Microsoft Powerpoint - Ufg-Ar Comprnovo[1]

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AR COMPRIMIDO

FLÁVIO ALVES DA SILVA

(Dr. ENGENHARIA DE ALIMENTOS)

INSTALAÇÕES INDUSTRIAIS

AR COMPRIMIDO

� Ar comprimido é um insumo ou forma de energia de ampla utilização:

� Acionamentos e controles industriais,

� Transporte pneumático,

� Ejetores de fluidos,

� Processos como produção de peças de vidro ou plástico,

� Pinturas,

� Ferramentas (marteletes, perfuratrizes, etc),

� Acionamento de freios,

� Operações submarinas, etc.

AR COMPRIMIDO

� Vantagens do ar comprimido:

� Fácil de ser conduzido,

� Equipamentos são compactos e leves,

� Não há risco de incêndio ou choque elétrico,

� não gera resíduos prejudiciais, etc.

Nota: O uso do ar comprimido deve ser limitado ao estritamente necessário, devido ao alto custo, pois a maior parte da energia gasta para a compressão do ar é perdida na forma de calor e o trabalho útil que ele pode fornecer é muito pequeno em relação a essa energia gasta. Portanto, a operação e a manutenção dos sistemas devem procurar sempre a maximização da eficiência.

� Compressores:

PRODUÇÃO DE AR COMPRIMIDO

� São máquinas operatrizes que transformam trabalho mecânico em energia comunicada a um gás, preponderantemente sob forma de energia de pressão.

� Graças à energia de pressão que adquire, isto é, àpressurização, o gás pode:

� deslocar-se a longas distâncias em tubulações;

� ser armazenados em reservatórios para ser usado quando necessário, isto é, acumular energia;

� realizar trabalho mecânico, atuando sobre dispositivos, equipamentos e máquinas motrizes (ex: motores de ar comprimido)

Nota: A primeira máquina que a espécie humana usou para comprimir ar foram os próprios pulmões (0,08 atm).

Compressores

� É aplicado também a outros gases e misturas de gases, sendo de imensa importância nas instalações de alimentos, químicas, petroquímicas, mecânicas, construção civil e outras mais.

�Os compressores visam conseguir que a pressão do gás venha a alcançar uma pressão consideravelmente maior do que a pressão atmosférica.

� Conforme as pressões pi (inicial) e pf (final) e a pressão efetiva

pef = pi – pf

Podemos ter:

Compressores – pressões de 0,2 a 30 kgf.cm-2

Supercompressores – pressões acima de 30 kgf.cm-2

1. CLASSIFICAÇÃO DOS COMPRESSORES

PRODUÇÃO DE AR COMPRIMIDO

�Os compressores de ar se classificam em dois grupos:

I. Compressores de Deslocamento positivo: O gás éadmitido em uma câmera de compressão, que é isolada do exterior. Por meio da redução do volume útil da câmera sob a ação de uma peça móvel, alternativa ou rotativa, é realizada a compressão do gás. Quando a pressão na câmara atinge valor compatível com a pressão no tubo de descarga, abre-se uma válvula ou uma passagem, e o gás da câmera é descarregado.

Figura 1 - Princípio de funcionamento de um compressor alternativo

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CLASSIFICAÇÃO DOS COMPRESSORES

II. Compressores dinâmicos: O gás escoa através do olho do rotor, acelerado radialmente, saindo com um aumentoda velocidade da periferia ao difusor (variação da energiacinética para energia de pressão).

Figura 2: Princípio de funcionamento de um compressor dinâmico

Nota: Grosseiramente, pode-se dizer que os compressores de deslocamento positivo são adequados para maiores pressões e menores vazões e os dinâmicos, para menores pressões e maiores vazões.

1.1 COMPRESSORES DE DESLOCAMENTO POSITIVO

1.1.1 Compressores alternativos de pistão

� Podem fornecer gás com pressão de algumas frações de atmaté pressões muito elevadas

� As peças características são as mesmas das bombasalternativas: pistão, um cilindro com válvulas para admissão e exaustão.

� Pode-se usar único estágio ou multiestágio. No caso dacompressão multiestágio é comum o resfriamento do gás entreos estágios.

� O rendimento do compressor de 2 estágios é maior do que o de um estágio.

� O compressor necessita ser resfriado, e esse resfriamentopode ser a ar (ventilação natural, ventilação forçada com ventilador) ou a água.

Princípio de funcionamento Compressores alternativos de pistão

O ar vem da atmosfera através da válvula de entrada e através do filtro de entrada. O pistão inicia o seu movimento de avanço e reduz o volume na câmara de compressão (primeira ação), aumento assim a pressão.

O ar atmosférico entra na segunda parte da câmara de compressão (segunda ação) por trás do pistão.

O pistão termina o seu curso. A pressão aumenta na primeira parte da câmara de compressão, a válvula de saída abre-se e o ar comprimido sai do cilindro. Ao mesmo tempo, a válvula de entrada fecha-se.

De seguida, o pistão move-se para trás e a pressão aumenta na segunda parte da câmara de compressão. A válvula de saída abre-se para descarregar ar comprimido enquanto a válvula de entrada se fecha.

- Virabrequim: transforma o movimento rotativo de um eixo de um motor elétrico num movimento linear.

- Cruzeta: guia o movimento do eixo do pistão.

- Pistão: normalmente com anéis de vedação.

- Cilindro: onde a compressão acontece.

- Uma ou mais válvulas de sucção e uma ou mais válvulas de descarga: Estas

válvulas regulam o fluxo de gás que entra e sai do cilindro.

Fig. 3 – elementos básicos de um compressor alternativo

Fig. 4 – Compressores Alternativos a Pistão de 2 estágiosFigura 5 – Compressor alternativo de pistão (Pressão nominal de saída 40 bar): para aplicações de moldagem por sopro de PET

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� Vantagens dos compressores alternativos:

I. São facilmente controlados;

II. Operação econômica;

III. Manutenção simples;

IV. Uma parcela elevada da energia fornecida ao eixo do

compressor é dissipada sob forma de calor e pode ser

aproveitada para aquecimento de elementos de uma

instalação industrial.

Nota: Este é o tipo de compressor mais versátil para a maioria

das aplicações industriais, principalmente quando se trata de

ar comprimido, sendo, por isso mesmo, o mais usado.

1.1 COMPRESSORES DE DESLOCAMENTO POSITIVO

1.1.2 Compressores rotativos de parafusos

� Contém dois rotores helicoidais, um com lóbulos convexos e outro com lóbulos côncavos ou sulcos (rotor macho e rotor fêmea).

� O gás é admitido na abertura de entrada e comprimido àmedida que as porções engrenadas de cada parte dos lóbulos se movem no sentido da estremidade da descarga.

� Alguns modelos não necessitam de lubrificação (quando nãohá contato entre os rotores dentro da câmara de compressão).

� O resfriamento é feito pelo óleo nos tipos lubrificados. Esseóleo é, por sua vez, resfriado a ar ou água.

� Existem modelos desde 3m3/min e pressão de até 10 kgf/cm2.

Princípio de funcionamento Compressores rotativos de parafusos

As extremidades dos rotores cobrem a admissão: o ar entra na câmara de compressão.

O ar éarmadilhado no “compartimento”formado pelo lóbulo do rotor macho e pelo sulco do rotor fêmea.

Assim que os rotores giram, este “compartimento”torna-se progressivamentemenor, comprimindo o ar armadilhado.

O ar comprimido deixa o conjunto através de uma abertura de saída.

O princípio é simples: dois parafusos helicoidais giram entre si. Um rotor tem 4 lóbulos e o outro tem 6 sulcos. O primeiro gira 50% mais rápido do que o último. O ar é succionado do ambiente, sendo comprimido entre os rotores e a carcaça que os contém.

Figura 6 – Compressor rotativo de parafuso de 1 estágio

Figura 7 – Compressor rotativo de parafuso de 2 estágios

1º estágio

2º estágioFigura 8 - Compressor de parafuso + conjunto alternativo de pistão para sopro de embalagens PET (Compressão de 7 a 40 bar):

� 4 estágios de compressão (2 estágios rotativos e 2 alternativos)- resultando em uma melhor relação de compressão

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� Vantagens dos compressores rotativos de parafusos

I. Fornece ar (ou outro gás) isento de óleo (no tipo isento

de óleo);

II. Tem um mínimo de peças sujeitas a desgaste;

III. Requer fundações simples e pequena sala de

compressores;

IV. É ideal para unidades portáteis devido ao seu baixo peso;

sua velocidade pode ser adaptada à dos motores de

combustão interna convenientes ao seu acionamento;

V. O nível de ruído é baixo nos tipos lubrificados a óleo:

cerca de 70 a 80 decibéis.

1.2 COMPRESSORES DINÂMICOS

1.2.1 Compressores centrífugo ou tubocompressor

� Possui pás semelhantes às das bombas centrífugas;

� A unidade compressora deste tipo é conhecida na práticacomo uma centrífuga;

� Pode ser de um estágio, de dois e de múltiplos estágios, conforme o grau de pressão pretendido.

Figura 9 - Fluxo de ar em um compressor centrífugo.

Figura 10 - Corte de um compressor centrífugo. Figura 11 - Compressor centrífugo integrado, multi-estágio (1170-354 m3/min e 8 -225 atm)

� No compressor de fluxo axial, o componente básico é um

elemento rotativo com aletas.

� Entre cada fileira de aletas rotativas, estão presas à camisa

(carcaça) aletas de deflexão estacionárias.

�É um compressor para grandes descargas – até 1.000.000

m3/h (16700 m3/min) com pressão de trabalho de 6 bars.

� O movimento geral do ar é paralelo ao eixo, o que explica o

termo compressor de “fluxo axial”, ou seja, o ar é expelido

pelas aletas ao longo do eixo do compressor, a medida que se

desloca da entrada (sucção) para a saída, há uma diminuição na

área entre as aletas o que ocasiona o aumento de pressão.

1.2 COMPRESSORES DINÂMICOS

1.2.2 Compressor de fluxo axial

Figura 12 - Ilustração de um compressor de ar de fluxo axial.

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Figura 13 - Compressor de fluxo axial multi-estágio - Máximo de 7 kgf/cm2 (9 estágios axiais e um centrífugo no lado da pressão baixa (lado direito) e dois estágios centrífugos no lado da pressão alta (lado esquerdo).

2.0 – FATORES A CONSIDERAR NA ESCOLHA DE UM COMPRESSOR

2.0 – FATORES A CONSIDERAR NA ESCOLHA DE UM COMPRESSOR

3.0 – CONSUMO ESPECÍFICO

�Para uma comparação entre os vários tipos de compressores, faz-se referência à grandeza denominada consumo específico

�Consumo específico (CE) é a potência absorvida por unidade de volume de ar na unidade de tempo escolhida.

�O CE de potência é medido em cv/m3/min, ou em HP100 pés3/min de descarga livre padrão de ar.

�Para se conseguir um baixo consumo de potência, é preciso que o compressor seja adequadamente resfriado (Tresf=10ºC < Tamb).

�Compressores resfriados a ar possuem CE 3 a 5% superior ao dos resfriados a água, sendo o ventilador responsável por cerca de 1 a 1,5% deste acrécimo.

� O CE de energia é um parâmetro da qualidade de um compressor

Figura 14 – Consumo específico de potência dos vários tipos de compressores em função da descarga.

Figura 15 – Variação do CE em função da pressão de trabalho do compressor

Mais vantajoso

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3.0 – DESCARGA LIVRE PADRÃO (DLP) OU DESCARGA LIVRE EFETIVA (DLE)

�O ar livre é definido como o ar em condições atmosféricas em um lugar especifico.

�As condições do ar livre devem ser especificadas: a altitude, a pressão barométrica e a temperatura do ar, estes, podem variar em lugares diferentes, o termo “ar livre” não indica ar sob idênticas condições.

�Designa-se por descarga livre padrão (dlp) a quantidade de ar livre descarregada por um compressor, corrigida para as condições de pressão, temperatura e umidade reinantes na admissão.

�Para se transformar a vazão normal ou dlp para as condições de pressão de saída de ar do compressor e existentes na linha, recorre-se a equação dos gases perfeito. Pela lei de Gay-Lussac –Boyle-Mariotte que:

p1 . V1 /T1 = p2 . V2 /T2

Onde, p1 e p2 é a pressão expressas em Kgf/m2 absolutos e V1e V2, os volumes inicial e final em m3.

Assim,

p1 = pressão atm = 10.330 Kgf/m2 ou 1,033 kgf/cm2,

p2 = Pressão final

V1 = Volume de ar normal ou dlp

As temperaturas T1 e T2 podem ser consideradas iguais

Tem-se portanto,

V2 = p1/p2 . V1

A razão p2/p1 chama-se relação de compressão e se designa pela letra R

p2/p1 = R

Para se obter o volume real ocupado pelo ar depois de comprimido, basta dividir o volume de ar livre pela relação de compressão R.

V2 = V1/ R

DESCARGA LIVRE PADRÃO (DLP)

Exemplo,

- Qual a descarga de ar correspondente a 5 m3/min de dlp. (ar normal), supondo ser a pressão igual a 7,0 kgf/cm2?

Temos:

1) Relação de compressão:

R= p2/p1 →→→→ R= 7+1/1 = 8

2) Descarga do ar comprimido:

V2 = V1/ R →→→→ V2 = 5/8 = 0,625 m3/min

Na tubulação, a descarga será de 0,625 m3/min

- Qual a dlp. para se obter 1,5 m3/min sob a pressão de 7,0 kgf/cm2?

R = 7+1/1=8

V1=V2 x R = 1,5 x 8

V1= 12,0 m3/min

DESCARGA LIVRE PADRÃO (DLP) 4.0 – PROCESSOS DE COMPRESSÃO

4.1 – Compressão Isotérmica

� Sob o ponto de vista teórico, esta compressão significa que durante o aumento de pressão, a temperatura do gás (T) mantém-se sempre constante. Para que tal fosse possível, seria necessário remover, continuamente, todo o calor produzido na fase de compressão.

� Este tipo de compressão segue a Lei de Boyle-Mariotte, ou seja

Para T = constante ⇒⇒⇒⇒p1.V1 = p2.V2 ⇒⇒⇒⇒ P.V = constante

onde:

p1 , p2 – Pressão do gás na entrada e na saída do compressor, respectivamente;

V1 , V2 – Volume ocupado pelo gás nas condições de entrada e saída do compressor, respectivamente.

� Porém, na realidade, não é possível remover o calor tão rapidamente quanto ele é gerado durante a fase de compressão.

PROCESSOS DE COMPRESSÃO

4.2 – Compressão Adiabática

� Neste ciclo, todo o calor desenvolvido não se remove, ou seja, éconsiderada uma compressão a calor constante isto é, sem troca de calor com o ambiente. Este ciclo segue a lei de Poisson:

p1.V1k = p2.V2

k

onde (k) é a relação entre cp e cv e representa a constante da compressão politrópica.

Para o ar seco, k = cp / cv = 0,1321/0,0939 = 1,40

� Quando o processo adiabático se realiza em ciclo reversível, este também pode ser chamado também de isoentrópico.

�As equações aplicáveis à compressão e à expansão adiabáticas que são regidas pelas chamadas leis de Poisson, são:

T1/T2 = (p1/p2)k – 1/k

V2/V1= (p1/p2) 1/k

V2/V1= (T1/T2 ) 1/k-1


4.3 – Compressão politrópica

� Chama-se processo politrópico o processo de compressão ou expansão de um gás perfeito onde existe dependência entre a pressão e volume. Sendo mais claro, na prática, a compressão Politrópica constitui o ciclo real e segue a equação abaixo:

p1.V1n = p2.V2

n

� A constante de compressão politrópica (n), obtida por via experimental, é normalmente inferior à constante da compressão isentrópica (k) pelo que este tipo de compressão estácompreendido entre a Isotérmica e a Adiabática, conforme pode ser visto na figura seguinte:

�A teoria vem, muito claramente, demonstrar-nos que, quanto maior for a quantidade de calor removida mais económica será a compressão, porque menos energia é necessária fornecer àunidade compressora. Ou seja, o trabalho é tanto menor quanto mais baixa for a elevação de temperatura durante a compressão.

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De 1 a 2 temos um processo politrópico,

De 2 para 3 temos um processo a pressão constante.

De 3 para 4 o processo é também politrópico.

De 4 para 1 é a pressão constante.

Exemplo 1 – Suponhamos que 3m3 de um gás à pressão atmosférica são comprimidos adiabaticamente até que a pressão seja igual a 5 atmosferas manométricas. Admitindo que o índice de compressão seja k = 1,30, determinar o novo volume do gás.


Vimos que V2/V1= (p1/p2) 1/k

Logo,

V2/V1= (p1/p2) 1/k = 3 x (1/5+1)1/1,30

V2 = 0,757 m3

Obs:

Se a compressão fosse perfeitamente adiabática e o gás fosse o ar, adotaríamos n=1,40 e obteríamos V2= 0,835 m3.

Se fosse isotérmica, teríamos

p1.V1 = p2.V2 �� V2 = V1 . p1/p2=3 x 1/5+1

V2 = 0,500 m3

Exemplo 2 – Se comprimirmos adiabaticamente 8 m3 de ar a pressão atmosférica até que o volume fique reduzido a 2,5 m3, qual será a pressão efetiva no novo estado?


p1/p2=(V2/V1)k kar=1,40

P2 = p1 (V1/V2)k = 1 x (8/2,5) 1,40

p2 = 5,09 atm absolutas

A pressão efetiva será de 5,09 – 1 = 4,09 atm

Exemplo 3 – Um compressor comprime um gás na temperatura de 20ºC e, na pressão atmosférica, até a pressão de 7 atmosferas manométricas. Supondo k = 1,30, qual será a temperatura do gás ao final?

T1/T2 = (p1/p2)k – 1/k

T2 = T1 (p2/p1) k – 1/k = (20 +273) x (7 +1/1)1,30-1/1,30=293 x 80,230

T2 = 293 x 1,613 = 467,8

t2 = T2 – 273 = 467,8 – 273 = 194,8ºC

5.0 – TRABALHO NA COMPRESSÃO ISOTÉRMICA

Figura 16 – Diagrama dos trabalhos na compressão isotérmica

Para manter a temperatura constante, é necessário retirar calor enquanto se a realiza a compressão

A equação da curva isotérmica é: p . V = Constante

O volume inicial V1 do gás é reduzido ao valor final V2 enquanto se processa a variação da pressão, do valor p1 correspondente a pressão atmosférica ao valor final p2

O trabalho total absorvido na compressão isotérmica desde o início da compressão até a completa expulsão do ar comprimido é dado por ττττtotal= ττττABCGA + ττττGFDCG - ττττABDEA

Este trabalho total pode ser expresso pela equação:

ττττtotal = 2,3 x p1 . V1 . Lg(p2/p1)

TRABALHO NA COMPRESSÃO ISOTÉRMICA 6.0 – TRABALHO NA COMPRESSÃO ADIABÁTICA

Figura 17 – Trabalhos na compressão adiabática e na compressão isotérmica

A área AIGA representa a economia do trabalho na compressão isotérmica comparada com a da compressão adiabática. A conclusão é que o ideal seria uma transformação isotérmica no compressor, mas na realidade o que se consegue é uma curva intermediária entre as duas, portanto um trabalho de compressão são compreendido entre o isotérmico e o adiabático.

O trabalho na transformação adiabática écalculado pela expressão:

ττττtotal = k/k-1 . P1 . V1 [(p2/p1)n-1/n - 1]

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ττττ na compressão adiabática e isotérmica

Exemplo 1 – Um volume de 4 m3 de ar acha-se submetido à pressão atmosférica. Determinar os trabalhos que se realizarão sob a forma de compressão isotérmica e depois sob a forma adiabática, quando o ar for comprimido a 6 atmosferas manométricas. Considerar k = 1,40.

1º caso : compressão isotérmica

ττττ = 2,3 x p1 . V1 . Lg(p2/p1)

P1 = 1 atm = 10.330 kgf/m2

ττττ = 2,3 x 10.33 x 4 x lg(6+1/1) = 80.314 kgm

1º caso : compressão adiabática

ττττ= k/k-1 . p1 . V1 [(p2/p1)n-1/n - 1]

ττττ=1,4/1,4 –1 x 10.33 x 4 x [(6+1/1)1,4-1/1,4 – 1] = 107.685 kgm

A compressão isotérmica apresenta sobre a adiabática uma economia de:

107.685 –80.314 = 27.371 kgm

Ou de

27.371 x 100/107.685 = 25,4%

7.0 – POTÊNCIA INDICADA E POTÊNCIA EFETIVA

Conhecendo-se a pressão média, pode-se calcular a potência indicada, pela fórmula:

Pi = pm x Q/75 x 60

P [cv]

Q [m3/min]

pm [kgf/m2]

A potência efetiva Pe , isto é, no eixo do motor que aciona o compressor, é obtida dividindo-se a potência indicada pelo rendimento mecânico ηηηη.

Pe = Pi / ηηηη

A pressão média pm, pode ser encontrada através das seguintes equações:

pm= n/n-1 . p1 [(p2/p1)n-1/n - 1] (compressão politrópica monofásica)

pm= n/n-1 . p1 .2 [(p2/p1)n-1/2n - 1] (compressão politrópica bifásica)

8.0 – INTALAÇÃO DE AR COMPRIMIDO

Uma instalação de ar comprimido compreende:

a) Local dos compressores

b) Linha de ar comprimido

No local dos compressores, além dos compressores tem-se os seguintes elementos:

� Reservatório de ar comprimido;

� Resfriador intermediário (intercooler);

� Resfriador posterior (aftercooler);

� Separador de umidade condensada;

� Purgador;

� Silenciador;

� Filtros

� Acessórios;

� Desumidificadores para secagem total do ar, no caso de certas aplicações

Na linha de alimentação e distribuição de ar comprimido, tem-

se que considerar:

� O traçado da linha;

� O dimensionamento do alimentador e dos ramais;

� Os acessórios a serem instalados e suas localizações

(separadores de condensados, purgadores, filtros,

reguladores de pressão, lubrificantes e válvulas).

INTALAÇÃO DE AR COMPRIMIDO

Antes de considerar os detalhes de uma instalação (uma nova instalação ou uma expansão de uma já existente), éaconselhável estudar as várias exigências especificas de instalação. Devem ser considerados os seguintes pontos:

1. Quais são as exigências atuais, ou necessidades, de ar comprimido, e quais serão as exigências de uma possível expansão futura?

2. Que proteção automática deve ser providenciada para a solicitação não atendida?

3. Quais são as exigências de ar, de quantidade de pressão, para a instalação durante operações normais? O intervalo de tempo em que as ferramentas e máquinas funcionarão, a quantidade de ar necessária, e a pressão exigida deverão ser considerados.

4. Qual é a capacidade do equipamento de fornecimento de ar atual? Este fornecimento de ar pode ser expandido ou estásendo utilizado em sua capacidade plena?

5. A relação entre custo de operação e custo original deve ser considerada.


Nota: Uma vez estabelecidas as exigências de uma instalação de ar comprimido, vários fabricantes poderão fornecer informações a respeito do equipamento disponível. Os tamanhos padrões dos compressores e seus custos correspondentes, por exemplo, podem ser obtidos de fabricantes e fornecedores de equipamentos.

8.1 – Dimensionamento das tubulações


� Perdas de pressão admissíveis ⇒⇒⇒⇒ Na prática adotam-se os seguintes valores para as perdas de pressão admissíveis:

� Perda máxima de pressão na rede até o ponto mais afastado: 0,3 kgf/cm2.

� Tubulações principais: 0,02 atm/100m.

� Tubulações Secundárias: 0,08 atm/100m.

� Tubulações de acesso direto aos trabalhos: 0,20 atm/100m.

� Mangueiras de marteletes, perfuratrizes etc: 0,20 atm/50m.

Para o cálculo dos diâmetros das tubulações deve se fazer algumas considerações.

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� Velocidades admissíveis para o Ar Comprimido ⇒⇒⇒⇒ Adotam-se os seguintes valores:

� Tubulações principais: 6 – 8 m/s.

� Tubulações Secundárias (ramais): 8 – 10 m/s..

� Mangueiras (tubos elásticos de acoplamento de ferramentas): 15 – 30 m/s.

� Critérios de dimensionamento das tubulações ⇒⇒⇒⇒ É notado, que o menor diâmetro de uma ramificação deve ser de 1” e que a menor

saída dessa ramificação, isto é, do sub-ramal, deve ser de ¾”.

⇒⇒⇒⇒ Na determinação do diâmetro das tubulações, empregam-se métodos baseados:

� Na velocidade aconselhável para o escoamento do ar;

� Na perda de pressão admissível.


�1º método: partindo da velocidade de escoamento do ar ⇒⇒⇒⇒

Empregado para o dimensionamento de ramais secundários de até cerca de 10 m.

� Pode-se proceder da seguinte maneira:

Determina-se a vazão em m3/min de ar normal, isto é, descarga livre padrão (Qnormal ou dlp).

Estabelece-se o valor da velocidade que, para os ramais, se situa entre 8 e 10 m/s.

Calcula-se a relação de compressão R para pressão no início do trecho da linha.

R = p + 1 / 1

Acha-se a descarga real Q real para a pressão de serviço p.

Q real = Q normal x 1/R


Exemplo: Um ramal de 9 m de comprimento conduz 3,5

m3/min (dlp) de ar ar sob a pressão de 7 kgf/cm2. Qual deveráser o diâmetro da tubulação?

• Adotando v = 8m/s

• Relação de compressão R = 7 + 1/1 = 8

• Descarga Real Q = 3,5 * 1/8 = 0,437

• Na tabela 3.9, acha-se v = 8 e vazão de 0,463 (valor mais

próximo da descarga real Q = 0437) o diâmetro de 1 ¼”.


INTALAÇÃO DE AR COMPRIMIDOINTALAÇÃO DE AR COMPRIMIDO

�2 º método: Considerando a Perda de Carga (PC)

� Pode-se proceder de uma das formas a seguir:

1º Processo: Escolhe-se o diâmetro em função da descarga e da velocidade e calcula-se por fórmulas apropriadas a PC. Verifica-se então se o valor é inferior ao limite permitido.

2º Processo: Fixa-se o limite para PC e calcula-se o diâmetro correspondente. Adota-se o φφφφ comercial imediatamente superior, se o cálculo não conduzir a um φφφφ comercial do tubo.


Fórmula clássica:

hf = 2/d . l . δδδδ . αααα . v2 = 3,25 . αααα . Q2 . l . δδδδ / d5

Onde:

hf = perda de pressão manométrica (kgf/m2);l = comprimento do encanamento (m). Correspondente à soma do comprimento real com o comprimento equivalente correspondentes às peças, conexões e válvulas.δ= Peso específico do ar comprimido (na T e P no interior do encanamento).v = velocidade do ar (m/s).d = diâmetro do encanamento (m).α = Coeficiente variável com diâmetro e calculado pela expressão:

αααα = 0,000507 + 0,00001294/d

1º Processo: Cálculo da PC nos encanamentos:

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Fórmula da Atlas Copco:

hf = 0,008 . Ql1,85 . ltotal / d5 . pi

Onde:

hf = kgf/cm2

Ql = m3/min (descarga livre)

l = comprimento real mais o equivalente (m)

d = diâmetro (polegadas)

pi = pressão absoluta inicial kgf/cm2

INTALAÇÃO DE AR COMPRIMIDOINTALAÇÃO DE AR COMPRIMIDO


Fórmula da Worthington:

hf = 0,842 . Q2 . ltotal / d5 . R

Onde:

hf = kgf/cm2

Ql = vazão de ar normal (m3/min)

l = comprimento real mais o equivalente (m)

d = diâmetro interno da tubulação (cm)

R = relação de compressão para a pressão de trabalho.


2º Processo: Cálculo do diâmetro uma vez fixada a PC admissível

Da fórmula clássica, podemos achar a expressão do diâmetro d em função da PC e das demais grandezas:

5

2

25,3

fh

lQd

δα

××××=

Pela fórmula de worthington:

5

2842,0

f

t

hR

lQd

×

××=

O diâmetro da tubulação também pode ser calculado de uma forma mais simples, pela fórmula simplificada de worthington:

vR

Qd

××= 56,14

d = cm; Q= m3/min

V = m/s Figura 18 – Instalação de ar comprimido de médio porte


Remoção do condensado


Figura 19 – diagrama típico de uma instalação de pequeno/médio porte para ar de qualidade industrial ou de laboratório

Figura 20 - Este esquema de instalação com secador e filtros após o reservatório é montado quando o compressor funciona em regimeintermitente e quando o consumo total for produzido pelo compressor.


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1. Compressor 7. Secador2. Resfriador posterior ar/ar 8. Purgador automático eletrônico3. Separador de condensados 9. Pré-filtro coalescente grau x4. Reservatório (vasos de pressão) 10. Pré-filtro coalescente grau y5. Purgador automático 11. Pré-filtro coalescente grau z6. Pré-filtro coalescente 12. Separador de água e óleo

8.1 – Qualidade do Ar Comprimido

� Uma instalação de ar comprimido não precisa apenas fornecer ar na pressão e vazão necessárias aos equipamentos consumidores. É preciso também assegurar a qualidade.

� Portanto, pode-se dizer que a qualidade do ar depende do tipo de compressor e da existência de outros equipamentos para filtrar e/ou remover substâncias indesejáveis. E a qualidade pode ser classificada em quatro níveis:

I. Ar de respiração: hospitais, cilindros para mergulho, respiradores industriais para trabalhos de pintura, jato de areia e similares.

II. Ar de processo: indústria eletrônica, de alimentos, farmacêutica.

III. Ar de instrumentos: laboratórios, pinturas e revestimentos.

IV. Ar industrial: ferramentas pneumáticas e uso geral.

� Basicamente, os teores de contaminação por poeiras, água e óleo definem o nível de qualidade.

Filtros superficiais: À base de celulose revestida com resina, com poros controlados, que retém na sua superfície todas as partículas maiores do que os poros.

Filtros coalescentes: Composto de materiais filtrantes especiais de densidade graduada para retenção de partículas finas com baixa perda de carga. Os aerossóis suspensos na corrente de ar coalescem na forma de gotas e são separados da corrente de ar, com elevada eficiência.

Filtros por adsorção: À base de uma camada central de carvão ativado que retém vapor de óleo e odores pelo efeito de adsorção.

Figura 21 – Filtros de Ar comprimido

(1) 1a camada para pré-filtragem das partículas sólidas;

(2) 2a camada para filtragem de partículas finas;

(3) camada externa de espuma de poliuretano de poros controlados e resistentes a solventes e lubrificantes sintéticos para drenagem de líquidos;

(4) tela metálica perfurada para reforço estrutural;

(5) purgador automático de bóia;

(6) cabeçote do filtro com conexões para manômetro diferencial ou indicador de saturação;

(7) haste de fixação;

(8) anel de vedação;

(9) válvula de alívio manual.

8.2 – Reservatório de Ar Comprimido

�Coloca-se próximo à saída do compressor um reservatório de aço cilíndrico de eixo horizontal ou de preferência vertical, para reduzir o espaço ocupado em planta.

�Este, se possível, deve ser instalado ao ar livre, no exterior, para facilitar o resfriamento do ar comprimido antes que passe a tubulação de distribuição e também por questões de segurança.

�Proporcionam ao ar comprimido a oportunidade de tranquilizar-se suficientemente, de modo que o óleo e água arrastados possam separar-se.

�Contribui para redução da umidade, em especial para instalações sem secador, pois alguma água sempre se condensa no mesmo.

�Os reservatórios devem possuir válvula de segurança e purga.

�Volume do reservatório em m3 = (1/10) a (1/6) da vazão do compressor em m3/min.

Figura 22 – Reservatório de ar comprimido, resfriador e separador de condensado

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Figura 23 – Reservatório de ar comprimido

8.3 – Resfriamento do Ar Comprimido

�O resfriamento é imprescindível para se conseguir que a compressão se aproxime o mais possível de uma evolução isotérmica, que, para igualdade de volumes iniciais de ar, consome menos potência que a adiabática.

�Nos compressores monofásicos, o resfriamento se faz com ar ou água, que, neste caso, circula nas camisas dos cilindros.

�Nos polifásicos, além deste tipo de resfriamento, o ar é resfriado ao passar de uma fase para outra, efetuando-se esta operação em um resfriador intermediário (intercooler), onde a T baixa para o valor aproximadamente igual ao do início da operação.

�Os resfriadores intermediários consiste em um sistema de tubos colocados num cilindro. A água circula pelos tubos e o ar, pelo espaço entre eles.

�Também chamado pelo nome em inglês (aftercooler), é um simples trocador de calor que reduz a temperatura do ar, provocando a condensação da umidade que é removida pelo separador.

Figura 24 – Resfriador final de ar comprimido (aftercooler)

Resfriamento do Ar Comprimido

�O melhor resfriador é aquele que baixa a temperatura do ar comprimido à do ambiente , o que nem sempre se consegue.

�Compressores de pequeno porte, como os usados em postos de serviço e pequenas oficinas, não fazem uso do dispositivo. A própria tubulação de saída e o reservatório resfriam o ar e a umidade se condensa no fundo deste último

Resfriamento do Ar Comprimido

�No caso de resfriador a água, existe uma fórmula empírica simples para calcular, de forma aproximada, a vazão necessária da água:

Q = 0,5 + 0,3 t

Onde t é a temperatura de entrada da água em ºC e Q é a vazão de água (l/min) por m3/min de ar aspirado no compressor.

Exemplo:

Se a temperatura de entrada da água for de 22ºC, teremos para a descarga necessária de água para resfriamento:

Q = 0,5 +( 0,3 *22)

Q = 7,1 l de água por minuto por m3 de ar livre aspirado por minuto

�A água deve circular nas camisas, no intercooler e no aftercoolerem quantidade suficiente para que sua Tinicial não se eleve muito, pois quanto mais fria a água, maior quantidade de calor irá absorver.

�Não se deve admitir uma elevação de Tágua superior a 10ºC, sempre que a de entrada não passar de 20ºC. Figura 25 – Esquema de uma instalação de compressor duplex

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8.4 – Secagem do Ar Comprimido

� Existem utilizações do ar comprimido, nas quais este deve ser fornecido inteiramente desumidificado (ex: ind. Farmacêutica, instrumentos de medição, certas ferramentas, determinados processos em indústrias de alimentos, petroquímicas e outras.)

� Em geral, o resfriador posterior consegue remover 60 a 70% da água contida no ar.

� A presença de umidade favorece a corrosão e obstrução das tubulações, deterioração do produto final, pode danificar válvulas, cilindros e outros dispositivos, além do que, elevados custos de manutenção.

� A remoção da maior parte dessa umidade pode ser feita com secadores. No secador por refrigeração a redução da umidade ocorre através do resfriamento do ar com o uso de um circuito comum de refrigeração.

� Para teores menores de umidade, são usados secadores por adsorção. A desumificação do ar comprimido se realiza fazendo o passar por um reservatório de pressão contendo substância química higroscópica e por filtros complementares.

� A substância dessecante mais empregada é a sílica-gel (Si.O2).

� A instalação de secadores por adsorção pode-se apresentar sob uma das formas seguinte:

a. Instalação para pequena vazão de ar e operação intermitente: possui apenas uma coluna com desidratante.

b. Instalação para médias e grandes vazões e operação contínua: Enquanto funciona uma coluna, a outra está tendo seu desidratante recuperado, revezando-se as colunas a intervalos regulares.

� É comum expressar a umidade do ar em termos de ponto de orvalho. Quanto menor, menor o teor de umidade. A tabela abaixo dá uma correspondência para alguns valores considerando patmnormal.

Secagem do Ar Comprimido

Ponto orvalho ºC

0 -5 -10 -20 -30 -40 -60 -80

Umidade ppm 3800 2500 1600 685 234 80 6,5 0,3

Figura 26 – Esquema de uma instalação de desumidificador por adsorção sem aquecimento

Secagem do Ar Comprimido

Figura 27 – Secadores de ar por adsorção sem aquecimento

Secadores de Ar Comprimido por Adsorção sem aquecimento

Figura 28 – Secador por adsorção com aquecimento

Nota: Alguns dessecantes não precisam de aquecimento e são regenerados apenas com a passagem de ar seco.

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Figura 29 – processo de secagem por adsorção com aquecimento

1. válvula principal inferior

2. válvula principal superior

3. aquecedor interno

4. válvula inferior

5. Termostato

6. sensor de ponto de orvalho

Figura 30 – Proposta de instalação típica com um secador de ar comprimido por adsorção com aquecimento Figura 31 – Secador de ar comprimido por refrigeração

Secadores de Ar Comprimido por Refrigeração

Figura 32 – Proposta de instalação típica com um secador de ar comprimido por refrigeração

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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

I. COSTA, E. C. DA. Arquitetura ecológica:condicionamento térmico natural. ed. Edgard Blücher, São Paulo-SP, Brasil, 2000.

II. DIXON, S. L. Fluid mechanics and thermodynamics of turbomachinery. Boston, EUA, 1997.

III. MACINTYRE, A. J. Equipamentos industriais e de processo. ed. ETC, Rio de Janeiro-RJ, Brasil, 1997.

IV. MANASTERSKI, J. Princípios e teoria de pneumática. Ed.

Polígono, São Paulo-SP, Brasil, 1970.

V. SCHIAVO, A. C. Motores à reação. Ed. EAPAC, Rio de Janeiro-

RJ, Brasil, 19??.

VI. STOECKER, W. F. JEVONS, W. S. Refrigeração industrial. Ed.

Edgar Blucher LTDA., São Paulo-SP, Brasil, 2002.

FlFlFlFláááávio Alves da Silvavio Alves da Silvavio Alves da Silvavio Alves da Silva

(Dr. Engenharia de Alimentos)

e-mail: [email protected]

Diagrama PV – Tipos de Compressão

� Neste diagrama Pressão (P)/Volume (V), a área referente àcompressão politrópica (2-3-7-5) é intermédiaria às outras duas, pelo que se chega à conclusão que este tipo de compressão requer menos de 20% do que a Adiabática (2-3-6-5) e mais 16% que a Isotérmica (2-3-4-5).

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