboanular: Composta por diversos tubos cilíndricos em torno do eixo da turbina

utiliza bem sua área frontal. Tem como característica a junção das câmaras anular e tubular.

38

Figura 10: Câmara de combustão tuboanular


A perda de pressão aerodinâmica é intermediária entre as câmaras anular e tubular, seu

desafio é quantificar o fluxo de ar necessário a ser injetado além do projeto do difusor.

Utilizadas em turbinas aeronáuticas suas desvantagens são o alto custo e dificuldade

de projeto.

1.1.13. Equacionamento

Os parâmetros que influenciam na potência consumida pelo compressor estão

descritos na equação 3.1.

...(3.1)

Cálculo

Balanço energético:

39

Onde:

cc = 95% (adotado)

T3 = 680,3 °C - 953,3 K

Portanto: mcomb = 42,005 Kg/h - 0,0117 Kg/s

Fluxo de massa de ar na chama ou zona primária:

...(4.1)

Onde para o álcool temos:

ACideal = 1/9

Portanto: mZP = 0,1053 Kg/s - 27,3% da marcorrigido

Fluxo de massa de ar anular:

...(4.2)

Portanto: man = 0,280 Kg/s - 72,7% da marcorrigido

Razão de equivalência global:

...(4.3)

40

Portanto: global = 0,2727

Razão de equivalência na zona primária:

...(4.4)

Portanto: ZP = 1,0

Diferença de pressão entre entrada e saída da câmara de combustão:

...(4.5)

Portanto: P2-3 = 0,120 atm

Área de referência:

...(4.6)

Onde:

qref = 0,00265 atm (adotado)

Rar = 143,50 J/(KgxK)

Portanto: AREF = 0,0168 m2 - DREF = 146,20 mm

41

Área do liner:

...(4.7)

Portanto: Aliner = 0,0128 m2 - Dliner = 127,45 mm

Diâmetro do Swirler:

DSW deve ser aproximadamente 30% do diâmetro do liner.

Portanto: DSW = 32,0 mm - 25% de Dliner

Área Anular:

...(4.8)

Portanto: Aan = 0,0040 m2

Velocidade na Área Anular:

...(4.9)

Portanto: Van = 21,12 m/s

42

Área do invólucro na entrada de ar primário:

...(4.10)

Onde:

AR = 1,8 (adotado)

A3 = 0,004324 m2 - Área de saída do compressor de diâmetro 74,20 mm

Portanto: A0 = 0,007762 m2 - D0 = 99,41 mm

Área da entrada de ar primária:

...(4.11)

Onde:

Cd,s = 1,57 (adotado)

Portanto: AS = 0,001348 m2 - D0 = 41,43 mm

Comprimento da zona primária:

...(4.12)

Portanto: LZP = 95,6 mm

Comprimento da zona secundária:

43

...(4.13)

Portanto: LZP = 63,7 mm

Comprimento da zona secundária:

...(4.14)

Onde:

TQ = 0,4 (adotado)

Portanto: LZD = 203,9 mm

Comprimento da zona de recirculação:

...(4.15)

Portanto: LZD = 63,7 mm

Comprimento do difusor:

...(4.16)

Onde:

44

REF = 10°

Portanto: LDIF = 71,50 mm

Comprimento do difusor do liner:

...(4.17)

Onde:

liner = 15°

Portanto: Lliner = 160,5 mm

Fluxo de massa de ar admitido pelos furos na zona primária:

...(4.18)

Portanto: mhZP = 0,05092 Kg/s

Áreas dos furos na zona primária:

...(4.19)

Onde:

ar = 1,11 Kg/m3

45

Portanto: AhZP = 0,00217 m2

Diâmetro dos furos na zona primária:

...(4.20)

Onde:

NhZP = 20

Portanto: DhZP = 11,8 mm

Fluxo de massa de ar admitido pelos furos na zona secundária:

...(4.21)

Portanto: mhZS = 0,07892 Kg/s

Áreas dos furos na zona secundária:

...(4.22)

Portanto: AhZS = 0,00337 m2

46

Diâmetro dos furos na zona secundária:

...(4.23)

Onde:

NhZP = 10

Portanto: DhZS = 20,7 mm

Fluxo de massa de ar admitido pelos furos na zona de diluíção:

...(4.24)

Portanto: mhZD = 0,13696 Kg/s

Áreas dos furos na zona de diluição:

...(4.25)

Portanto: AhZD = 0,00584 m2

Diâmetro dos furos na zona de diluição:

...(4.26)

47

Onde:

NhZD = 12

Portanto: DhZD = 24,9 mm

Fluxo de massa de ar admitido pelos furos na zona de recirculação ou cúpula:

...(4.27)

Portanto: mhc.f = 0,02310 Kg/s

Áreas dos furos na zona de recirculação ou cúpula:

...(4.28)

Portanto: Ahc.f = 0,00099 m2

Diâmetro dos furos na zona de recirculação ou cúpula:

...(4.29)

Onde:

Nhc.f = 24

48

Portanto: Dhc.f = 7,2 mm


Parâmetros e Pesos

Custo: Quanto maior o uso de processos especiais, maior o custo, portanto, menor a


Manutenção: Quanto maior a complexidade para se executar manutenções, menor a

nota atribuída. Seu peso é 30%;

Facilidade de Projetar: Quanto maior a dificuldade, menor a nota atribuída. Seu peso

é de 35%;

Porte: Quanto maior a necessidade de espaço para a instalação do sistema, menor a

nota atribuída. Seu peso é de Seu peso é de 10%.

A escolha mais indicada, portanto, é a da câmara de combustão tubular.

49

4.5 REDUTOR

1.1.15. Função

Constituído por um conjunto de rodas que tem como função transmitir rotação e

torque compatibilizando o componente acoplado à entrada com o componente acoplado à

saída.

À compatibilização da rotação de entrada com a rotação de saída dá-se o nome de

relação de transmissão, sendo ela a razão entre o diâmetro do elemento motor em relação ao

elemento movido.

O redutor é um dos componentes principais do TGA, responsável pela transmissão da

potência gerada no turbocompressor para o gerador elétrico.


O eixo de entrada do sistema, composto por uma das rodas do sistema de transmissão,

transfere o torque e a rotação para que as outras rodas, com diâmetro diferente ao da roda de

entrada, transformem essa potência tornando possível sua utilização no equipamento acoplado

ao eixo de saída.

Durante essa compatibilização de potências o sistema de transmissão tem perdas

causadas pelo atrito entre os elementos de transmissão e escorregamentos, o que gera calor

que pode comprometer os elementos de transmissão e/ou sua lubrificação, necessária na

maioria dos sistemas de transmissão. Com a finalidade de reduzir a temperatura do sistema e

do elemento de lubrificação é empregado um sistema de resfriamento. Em alguns casos o

resfriamento do sistema de transmissão não é necessário.

1.1.17. Tipos

Para determinar o melhor tipo de transmissão aplicável ao TGA, foram estudados os

sistemas de redução:

50

Polia e Correia;

CVT (Continuously Variable Transmission);

Hidráulica;

Caixa de Engrenagens;

Roda Dentada e Corrente.

Polia e Correia: Consiste em um sistema onde a diferença dos diâmetros das duas

polias define a relação de transmissão. Isso ocorre, pois a correia mantém uma mesma

velocidade tangencial nos pontos de contato com as polias. A diferença dos raios para uma

mesma velocidade tangencial garante a relação de transmissão.

Figura 11: Sistema de Transmissão por Polia e Correia

Fonte: Mega Correias Industriais http://www.megacorreias.com.br/

Características:

Baixo Custo

Sistema Simples

Razoavelmente Durável

Razoavelmente Silencioso

CVT (Transmissão Continuamente Variável): O sistema CVT consiste na variação

axial de dois discos cônicos em relação a outros dois discos que permanecem parados. A

http://www.megacorreias.com.br/

51

aproximação de um disco cônico contra o outro faz com que uma correia se desloque radial-

mente para a periferia do disco variando assim a relação de transmissão.

Figura 12: Sistema de transmissão por CVT

Fonte: Japan Automobile Federation http://www.jaf.or.jp/

Características:

Alto Custo

Sistema Complexo

Razoavelmente Durável

Razoavelmente Silencioso

Hidráulica: O sistema de transmissão hidráulica dá-se através do atrito interno de um

fluido que se encontra entre duas superfícies com rotações diferentes. O fluido, normalmente

óleo fino, recebe energia cinética ao se desprender do impulsor, que funciona como uma

bomba. Ao passar pelo estator perde parte dessa energia para mudar de sentido e, finalmente,

gira uma turbina que terá menor rotação em virtude de perdas absorvidas pelo fluido.

http://www.jaf.or.jp/

52

Figura 83: Sistema de Transmissão Hidráulico

Fonte: Pacific Driveline Transmissions & Differentials http://www.pacificdriveline.com/

Características:

Alto Custo

Sistema muito Complexo

Durável

Silencioso

Caixa de Engrenagens: O sistema de transmissão por engrenagens se dá em função

da diferença de diâmetros e do número de dentes. Na verdade é a evolução da roda de atrito,

onde uma roda transmitia rotação para a outra através da força de atrito causada no ponto de

contato. Com o passar dos anos, foi-se acrescentando dentes, que no princípio eram

retangulares, com o intuito de se eliminar o escorregamento e de a rotação ser transmitida

mais constantemente. Atualmente esses dentes possuem o formato de evolventes, fazendo

com que os dentes de uma engrenagem rolem sobre os dentes da outra.

Impulsor

Estator

Turbina

http://www.pacificdriveline.com/

53

Figura 94: Sistema de Transmissão por Engrenagens

Fonte: Lakewood Conferences http://www.lakewoodconferences.com/

Características:

Baixo Custo

Sistema Simples

Durável

Relativamente Silencioso

Roda Dentada e Corrente: Sistema muito similar ao de Polia e Correia, no entanto

sem escorregamento. Trata-se de uma roda dentada ligada a outra de diferente diâmetro,

através de uma corrente. É muito conhecido, pois é usado em bicicletas comuns e em

motocicletas.

http://www.lakewoodconferences.com/

54

Figura 105: Sistema de transmissão por Correntes

Fonte: Google Images http://google.com/images

Características:

Baixo Custo

Sistema Simples

Durável

Silencioso

Após essa análise, verificamos que a caixa de engrenagens precisaria ser melhor

analisada pelas diversas opções de engrenamento que oferece, sendo necessário um novo

estudo dos tipos de engrenamento mais adequados. Coroa e parafuso sem-fim, engrenagens

cilíndricas de dentes helicoidais e engrenagens hipoidais foram as selecionadas para um

estudo mais aprofundado de seu funcionamento no TGA.

Coroa e Parafuso Sem Fim: Nesse tipo de engrenagens os eixos são ortogonais,

geralmente usados para grandes reduções, de relação de transmissão de até 1:200. Trabalham

com menores níveis de ruído além de serem mais compactos e menos suscetíveis a vibrações.

Seu rendimento costuma ser baixo, a partir de 45%, o que acarreta em aquecimento do óleo de

lubrificação.

http://google.com/images

55

Figura 116: Coroa e Parafuso Sem-Fim

Fonte: Zakgear http://www.zakgear.com/

Engrenagens Cilíndricas de Dentes Helicoidais: A hélice dos dentes proporciona

um trabalho mais suave, diminuindo assim o nível de ruído. A utilização de rolamentos

especiais é necessária devido às forças na direção do eixo, causadas pela hélice dos dentes das

engrenagens.

Figura 127: Engrenagens Cilíndricas de Dentes Helicoidais

Fonte: Gear Research Center http://miedept.me.uic.edu/lab/litvin/

Engrenagens Hipoidais: Semelhante às Engrenagens Cilíndricas de Dentes

Helicoidais, porém de forma cônica e trabalhando com eixos ortogonais, atingindo

rendimento de 98% apesar de sua construção complexa.

http://miedept.me.uic.edu/lab/litvin/

http://www.zakgear.com/

56

Figura 138: Engrenagens Hipoidais

Fonte: University of Toronto – Department of Mechanical & Industrial Engineering

http://www.mie.utoronto.ca/


Com o estudo dos tipos de sistemas de transmissão (redutores), foi possível construir

uma matriz de decisão, com os seguintes parâmetros.

Preço: Como o objetivo é projetar um turbogerador de baixo custo, quanto menor o

custo, maior a nota atribuída. Seu peso será de 15%;

Facilidade de Construção: Quanto maior a complexidade para construir, menor a

nota atribuída. Seu Peso é de 20%.

Durabilidade: Quanto maior a durabilidade, menor a necessidade de manutenções e

maior a nota atribuída. Seu peso é de 15%.

Ruído: Devido ao uso do TGA em ambiente fechado, quanto maior o nível de ruído,

menor a nota atribuída. Seu peso é de 25%;

Aplicação em Alta Rotação: Quanto maior a vibração em alta rotação, menor a nota

atribuída. Seu peso é de 25%.

http://www.mie.utoronto.ca/

57

P es o(P ) Nota(N) N*P Nota(N) N*P Nota(N) N*PP reço 15 9 135 7 105 4 60F acilidade de construção (montagem) 20 9 180 8 160 5 100Durabilidade 15 7 105 6 90 6 90R uído 25 7 175 9 225 9 225Aplicação em alta rotação 25 4 100 7 175 5 125T O T AL 100% 695 755 600

T ipos de R edutoresC VTP olias E ng renag ens

Mostrando assim, a caixa de engrenagens como o redutor mais indicado.

Após essa análise foi necessário um novo estudo, o dos tipos de engrenagens para o

redutor.

Nessa etapa, os parâmetros definidos como mais importantes foram:

Ruído: Devido ao uso do TGA em ambiente fechado, quanto maior o nível de ruído,

menor a nota atribuída. Seu peso é de 30%;

Inércia do Sistema: Quanto maior a inércia, maior o torque, portanto, menor a nota

atribuída. Seu peso é de 20%;

Rendimento: Quanto menor o rendimento, menor a nota atribuída. Seu peso será de

20%;

Custo: Como o objetivo é projetar um turbogerador de baixo custo, quanto menor o

custo, maior a nota atribuída. Seu peso será de 20%;

Manutenção: Quanto maior a complexidade para se executar manutenções, menor a


Concluímos assim que o melhor sistema é o de coroa e parafuso sem-fim.

58


Partindo do cálculo do diâmetro mínimo do sem fim, determinamos as características

geométricas do par sem-fim e coroa, selecionamos os materiais e verificamos os esforços

solicitantes, consolidando assim um redutor de redução 15,5 e rendimento de 95,51%. Seu

resfriamento será feito através de aletas e um ventilador frontal acoplado ao eixo de entrada.

A lubrificação do engrenamento será feita por salpicamento de óleo.

1.1.19.1. Determinação do Diâmetro Externo do Sem-Fim

Pe= Potência de entrada

ne= Rotação de entrada

m= Módulo

Me= Torque de Entrada

Disfmin= Diâmetro Interno Mínimo do Sem-Fim por Torção

Dpsf = Diâmetro Primitivo do Sem-Fim

Desf= Diâmetro Externo do Sem-Fim

...(5.1)

59

1.1.19.2. Relação de Transmissão

ns= Rotação de Saída do Redutor

i= Relação de Transmissão do Redutor

...(5.2)

1.1.19.3. Parâmetros Geométricos do Par Coroa e Sem-Fim

Nesf= Número de Entradas do Sem-Fim

Zc= Número de Dentes da Coroa

Dpc= Diâmetro Primitivo da Coroa

t= Passo do Sem-Fim

H= Avanço do Sem-Fim

λ= Ângulo de Hélice

mn= Módulo Normal

hc= Altura da Cabeça do Dente

hp= Altura do Pé do Dente

h= Altura Total do Dente

Dcc= Diâmetro da Cabeça da Coroa

Dec= Diâmetro Externo da Coroa

Dic= Diâmetro Interno do Pé da Coroa

b= Largura Útil da Coroa

60

b0= Largura da Coroa

L= Comprimento do Sem-Fim

A0= Distância Entre-Centros

...(5.3)

1.1.19.4. Cinemática e Rendimento

μ= Coeficiente de Atrito

ρ= Ângulo de Atrito

η= Rendimento

61

Figura 149: Coeficientes de Atrito

Fonte: RoyMech http://www.roymech.co.uk/

...(5.4)

1.1.19.5. Verificações

F’tan= Força Tangencial

Fn= Força Normal

αn= Ângulo Normal (20º)

Fx= Força Axial

Fr= Força Radial

Vtsf= Velocidade Tangencial do Sem-Fim

http://www.roymech.co.uk/

62

...(5.5)

Vtsf > 5m/s logo, parafuso sem-fim acima da coroa com lubrificação forçada de óleo.

1.1.19.6. Sobrecargas Dinâmicas

Xs= Fator de Serviço = 1 (Condições Leves)

Xb= Fator de Velocidade

Xc= Fator de Velocidade

Xl= Fator de Duração = 0,7 (menos de 2h/dia)

...(5.6)

Material Utilizado Tensão Admissível

Parafuso Sem-FimSAE 8620 – Cementado

Filete Retificado

σc= 10 N/mm²

Resistência a Pressão

Superficial

CoroaSAE 65 – Bronze Fundido

em Areia

σf= 48 N/mm²

Resistência a Flexão

1.1.19.7.

63

1.1.19.8. Resistência da Engrenagem

= 0,25 (λ>15°)

Tensão de Flexão

...(5.7)

Pressão Superficial

...(5.8)

Deformação do Sem-Fim

fmax= Flexa Máxima Admissível

...(5.9)

4.6 GERADOR ELÉTRICO

1.1.20. Função

A função do gerador elétrico é converter energia mecânica em energia elétrica.

http://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_el%C3%A9trica

http://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_mec%C3%A2nica

64

Para isso, utilizaremos um motor elétrico que recebendo a rotação do redutor

funcionará como gerador. O sistema será totalmente resistivo e a rotação ficará acima da

nominal não sendo necessário o uso de capacitores.


Um gerador elétrico é basicamente formado por uma espira plana com liberdade

suficiente para se mover sob a ação de um campo magnético uniforme. Essa espira gira em

torno de um eixo perpendicular à direção das linhas de força do campo magnético aplicado. A

variação do fluxo que atravessa a espira móvel induz nela uma força eletromotriz. Assim, a

força eletromotriz resulta do movimento relativo que há entre a espira e o campo magnético.

1.1.22. Tipos

Foram estudados os seguintes tipos de gerador.

Campo magnético

EspiraCampo Indutor

65

Motor elétrico: É um equipamento destinado a transformar energia elétrica em

energia mecânica. É o mais utilizado dentre os diversos tipos de motores, pois combina as

vantagens da energia elétrica com a construção simples e custo baixo. No TGA será utilizado

de forma inversa, transformando energia mecânica em energia elétrica, funcionando, portanto

como um gerador elétrico. As principais vantagens de se utilizar um motor como gerador são:

baixo custo, simplicidade de comando, construção simples, versatilidade de rotação e de

adaptação às cargas dos mais diversos tipos.

Figura 20: Motor Elétrico

Fonte: Weg http://www.weg.com.br/

Gerador Elétrico Síncrono: É um equipamento que transforma energia mecânica em

energia elétrica. A energia mecânica muitas vezes é proveniente de uma turbina hidráulica, a

gás ou a vapor. Geradores são utilizados em larga escala em hidroelétricas, termoelétricas e

em sistemas que usam a energia eólica. Geradores elétricos trabalham em rotação contínua e

tem rendimento alto.

Figura 21: Gerador Elétrico

Fonte: Weg http://www.weg.com.br/

http://www.weg.com.br/

http://www.weg.com.br/

66

Alternador: É utilizado principalmente em veículos automotivos. Como um gerador,

tem a função de transformar a energia mecânica em elétrica. Possui as mesmas características

de um gerador de corrente alternada com a adição de um retificador e um regulador de tensão,

pois os automóveis operam com corrente contínua de 12 a 14,9 volts. Comparado com o

motor de partida (motor de arranque), o alternador trabalha com o princípio inverso, com o

motor do veículo em funcionamento alimenta (carrega) a bateria e todos os consumidores

elétrica com sua corrente.

Figura 22: Alternador Automotivo

Fonte: Bosch http://www.bosch.com.br


Para uma máquina de um par de pólos, a cada giro das espiras teremos um ciclo

completo da tensão gerada. Os enrolamentos podem ser construídos com um número maior de

pares de pólos, que se distribuirão alternadamente (um norte e um sul). Neste caso, teremos

um ciclo a cada par de pólos. Sendo "n" a rotação da máquina em rpm e “f" a freqüência em

ciclos por segundo (Hz) teremos:

...(6.1)

Onde:

f = Freqüência (Hz)

p = Número de Pólos

ns = Rotação Síncrona (rpm)

http://www.bosch.com.br/

67

Note que o número de pólos da máquina tem de ser sempre par, para formar os pares

de pólos. Na tabela são mostradas, para as freqüências e polaridades usuais, as velocidades

síncronas correspondentes.

Número de pólos 60Hz 50Hz

2 3600 3000

4 1800 1500

6 1200 1000

8 900 750

O gerador funcionará em uma rotação acima da síncrona havendo pouca variação da

rotação em função da carga acoplada no eixo.

A diferença entre a rotação do motor “n” e a rotação síncrona “ns” é chamada de

escorregamento “s” e em geral é expresso em percentual da rotação síncrona.

...(6.2)

Onde:

s = Escorregamento (%)

n = Rotação Mecânica ou Real (rpm)

Figura 153: Relação entre Rotação Motora e Rotação Geradora

Fonte: Hybrid Electric Vehicles take to the Streets, 1998, p.49

Em geral o escorregamento é menor que 10%. Pode-se também expressar a rotação

mecânica do motor em função do escorregamento e da velocidade síncrona.

68

Potência Nominal

É a potência que o gerador pode fornecer, dentro de suas características nominais, em

regime contínuo. O conceito de potência nominal, ou seja, a potência que o gerador pode

fornecer esta intimamente ligada à elevação de temperatura do enrolamento. Sabemos que o

gerador pode acionar cargas de potência bem acima de sua potência nominal ate quase atingir

o limite de estabilidade. O que acontece, porém, é que se esta sobrecarga for excessiva, isto é,

for exigida do gerador uma potência muito acima daquela para a qual foi projetado, o

aquecimento normal será ultrapassado e a vida do gerador será diminuída, podendo ele, ate

mesmo, queimar-se rapidamente.

A potência do gerador é fixada em relação à potência das fontes consumidoras ou de

acordo com a potência do motor do acionamento.

Fixação de Potência de Acordo com a Potência das Fontes Consumidoras: Para a

determinação do tamanho da máquina devemos conhecer a potência aparente S.

...(6.3)

Onde:

S = Potência Aparente (VA)

U = Tensão de Linha (V)

I = Corrente de Linha (A)

Se um gerador for conectado a cargas com fatores de potência distintos, é preciso

averiguar antes quais os componentes de potência ativa e reativa das cargas e então

determinar a potência aparente total, bem como o fator de potência geral.

...(6.4)

Onde:

P1...n = Componentes de Potência Ativa de cada Fonte Consumidora (W)

69

Q1...n = Componentes de Potência Reativa de cada Fonte Consumidora (VAR)

...(6.5)

Fixação da Potência de Acordo com a Potência do Motor de Acionamento: Muitas

vezes não e possível conhecer a potência exata das fontes consumidoras. Neste caso a

potência do gerador é determinada a partir da potência de acionamento, e como fator de

potência podemos adotar 0,8, caso os fatores individuais encontrem-se nessa faixa. Da

potência útil do motor de acionamento, diminuímos as perdas do gerador, para obter a

potência ativa que fica a disposição nos terminais do gerador.

...(6.6)

Onde:

Pg = Potência do Gerador (kW)

Pn = Potência do Motor de Acionamento (kW)

η(g) = Rendimento do Gerador (%)

Para determinação da potência aparente do gerador, devemos levar em consideração o

rendimento dos geradores Então, levando em consideração o fator de potência, a potência

aparente fica:

...(6.7)

70


Parâmetros e Pesos

Custo por Watt Gerado: Forma de nivelar o custo entre os geradores. Quanto maior

a razão, menor a nota atribuída. Seu peso é de 35%

Tamanho: Quanto maior a necessidade de espaço para a instalação do equipamento,

menor a nota atribuída. Seu peso é de 25%

Gama de Rotações: Quanto menor a faixa de rotações onde o gerador produz energia

elétrica, menor a nota atribuída. Seu peso é de 25%

Facilidade de Manutenção: Quanto maior a complexidade para se executar

manutenções, menor a nota atribuída. Seu peso é de 15%.

O tipo de gerador mais indicado é o motor elétrico.

71


Para a seleção do tamanho do motor foi definido uma gama de funcionamento do TGA

e os equipamentos serão dimensionados para esta gama.

Dados do projeto:

Potência de Acionamento do Gerador (Nac) = 0,7 a 1,4 (kW)

Rotação real (nreal) = 3780 até 4500 (rpm)

Dados do motor:

Motor WEG W21 IP55 (ou similar)

Valor Unidade

Potência (Nger) 1,5 Cv

Rotação (ns) 3600 rpm

Número de pólos 2 -

Fator de serviço 1,15 -

Rendimento 78,5 %

Torque no Eixo

...(6.8)

72

Potência Disponível no Gerador

Potência Aparente

Como a sistema é totalmente resistivo o cosφ = 1

73

Figura 164: Gráfico da Potência Aparente em Função da Tensão

4.7 DISSIPAÇÃO DA ENERGIA

1.1.26. Função

Sistema responsável por transformar a energia elétrica em energia térmica, bem como

evitar o aumento indesejado da temperatura da água dentro do tanque.

O Sistema de Dissipação da Energia é um conjunto formado por tanque, resistência

elétrica, bomba de água de circulação e trocador de calor.

A resistência tem a função dissipar a energia elétrica na forma de calor. No TGA a

resistência estará submersa e em contato apenas com água.

A bomba de água é o elemento que força a passagem da água pelo trocador de calor a

fim de resfriá-la.


A energia elétrica gerada pelo motor será dissipada pela resistência, que por Efeito

Joule, transformará a corrente elétrica em calor sendo este transferido para a água elevando

sua temperatura.

74

Com o aumento da temperatura e visando o funcionamento contínuo do sistema, a

água do tanque será deslocada por meio de uma bomba para o trocador de calor.

Pela troca de calor entre os fluidos, água e ar, o trocador de calor resfriará a água

mantendo-a numa temperatura estabelecida evitando seu superaquecimento. Após o

resfriamento a água retornará ao tanque.


1.1.28.1. Resistência

Com a potência fornecida pelo motor elétrico podemos dimensionar a resistência

necessária que será utilizada. Temos assim:

...(7.1)

Sabendo que a tensão pode ser expressa por:

...(7.2)

Dessa equação retiramos o valor em Ω (Ohms) da resistência que será

utilizada em nosso projeto.

CálculoCorrente elétrica (I)Onde U é a tensão, P é a potência e é a

correção da potência. Dados fornecidos pelo motor.Portanto encontramos

uma corrente elétrica de 5A.Resistência Elétrica (R)Portanto a resistência

necessária para o nosso projeto é de 44 Ω.Aquecimento Elétrico

75

O aquecimento da água se dá através da utilização da energia elétrica dissipada com a

passagem de corrente elétrica em uma resistência. A potência equivalente a energia dissipada

sob forma de calor é calculada pela expressão:

...(7.3)

Sendo a energia dissipada dada por:

...(7.4)

Como a quantidade de calor e a energia são equivalentes, podemos dizer que:

...(7.5)

Para tanto, a quantidade de calor necessária para elevar uma massa m de um líquido,

no caso água, de uma temperatura inicial a uma final é dada pela expressão:

...(7.6)

Mas a Lei de Joule pode ser escrita por:

...(7.7)

Onde k é um coeficiente numérico experimental.

76

, isto de acordo com as unidades utilizadas nas

equações.

Da Lei de Ohm:

...(7.8)

Assim também podemos escrever:

...(7.9)

Com esta equação encontramos a quantidade de calor que será fornecida ao sistema.

Tendo esse valor conseguimos calcular o volume de água dentro do tanque, lembrando que o

volume de um quadrado é dado por:

...(7.10)

No tanque aumentaremos o volume para obter uma margem de segurança evitando

transbordamento.

Cálculo

Quantidade de Calor (Q)

Onde U é a tensão e I é a corrente elétrica, dados fornecidos da resistência. E t é o

tempo de experiência.

77

Portanto:

Energia (E)

Onde 1 kWh = 860 kcal

Portanto:

Potência Consumida (P)

Portanto:

78

Massa do Tanque (m)

Onde c é o calor específico da água, é a variação de temperatura.

Portanto:

Altura do Tanque (h)

Onde Ab é a área da base e o V é o volume do tanque.

Portanto:

1.1.28.2. Radiador

Para que a quantidade de calor obtida no tanque fosse dissipada, foi dimensionado um

trocador de calor.

O trocador de calor é um equipamento que efetua a transferência de calor de um fluido

para outro. Os mais comuns são os trocadores de calor em que um fluido se encontra separado

do outro por meio de uma parede, através da qual o calor escoa. Estes tipos de trocadores de

calor são chamados de recuperadores.

No projeto foi empregado o trocador de calor do tipo radiador. O radiador é um

dispositivo utilizado para trocar calor entre o ar e outro fluido contido em um sistema

79

fechado. Seu núcleo é constituído por uma série de canais na forma de tubos que permitem a

passagem de ar entre si retirando assim calor do fluido.

Como o calor retirado da água deve ser transferido para o ar ambiente, emprega-se um

ventilador para forçar o ar através dos tubos do radiador a fim de melhorar o coeficiente de

transmissão de calor.

A eficiência do radiador depende em grande parte da escolha adequada das

velocidades de escoamento do ar e da água. A diferença de temperatura entre o ar e a água

cresce quando a água escoa nos tubos com velocidade mais alta. O escoamento da água torna-

se turbulento e o coeficiente de transmissão de calor aumenta.

Quanto menor for o passo dos tubos (distância entre um e outro) das aletas, maior será

a resistência aerodinâmica do radiador e maior será a potência necessária para acionar o

ventilador.

A velocidade média do ar referida ao fluxo normal à face do radiador está entre 7 e 12

m/s.

O cálculo do coeficiente de transmissão de calor depende de um coeficiente ξ que é

definido como relação entre a área total de dissipação e calor e a área dos tubos, podendo

assumir valores altos entre 7,5 e 10, entretanto, a resistência aerodinâmica do radiador

aumenta com o aumento de ξ.

Sabendo que a quantidade de calor prevista para ser dissipada no radiador é de 1,1

kW, podemos definir qual será a quantidade de calor dissipada nos tubos e nas aletas pelas

expressões:

...(7.11)

Antes do cálculo do coeficiente global de transferência de calor do trocador, fazem-se

necessários alguns cálculos. Assim temos:

Resistência de convecção interna:

80

...(7.12)

Resistência de condução do material:

...(7.13)

Resistência de convecção externa:

...(7.14)

Sabe-se que:

...(7.15)

Portanto podemos igualar as equações 7.11 com a 7.15, assim:

...(7.16)

81

Substituindo as equações 7.12, 7.13 e 7.14 na equação 7.16, chegamos à seguinte

equação:

...(7.17)

Para calcular o coeficiente de convecção externa ( ), sabemos que:

...(7.18)

O Número de Nusselt depende do número de Prandtl e do número de Reynolds e é

dado pela equação:

...(7.19)

O número de Prandtl é dado pela expressão:

...(7.20)

O número de Reynolds é dado pela expressão:

82

...(7.21)

Para calcular o coeficiente de convecção interna, sabemos que:

...(7.22)

Para chegarmos ao novo número de Nusselt, precisamos calcular um novo número de

Reynolds e um novo número de Prandtl.

O número de Prandtl é dado pela expressão:

...(7.23)

O número de Reynolds é dado pela expressão:

...(7.24)

Utilizando as duas fórmulas de Stanton para o cálculo do número de Nusselt, temos

que:

...(7.25)

83

Cálculo da temperatura média logarítmica:

...(7.26)

Relação entre a área total de dissipação de calor e a área dos tubos:

...(7.27)

Sabendo que a relação entre a quantidade de calor prevista para ser dissipada no

radiador e a superfície de dissipação de calor (área total do radiador), pode ser expressa por:

...(7.28)

Variação de temperatura média:

...

(7.29)

Para o cálculo da área de um tubo:

84

...(7.30)

Para determinarmos a quantidade de tubos que será utilizada em nosso projeto, tem-se:

...(7. 31)

A área total das aletas pode ser expressa por:

...(7.32)

Onde a área útil de uma aleta é expressa por:

...(7.33)

Quantidade de calor da aleta:

...(7.34)

Quantidade de aletas necessárias para o radiador pode ser calculada pela expressão:

85

...(7.35)

Cálculo

Serão adotadas as seguintes condições de contorno para o dimensionamento do

radiador de tubos e aletas de alumínio:

Temperatura de entrada da água: 40°C

Temperatura de saída da água: 30°C

Temperatura de entrada do ar: 25°C

Temperatura de saída do ar: 28°C

Velocidade da água: 0,5 m/s

Velocidade do ar: 7 m/s

Diâmetro externo do tubo: 0,0083 m

Diâmetro interno do tubo: 0,0073 m

Coeficiente entre a área total de dissipação e a área dos tubos: 5,5

Número de Reynolds para o ar (Re):

Onde é a densidade do ar, velocidade do ar, De diâmetro externo do tubo e

viscosidade dinâmica do ar.

86

, , ,

Portanto:

Número de Prandtl para o ar (Pr):

Onde é a viscosidade dinâmica do ar, calor específico do ar e Kar

condutividade térmica do ar para 25°C

, ,

Portanto:

Número de Nusselt para o ar (Nu):

Para a determinação de c, m e n, dado o número de Reynolds igual a 3707,70, obtemos

da tabela 7.1 de página 391 do livro “Princípio da Transferência de Calor”, autor Frank

Kreith:

c = 0,51, m = 0,5, n = 0,37

87

Onde var é a velocidade do ar, De diâmetro externo do tubo, viscosidade cinemática,

Pr número de Prandtl

, , e

Portanto:

Coeficiente de convecção externa (hce):

Onde: , e

Portanto:

Número de Reynolds para a água (Re):

Onde é a densidade da água, velocidade da água, Di diâmetro interno do

tubo e viscosidade dinâmica da água.

, , ,

88

Portanto:

Número de Prandtl para a água (Pr):

Onde é a viscosidade dinâmica da água, calor específico da água e

condutividade térmica da água para 40°C.

, ,

Portanto:

Número de Nusselt para a água (Nu):

Onde e

Portanto:

Coeficiente de convecção interna (hci):

89

Onde , e

Portanto:

Temperatura média logarítmica ( ):

Onde é a temperatura de entrada da água,

temperatura de saída da água, temperatura de entrada do ar,

temperatura de saída do ar.

, , ,

Portanto:

Coeficiente global de transferência de calor (U):

90

Onde é o coeficiente de convecção interna, coeficiente de convecção externa,

raio interno do tubo, raio externo do tubo, condutividade térmica do alumínio.

, , , e

Portanto:

Área total do radiador ( ):

Onde coeficiente de convecção externa, variação de temperatura média,

calor a ser dissipado no radiador.

,

Para a variação de temperatura média , temos:

Onde e

Portanto:

Assim, teremos uma área total:

91

Área total de tubos ( ):

Onde é a área total do radiador e coeficiente entre a área total de dissipação e a

área dos tubos.

e

Portanto:

Quantidade de calor dissipada nos tubos ( ):

Onde , e

Portanto:

Área de um tubo ( ):

92

Onde e adotado

Portanto:

Quantidade de tubos ( ):

Onde e

Portanto:

Assim serão 36 tubos, portanto teremos 3 fileiras de tubos cada uma com 12 tubos.

Sendo 12 tubos de diâmetro externo de 0,0083 m, temos :

Comprimento do radiador = 12 x 0,0083 x 2 = 0,19 m

Portando podemos adotar um comprimento de 0,2 m.

Sendo 3 o número de fileiras de tubos, temos que:

Largura do radiador = 3 x 0,0083 x 2 = 0,05 m

Portanto podemos adotar uma largura de 0,1 m.

Área total das aletas ( ):

93

Onde e

Portanto:

Área útil de uma aleta ( ):

Onde é a área do radiador, diâmetro externo do tubo,

quantidade de aletas.

, e considerando igual

ao número de tubos.

Portanto:

Quantidade de calor da aleta ( ):

94

Onde e

Portanto:

Quantidade de aletas necessárias para o radiador ( ):

Onde e

Portanto:

Temos então, 35 aletas distribuídas ao longo de 0,3 m de altura do radiador.

1.1.28.3. Dimensionamento da Tubulação

Para o dimensionamento da tubulação, utilizaremos parâmetros do radiador

anteriormente calculados. Pelas equações mostradas abaixo, calcularemos o diâmetro que

melhor se emprega no nosso sistema.

...(7.11)

A área de seção circular pode ser expressa por:

95

...(7.12)

Substituindo a equação 7.12 na equação 7.11, teremos:

...(7.13)

Assim podemos obter o diâmetro que mais se enquadra no nosso projeto, lembrando

que o diâmetro deverá ser normalizado. Esse diâmetro será utilizado tanto para a sucção

quanto para o recalque.

Cálculo

Diâmetro (D)

Onde é a vazão do radiador e é a velocidade de sucção e recalque do fluido.

Portanto D = 0,0178 m, de acordo com anexo A, o diâmetro normalizado é 19,05mm e

o diâmetro interno é 18,55mm.

Nova Velocidade (v)

96

Onde D é o diâmetro interno normalizado e é a vazão de funcionamento

D = 18,55m e

Portanto:

1.1.28.4. Bomba

Antes da seleção da bomba, se faz necessária a seleção das válvulas e acessórios:

Válvula de retenção: utilizaremos uma válvula de retenção horizontal com anel de

vedação para melhor retenção do fluido. Ela se localizará após o bocal de recalque da bomba,

assim minimizando ao máximo os golpes de aríete na bomba que ocorrem quando a mesma é

desligada.

Válvula de controle de vazão: utilizaremos uma válvula tipo gaveta, pois nossa

instalação não possui nenhuma particularidade que impeça o uso desta válvula. Só haverá

uma válvula de controle de vazão, já que esta é constante em toda a linha. Está funcionará

também como bloqueio, caso seja necessária alguma manutenção no equipamento ou em parte

da linha nesse ponto.

Os acessórios necessários para a tubulação são: cinco curvas, uma redução na saída do

bocal de recalque da bomba e uma expansão antes do bocal de sucção da bomba.

Com os acessórios escolhidos e as válvulas, podemos esboçar o desenho da instalação

para o cálculo da perda de carga, como segue abaixo:

Para o cálculo da carga manométrica adotaremos o plano horizontal de referência

(P.H.R.) no nível da bomba, ou seja, na linha de sucção. A carga manométrica necessária será

calculada através da equação da energia, e terá pontos de referência previamente adotados.

Com isso temos:

(1) nível do tanque

(2) entrada do tanque

97

Equação da Energia

...(7.14)

Que também pode ser escrita como:

...(7.15)

Para a perda de carga de (1) a (2):

...(7.16)

Para calcularmos as perdas é necessário o cálculo do coeficiente da perda de carga

distribuída (f), sabendo que o coeficiente é função do Número de Reynolds (Re) e do tipo de

material da tubulação. Teremos dois coeficientes, pois depois do radiador a viscosidade do

fluido se altera em decorrência da queda de temperatura. Antes e depois da bomba teremos um

mesmo coeficiente de perda de carga distribuída, pois o diâmetro e a viscosidade são os

mesmos.

...(7.17)

Com o Número de Reynolds e o tipo de material, utilizando o Diagrama de Moody-

Rouse tem-se o coeficiente.

Voltando as perdas:

98

Sucção

...(7.18)

Recalque antes do trocador de calor

...(7.19)

Recalque depois do trocador de calor

...(7.20)

Utilizando o catálogo do fabricante com a vazão de funcionamento e com a carga

manométrica necessária, selecionamos a bomba.

No catálogo do fabricante temos a curva característica da bomba (CCB) onde

inserimos a curva característica da instalação (CCI). Para traçarmos a CCI utilizaremos a

equação 7.15, em função da vazão, encontrando um diâmetro de rotor. Levando em

consideração que erros podem ser cometidos e garantindo a segurança usaremos uma vazão

10% superior a de projeto para selecionar o diâmetro do rotor, assim obtemos uma nova carga

necessária e uma nova vazão. Com esses dados selecionamos um novo diâmetro do rotor.

Cálculo

99

Figura 174: Sistema Dissipação

Cálculo de f para a sucção e recalque antes do radiador:

Onde é a velocidade na tubulação, D é o diâmetro interno da tubulação e é a

viscosidade cinemática da água na temperatura de 40°C, anexo B.

, D = 0,01855m,

Portanto:

Entrando com esses valores no diagrama de Moody-Rouse, anexo C:

100

Cálculo de f para a sucção e recalque antes do radiador:

Onde é a velocidade na tubulação, D é o diâmetro interno da tubulação e é a

viscosidade cinemática da água na temperatura de 30°C, anexo B.

, D = 0,01855m,

Portanto:

Entrando com esses valores no diagrama de Moody-Rouse, anexo C:

Cálculo das perdas na sucção :

Onde L é o comprimento equivalente, Q é a vazão de funcionamento, D, o diâmetro

interno do tubo, e g, a aceleração da gravidade.

D =0,01855m e g = 9,8 m²/s

Para o comprimento equivalente, temos:

, , ,

Assim:

Portanto:

Cálculo das perdas no recalque antes do trocador de calor :

101



D = 0,01855m e g = 9,8 m²/s


, , ,

Assim:

Portanto:

Cálculo das perdas no recalque depois do trocador de calor

:



D = 0,01855mm e g = 9,8 m²/s


, ,

Assim:

Portanto:

Cálculo das perdas :

102

Onde perdas na sucção, perdas no recalque antes do

trocador de calor e perdas no recalque depois do trocador de calor.

, e

Portanto:

Cálculo da carga manométrica necessária :

Onde é a pressão no nível do tanque, peso específico da água, g aceleração da

gravidade, velocidade da água, altura referente ao P.H.R., pressão na entrada,

velocidade da água na entrada do tanque, altura referente ao P.H.R..

, , , , estes são valores que podem ser desconsiderados.

, .

Portanto:

Para a vazão de funcionamento teremos uma perda de carga:

Utilizando a Figura 23 com e com :

103

Figura 185: Carta de aplicação

Fonte: “adaptado de” catálogo IMBIL, p. 5

Portanto: bomba INI 25-150.

Diâmetro do rotor

Curva característica da instalação:

Hnec 0,001 0,831583 3,323331 7,476246 13,29033 20,76557

Q 0 1 2 3 4 5,0

104

Do catálogo do fabricante temos a curva característica da bomba (CCB), inserindo

neste, a curva característica da instalação (CCI), obtemos a Figura 24:

Vazão x H

0,01,32,53,85,06,37,58,810,011,312,513,815,0

0 1 2 3 4 5 6 7 8

(m³/h)

(mca

)

147

141

124

111

100

90

CCI

Figura 196: Gráfico CCB e CCI

Fonte: “adaptado de” catálogo eletrônico IMBIL

,

Com a vazão e a perda de carga mencionada acima, temos um diâmetro do rotor de

111 mm.

Levando em consideração que erros podem ser cometidos e garantindo a segurança

usaremos uma vazão 10% superior a de projeto para selecionar o diâmetro do rotor, assim

obtemos uma vazão de 3m³/h, uma perda de carga de 7,5 mca.

Portanto: Diâmetro do rotor 124 mm

Verificação quanto à cavitação

105

Figura 207: Gráfico Vazão x NPSHr

Fonte: Catálogo eletrônico IMBIL

Onde é a pressão de vapor saturado na temperatura de trabalho, altura de

sucção referente ao nível do tanque, perda de carga de sucção, pressão atmosférica

local (São Bernardo do Campo) e peso específico.

, , , ,

,

Portanto:

Como o NPSH do fabricante, , é menor que o disponível, podemos

concluir que não haverá cavitação.

1.1.29. Tipos

Os tipos de resistência estudados foram:

106

Resistência Cerâmica: A cerâmica como um supercondutor de calor tem alto

rendimento, porém preço elevado. Aplicação: injetoras e extrusoras.

Resistência Tubular: Fabricada normalmente com fio de Ni/Cr, óxido de magnésio,

compactada e blindada em tubos de ferro, aço inox ou alumínio. É de fácil seleção e

utilização, suportando picos de tensão. Aplicação: tanques, boilers e central de água.

A resistência selecionada foi à resistência tubular de imersão.

Figura 28: Resistência tubularFonte: Higher www.higher.com.br

As bombas podem ser subdivididas em dois grupos:

Bombas de deslocamento positivo ou volumétricas: normalmente aplicadas em

circuitos hidráulicos, onde serão acionados atuadores rotativos ou lineares para que ocorra a

movimentação de carga. Essas bombas trabalham com vazões relativamente baixas e pressões

elevadas.

Bombas de deslocamento não positivo ou dinâmicas: comumente utilizadas em

instalações hidráulicas, responsável pelo transporte de fluidos. Trabalham com variação de

vazão; conforme aumenta a vazão a pressão diminui.

Assim podemos verificar que as bombas de deslocamento não positivo se adéquam

melhor ao nosso projeto, para tanto essa foi apenas uma classificação inicial. Dentro desse

grupo, temos:

http://www.higher.com.br/

107

Bomba centrífuga radial: o fluido entra axialmente no rotor passando pelas pás de

curvatura simples, em seguida é ejetado do rotor na direção do raio. É a mais usada em

instalações industriais.

Bomba centrífuga helicoidal: o fluido entra axialmente no rotor sendo direcionada

pelas pás de dupla curvatura até o seu bordo de saída, na seqüência é lançado no caracol na

direção do raio. É muito utilizada quando se deseja valores médios de vazões e cargas

manométricas.

Bomba axial: o fluido entra axialmente, passando pelo rotor, as direções das

partículas de fluido se transformam em hélices cilíndricas. Comumente usadas para altas

vazões e cargas manométricas baixas.

Visando nossas necessidades de projeto, a bomba centrífuga radial é a que melhor se

aplica bomba INI 25-150.

Figura 29: Desenho bombaFonte: IMBIL www.imbil.com.br

http://www.imbil.com.br/

108

4.8 BANCADA

1.1.30. Função

Garantir ergonomia durante o uso, visando oferecer boa operação do sistema, ampla

visualização dos componentes, facilidade de manutenção e segurança.

A bancada também será o componente principal na redução de vibrações com o uso de

amortecedores individuais e do conjunto, e bases para alinhamento dos componentes.


Sob cada um dos componentes uma base para apoio e alinhamento será instalada com

um amortecedor de vibrações, de acordo com a característica do trabalho do componente,

reduzindo assim vibrações que possam comprometer qualquer dos componentes do sistema.


Estrutura em chapas e cantoneiras em aço ABNT 1045, com as seguintes dimensões

LxHxP, 2250 x 725 x 1200 mm.

2. INSTRUMENTAÇÃO

A instrumentação do TGA terá a finalidade de fornecer dados de seu funcionamento

aos alunos, permitindo comparar os valores dos exercícios com os obtidos na bancada.

Medidores de Temperatura (Termopares)

109

Com a utilização de termopares do tipo B na câmara de combustão e na entrada da

turbina, por trabalharem com temperaturas de até 1600°C, e tipo J nas demais tomadas de

temperatura, será possível obter as principais temperaturas no TGA.

O aquecimento de dois metais com temperaturas de dilatação diferentes gera o

aparecimento de uma F.E.M.. Este princípio conhecido como Efeito Seebeck propicia sua

utilização para a medição de temperatura.

Um termopar consiste de dois condutores metálicos diferentes, na forma de metais

puros ou ligas homogêneas. Os fios são soldados em um extremo ao qual se dá o nome de

junção de medição, enquanto a outra extremidade, de junção de referência, é levada ao

instrumento medidor por onde flui a corrente gerada.

Características dos Termopares

Os termopares foram desenvolvidos com diversas combinações de pares de ligas

metálicas com o intuito de obter alta potência termoelétrica (mV.ºC), para que seja detectável

pelos instrumentos de medição, aliando-se ainda às características de homogeneidade dos fios,

resistência à corrosão, relação razoavelmente linear entre temperatura e tensão entre outros,

para que se tenha uma maior vida útil do mesmo.

Podemos dividir os termopares em três grupos:

- Termopares de Base Metálica ou Básicos;

- Termopares Nobres ou a Base de Platina;

- Termopares Novos.

Os termopares de base metálica ou básica são os termopares de maior uso industrial,

em que os fios são de custo relativamente baixo e sua aplicação admite um limite de erro

110

maior.

As nomenclaturas adotadas estão de acordo com as normas IEC 584-2 de julho de

1982.

Tipo J

- Composição: Ferro (+) / Cobre - Níquel (-).

O fio negativo (cobre – níquel) é conhecido comercialmente como Constantan.

- Faixa de utilização: 0 a 800ºC.

- Características: Estes termopares são adequados para uso no vácuo, em atmosferas

oxidantes, redutoras e inertes.

A taxa de oxidação do ferro é rápida acima de 540ºC e o uso de tubos de proteção é

recomendado para dar uma maior vida útil.

Os termopares do tipo J não devem ser usados em atmosferas sulfurosas (que

contenham enxofre) acima de 540ºC.

O uso em temperaturas abaixo de 0ºC não é recomendado devido à rápida oxidação e à

quebra do fio de ferro.

111

Tipo B

- Composição: Platina 70% - Ródio 30% (+) / Platina 94% - Ródio 6% (-).

- Faixa de utilização: 500 a 1700ºC.

- Características: Os termopares tipo B são recomendados para uso em atmosferas

oxidantes ou inertes. É também adequado para certos períodos em vácuo. Não devem ser

aplicados em atmosferas redutoras nem àquelas contendo vapores metálicos.

O tipo B possui maior resistência mecânica que os tipos S e R e sob certas condições

apresenta menor crescimento de grão e menor drift de calibração que o S e R. Sua potência

termoelétrica é muitíssimo baixa, o que torna sua saída em temperaturas abaixo de 50ºC quase

nulas.

É o único termopar que não necessita de cabo compensado para sua interligação com o

instrumento receptor, fazendo-se o uso de cabos de cobre comuns (até 50ºC).

Medidor de Pressão

A visualização da pressão será feita através de manômetros localizados na saída do

compressor e na entrada da turbina.

Para aplicação no TGA utilizaremos o tipo mais simples de medidor de pressão que

atende perfeitamente à necessidade além de ter baixo custo.

Tubo de Bourdon

O manômetro de tubo de Bourdon é um dos mais utilizados para medição de pressão.

112

Consiste de um tubo de paredes finas e seção transversal aproximadamente retangular

fabricado na forma de uma curva. Pode ser em “C” para pressões de até 1000 kgf/cm², espiral

para pressões de 1 a 5 kgf/cm² e helicoidal para pressões maiores que 15 kgf/cm².

Figura 30: Tipos de Manômetros de tubo de Bourdon

Funcionamento: o meio medido é o fluido da tubulação ou reservatório no qual se

instala o manômetro de Bourdon. O tubo de Bourdon é preenchido pelo líquido sob a ação da

pressão que provoca o deslocamento que é transmitido para o arco, variando o raio da

curvatura e acionando o mecanismo de engrenagens e ponteiro que indica a pressão. O

movimento é proporcional à pressão e o deslocamento pode ser linear ou angular.

Medidores de Vazão

São instrumentos utilizados para quantificar o volume de um determinado fluido que

escoa por uma determinada secção transversal em um intervalo de tempo.

113

Para medir a vazão de ar, utilizaremos um anemômetro de fio quente, por ser o único

medidor de vazão que não aumentará, significativamente, a perda de carga na entrada do

compressor.

Termoanemômetro

Quantificam a velocidade de um fluido através da detecção das trocas de calor a partir

de um pequeno sensor eletricamente aquecido e exposto a um escoamento.

Basicamente, existem dois tipos de instrumentos que utilizam este princípio, o

anemômetro de fio quente e o anemômetro de filme quente.

O anemômetro de fio quente, pelas dimensões reduzidas e sua alta freqüência de

resposta, é utilizado para analisar detalhes do escoamento, sendo bastante aplicado em estudos

de escoamentos turbulento. As sondas são delicadas e exigem uma habilidade considerável

para a sua utilização, logo é mais usado em pesquisas de laboratório.

O escoamento do fluido faz com que a temperatura do fio mude, alterando a corrente

que é correlacionada com a velocidade.

Figura 31: Anemômetro de Fio Quente

114

Amperímetro

O amperímetro é um instrumento que realiza a medição da intensidade do fluxo de

corrente elétrica que passa através da sessão transversal de um condutor. A unidade usada é o

Ampère.

Consiste basicamente de um galvanômetro associado em paralelo a uma resistência.

Esta resistência desvia parte da corrente fazendo com que ela passe pelo galvanômetro.

Rm

Rg

G

Rm

Rg

G

Rg

G

Figura 32: Esquema de Funcionamento de um Galvanômetro

Um galvanômetro é um detector de corrente elétrica de baixos valores e o tipo mais

usual é o de bobina móvel.

Este instrumento é constituído essencialmente de uma bobina de fio muito fino,

imersa em um campo magnético uniforme de um imã permanente, montada em um sistema

de suspensão que permite girar em torno de um eixo que passa através de seu diâmetro,

quando percorrido por uma corrente elétrica. Esta corrente produz um campo magnético que

interage com o campo magnético do imã permanente, provocando uma deflexão angular.

Esta ação é limitada pela mola que iguala a força e a estabiliza. O deslocamento é indicado

em uma escala graduada através de um ponteiro.

Amperímetros podem medir correntes contínuas ou alternadas. Dependendo da

qualidade do aparelho, podem possuir várias escalas que permitem seu ajuste para medidas

com a máxima precisão possível.

115

O valor da resistência interna do amperímetro é um dos fatores importantes que está

relacionado ao erro de medida do instrumento. A medida de corrente é feita intercalando-se o

amperímetro em série com o circuito no qual se deseja medir. Portanto, o amperímetro ideal é

aquele que possui resistência interna nula. Como isso é impossível, ao se fazer uma medida de

corrente, introduz-se um erro devido à modificação causada no circuito pela resistência

interna do amperímetro. A tolerância da resistência (shunt) é outro fator que está relacionado

ao erro de medida do instrumento. Em geral, os instrumentos de mediçao são construídos com

resistores de precisão, com tolerâncias de 1%.

V+_

R1

Rm

Rg

G

Am

perím

etro

V+_

R1

Rm

Rg

G

Am

perím

etro

Voltímetro

O voltímetro é um aparelho que realiza medições de tensão elétrica em um circuito. A

unidade apresentada geralmente é o Volt.

Um voltímetro consiste basicamente em um galvanômetro ligado em série à uma

resistência, denominada resistência multiplicadora, que deve ser calculada de acordo com a

tensão máxima medida.

116

G

A B

RmRg

G

A B

RmRg

G

V+

RmRg

Voltímetro

_

R1

G

V+

RmRg

Voltímetro

_

R1

Diagrama P & I

Como uma primeira idéia, aceitamos as sugestões para instrumentar o TGA de acordo

com as necessidades dos professores do laboratório de energética, e a partir dessa idéia

verificamos a viabilidade econômica de implantar tais instrumentos.

Após a seleção dos instrumentos de visualização do funcionamento do TGA,

determinamos os parâmetros que precisavam ser mantidos dentro de uma determinada faixa e,

uma vez determinada a faixa de trabalho do componente, selecionamos os controladores

automáticos e os aplicamos ao TGA, verificando sua funcionalidade.

Com todos os componentes do sistema de instrumentação e controle selecionados,

definimos o diagrama P&I (Process and Instrumentation), onde descrevemos as malhas, os

117

pontos de instalação e os instrumentos pertencentes a cada malha.

Malha Completa da Instrumentação e Controle do TGA

Indicador do Fluxo de Ar Admitido

118

Indicador de Temperatura do Ar Comprimido

Indicador de Pressão do Ar Comprimido

119

Controlador de Temperatura da Câmara de Combustão

Indicador de Temperatura dos Gases da Queima

120

Indicador de Pressão dos Gases da Queima

Controlador de Rotação

121

Indicador de Corrente

Indicador de Tensão

122

Indicador de Nível de Água

Indicador de Temperatura da Água

123

Indicador de Temperatura da Água

Acionamento da Resistência (Contator)

124

Controlador da Vazão de Combustível

Regulador da Vazão de Combustível

125

Indicador de Nível de Combustível

3. CONTROLE

Os sistemas de controle automático e segurança evitarão acidentes durante a operação

do TGA.

Os dispositivos utilizados serão:

Contator

Para acionamento da resistência sem o “travamento” do motor no início da geração,

utilizaremos um contator.

Contator é um dispositivo eletromecânico que permite, a partir de um circuito de

comando, efetuar o controle de cargas num circuito de potência. Essas cargas podem ser de

qualquer tipo, desde tensões diferentes do circuito de comando até conter múltiplas fases.

É constituído por uma bobina que produz um campo magnético, que conjuntamente

com uma parte fixa, proporciona movimento a uma parte móvel. Essa parte móvel por sua

126

vez, altera o estado de seus contatos associados, os que estão abertos, fecham-se e os que

estão fechados, abrem-se. Estes contatos podem ser de dois tipos, os de potência e os

auxiliares.

Os de potência, geralmente são apresentados em grupos de 3, devido o sua grande

aplicação em motores do tipo trifásico.

As vantagens do emprego de um contator são:

o comando à distância;

o elevado número de manobras;

a grande vida útil mecânica;

o pequeno espaço para montagem;

a garantia de contato imediato;

e a tensão de operação de 85 a 110% da tensão nominal prevista para o

contator.

Contatos Principais

Os contatos principais têm a função de estabelecer e interromper correntes de motores

e chavear cargas resistivas ou capacitivas.

O contato é realizado por meio de placas de prata cuja vida útil termina quando essas

placas estão reduzidas a 1/3 de seu valor inicial.

Sistema de Acionamento

O acionamento dos contatores pode ser feito com corrente alternada ou corrente

contínua.

Para esse sistema de acionamento existem anéis de curto-circuito que se situam sobre

o núcleo fixo do contator e evitam o ruído por meio da passagem da CA por zero.

127

Um entreferro reduz a remanescência após a interrupção da tensão de comando e evita

o colamento do núcleo.

Após a desenergização da bobina de acionamento, o retorno dos contatos principais

para a posição original de repouso é garantido por molas de compressão.

Controlador Automático de Rotação

Tem a função de limitar a rotação a uma faixa pré-determinada, fornecendo um torque

máximo permitido pelo gerador elétrico e a uma rotação máxima que evitará danos ao redutor.

A chave controladora de rotação com monitoração eletrônica para ambientes

extremamente agressivos é indicada para operar em equipamentos onde não possam

ultrapassar ou reduzir o limite de rotações. Um sensor indutivo envia para um monitor a

rotação e esse monitor transforma o sinal em rotação comparando-a com a programada em

chaves dip-switch que promovem na saída, o acionamento ou não de um relê. A utilização

direta em um PLC, também é possível com a utilização de um sensor compatível. Esse relê

permite duas saídas que serão utilizadas para manter a rotação entre a mínima e a máxima.

Controle de Vazão

Trata-se de um tipo de válvula que contém um pequeno orifício e um atuador, com

rosca, em formato de agulha, que é responsável pela regulagem precisa da vazão, entretanto

utilizado somente para pequenos fluxos.

Construção e Operação

O atuador em formato de agulha, situado no fim do parafuso, encaixa-se exatamente

em um encosto cônico. O movimento giratório do parafuso é responsável pelo avanço e pela

128

retração do atuador agulha. Quando está retraído, o fluxo do fluido é possível, e quando se

deseja que ele seja interrompido, movimenta-se o atuador até que este se encaixe, totalmente,

no encosto. Para que haja uma regulagem precisa do fluxo, o passo da rosca não pode ser

muito grande, pois quanto menor o avanço causado pela rotação do fuso, mais fácil será a

regulagem da vazão do fluido.

Controlador Automático de Temperatura

Limitará a temperatura do tubo interno da câmara de combustão. Esse controle será

feito por um termopar que enviará um sinal elétrico para um alarme automático de

temperatura, que ao atingir a temperatura estipulada interrompera a alimentação elétrica da

bomba de combustível, interrompendo assim o funcionamento do TGA;

Dispositivo de Proteção Contra Surtos Elétricos (DPS)

Desligará rapidamente o sistema quando a corrente ultrapassar o limite;

Parada de Emergência

Desligará o TGA em caso de emergência pelo acionamento de um botão de

interrupção da alimentação elétrica.

4. IMPACTO AMBIENTAL

O estudo do impacto ambiental constitui na avaliação e prevenção de qualquer

modificação do ciclo natural em um dado ambiente.

129

Nessa linha de abordagem, a ruptura de relações ambientais normalmente produz

impactos negativos, a não ser quando essas relações já reflitam o resultado de processos

adversos. Neste caso há de se efetuar uma análise de todos os efeitos, de modo a enquadrá-los

como benefícios ou adversidades. Em suma, os riscos ambientais afetam a estabilidade pré-

existente dos ciclos ambientais, fragilizando-os.

Diagnóstico Ambiental

A finalidade básica de um diagnóstico ambiental é a identificação do quadro físico e

antrópico de uma dada região, mediante seus fatores ambientais constituintes e, sobretudo, às

relações e ciclos que conformam, de modo a evidenciar o comportamento e as

funcionalidades dos ambientes.

Os diagnósticos ambientais deverão, obrigatoriamente, caracterizar as potencialidades

e as vulnerabilidades da região em estudo ante as atividades transformadoras que nela

ocorrem, assim como de novas atividades que eventualmente venham a ser instaladas.

Para ser efetuado o diagnóstico ambiental é preciso à utilização das seguintes

abordagens e diretrizes:

Efetuar a caracterização dos fatores ambientais associados, direta ou

indiretamente, aos fenômenos ambientais identificados;

Mensurar ou aferir, sistemática e controladamente, os indicadores ambientais

selecionados;

Caracterizar gradativamente as relações ambientais essenciais que expressam e

conformam os ciclos ambientais relevantes em estudo;

130

Atualizar sistematicamente o elenco de fenômenos ambientais preliminarmente

identificados bem como seus atributos característicos;

Atualizar sistematicamente a arquitetura dos ciclos de intervenção ambiental;

Desenvolver o diagnostico analítico dos fatores ambientais inventariados, bem

como, o diagnóstico integrado dos ciclos ambientais encontrados e das relações

ambientais que os expressam, organizando o cenário existente da área de

influência do empreendimento.

Para tais operações foram elaborados estudos que avaliassem a ocorrência de riscos

ambientais que freqüentemente e/ou ocasionalmente poderiam afetar o sistema e o ambiente.

Os riscos encontrados foram vibração, ruído e toxicidade e calor.

Esses parâmetros de risco serão avaliados e enquadrados dentro de normas

regulamentadoras, do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA) e do Relatório de

Impacto Ambiental (RIMA).

Avaliação qualitativa: é denominada qualitativa toda avaliação que não usa

instrumentos científicos em sua elaboração, ou seja, baseada em queixas pessoais,

conhecimento específico dos ambientes de trabalho, práticas profissionais de reconhecimento,

experiência ambiental, tempo de casa, entre outros. Dessa forma, os funcionários com seus

conhecimentos empíricos, destacam-se como personagens fundamentais na elaboração desse

tipo de avaliação.

É nesse momento que a Comissão Interna de Prevenção de Acidentes (CIPA), atua sua

supremacia, executando suas avaliações de forma qualitativa, com participação de todos os

seus membros e trabalhando de forma clara e coerente.

131

Avaliação quantitativa: é aquela que necessita de instrumentos científicos para sua

avaliação, devendo, estes estarem calibrados e preparados para cada tipo de análise a ser

realizada. É fundamental para a elaboração do Programa de Prevenção de Riscos Ambientais,

Norma Regulamentadora 9 (NR-9), pois é através dela que se pode afirmar que um ambiente

de trabalho é insalubre ou não. Também na elaboração de laudos técnicos em Engenharia de

Segurança do Trabalho, Insalubridade, etc. é necessário efetuar avaliações quantitativas, pois

somente assim pode-se obter avaliações confiáveis e precisas.

As classes de riscos são divididas em: químicos, físicos, biológicos, ergonômicos e

mecânicos.

No TGA, apenas o risco físico terá que ser avaliado e estudado.

Os agentes físicos são condições nocivas que encontramos no ambiente de trabalho ou

mesmo, condições externas a esse ambiente. Portanto, diferente do risco químico, o risco

físico não penetra no organismo, mas pode afetar interna ou externamente o trabalho devido à

nocividade do ambiente.

O primeiro risco avaliado e descrito no TGA é o calor.

A transmissão de calor entre o corpo e o ambiente engloba os seguintes fatores:

Condução: é o processo pelo qual o calor se transmite de um corpo a outro por

contato direto. A quantidade de calor transmitida por condução depende do material, ou seja,

se é bom condutor de calor.

Radiação: é a transmissão de calor por meio de ondas. Todo corpo quente emite

radiação em todas as direções, que iram atingir os corpos frios. O calor do Sol é transmitido

por esse processo.

Convecção: é a transmissão de calor por meio de correntes circulatórias originadas da

fonte. É a forma característica de transmissão de calor nos líquidos e gases.

132

A condução é praticamente descartável nos processos de transmissão de calor para o

ambiente, sendo, no entanto, de grande importância e predominante em processos realizados

embaixo d’água ou quando o corpo se encontra em contato com objeto a altas temperaturas.

Para que se efetue a transmissão total de calor do corpo, o calor metabólico deverá se

encontrar balanceado com o ambiente, por meio dos processos de convecção, radiação e

evaporação.

Os efeitos de elevadas temperaturas e do calor ambiente sobre o ser humano são

relacionados a doenças devido ao calor e a queimaduras.

No TGA, o risco poderá ser causado pela convecção dos gases expelidos pela turbina.

Como prevenção o sistema de exaustão cuidará desses gases exaurindo-os para o ambiente.

Para que os riscos causados por condução de calor sejam evitados, os equipamentos

que sofrerão elevação de temperatura, como a câmara de combustão, serão isolados por uma

proteção térmica.

O segundo risco avaliado é o da exposição á ruídos.

É denominado ruído todo tipo de som interno e externo a um ambiente que não seja

agradável, ou seja, indesejável às pessoas e funcionários a ele expostos. Constituem uma

mistura de sons, cuja freqüência não segue nenhuma lei precisa.

A unidade de medida utilizada é o decibel na escala A – dB(A). Sua grandeza se

exprime de forma logarítmica para obter níveis em relação a certos valores de freqüência.

O ser humano aceita bem os ruídos de fundo quando estes apresentam características

estáveis em freqüência e duração. Mas a intensidade de ruídos suportáveis é função direta de

sua atividade, principalmente quando possuem atividades de operação de máquinas,

equipamentos em ambienteis fechados.

Estabeleceu-se pela Association International Contre de Bruit uma tabela de

orientação para os diversos tipos de ambiente de trabalho:

- Serviços que exigem alta concentração (bibliotecas, laboratórios de análises,

escritórios de cálculos): 25 a 45 dB(A);

133

- Serviços que exigem concentração média, amenas em relação às demais (vendas,

atendimento ao publico, serviços burocráticos): 50 a 60 dB(A);

- Serviços que não necessitam de concentração (atividades internas e externas): 50 a

70 dB(A);

- Serviços em chão de fábrica que possuem máquinas e equipamentos (indústria

pesada e ruidosa): até 85 dB(A).

No caso do TGA, o estudo visa manter o equipamento dentro da escala de até

85dB(A).

Para esta prevenção serão utilizados isolantes acústicos no turbocompressor e redutor,

e também exigido o uso de EPI (Equipamento de Proteção Individual) pelos funcionários e

alunos.

O terceiro e último risco avaliado no TGA é a vibração.

Existem várias práticas para controlar as vibrações. A utilizada no TGA será o

balanceamento e isolamento das partes em contato com a mesa (bancada) e com o solo.

134

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140

Anexos

Anexo A – Tubos Normalizados

Tubos de cobre – Dimensões normalizadas

Fonte: Termomecânica São Paulo S.A.

141

Anexo B – Viscosidade cinemática

Fonte: TELLES, Pedro Carlos da Silva. Tubulações industriais. 5. ed., rev. e ampl. Rio de Janeiro: LTC, c1979.

p. 47.

142

Anexo C – Ábaco de Moody-Rouse

Fonte: TELLES, Pedro Carlos da Silva. Tubulações industriais. 5. ed., rev. e ampl. Rio de Janeiro: LTC, c1979.

p. 53.

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