Produção e Distribuição do Ar Comprimido
Central de compressão de médio porte
Produção e Distribuição do Ar Comprimido
Um circuito pneumático ou hidráulico pode ser facilmente interpretado quando trabalhamos com cores, identificando linhas e equipamentos, o que está ocorrendo com o mesmo ou qual a função que este desenvolverá.
As cores utilizadas pela American National Standard Institute (ANSI) são:
Vermelho – Pressão de alimentação, pressão normal do sistema. Ex.:
compressor.
Violeta – Pressão do sistema de transformação de energia intensificada. Ex.:
intensificador de pressão.
Laranja – Linha de comando, pilotagem ou a pressão básica reduzida. Ex.:
pilotagem de uma válvula.
Amarelo – Restrição no controle de passagem do fluxo. Ex.: utilização de válvula de controle do fluxo.
Azul – Fluxo em descarga, escape ou retorno. Ex.: exaustão para a atmosfera.
Branco – Fluido inativo. Ex.: armazenagem.
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Central de compressão de médio porte – símbolos DIN ISO 1219
Produção e Distribuição do Ar Comprimido
Para pressão e vazão pequenas utilizamos pequenos compressores com
acionamento por motor elétrico, em que o compressor, vários filtros e
um medidor de pressão estão instalados sobre um reservatório
cilíndrico.
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Tipos de compressores
Volumétricos: a compressão é realizada com uma redução do ar aspirado
Turbo compressores: o
aumento de pressão é obtido
imprimindo inicialmente uma
forte aceleração na massa de
ar aspirada e, depois temos
uma notável redução de
velocidade junto a um
aumento de pressão.
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Vazão e Relação de compressão para compressores volumétricos
Para cada giro dos compressores, certo volume de ar, denominado de cilindrada (c), é aspirado, comprimido e encaminhado para a descarga. Sendo a rotação (n) do motor e considerando um rendimento volumétrico (h ) temos uma vazão efetiva (Q).
A compressão (b) é definida a partir da relação entre a pressão absoluta de descarga (p1) e a de aspiração (p2).
Uma característica dos compressores volumétricos é que a vazão gerada é aproximadamente constante com a variação de pressão de descarga.
Os compressores volumétricos são utilizados para vazões baixas.
Os compressores volumétricos geram pressões máximas de 10 a 12 bar. Utilizando-se
compressores volumétricos alternativos de dois ou mais estágios, pode-se obter
pressões bem maiores
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Compressor Volumétrico Alternativo
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Compressor Volumétrico Alternativo
Possui válvulas de admissão e descarga que abre e fecham alternadamente, podem ser de 1 ou dois estágios.
No compressor de 1 estagio é caracterizado por uma fase de admissão e outra de descarga.
No compressor de 2 estagio temos varias etapas: quando a parte superior esta executando a fase de admissão, a parte inferior executa a fase de compressão.
O funcionamento em geral é o clássico sistema biela manivela.
Para comprimir o ar a pressões elevadas necessitamos de compressores de mais de 1 estagio, neste o ar é comprimido no 1 estagio, depois é resfriado (no processo de compressão ocorre o aquecimento do ar), e comprimido novamente.
O compressor alternativo é robusto e com um bom rendimento, seu ponto fraco é nível de ruído durante o funcionamento.
Compressor de 1 estagio atinge pressões de 8 bar.
Compressor de 2 estagio atinge pressões de 15 bar.
Compressor de 3 estagio atinge pressões superiores a 15 bar
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Compressor Volumétrico de Membrana
Funcionamento semelhante aos compressores volumétricos alternativos a pistão, com a diferença que o pistão, vem isolado da câmara de admissão/compressão por meio de uma membrana, evitando assim o contato do ar com as partes deslizantes lubrificadas.
Este tipo de compressor pode atingir pressões de 10 bar,
com uma qualidade do ar comprimido muito elevada. São
utilizados nas industrias farmacêuticas, química,
alimentícia.
Produção e Distribuição do Ar Comprimido Compressor Volumétrico de Palhetas
Neste compressor o rotor é excêntrico em relação a carcaça onde fica a entrada de aspiração e a saída de descarga do ar.
No rotor são montadas palhetas, que deslocam-se radialmente em relação ao rotor.
Quando o rotor roda a uma certa velocidade sob a ação da força centrifuga, as palhetas, deslocando-se, tocam a parede interna da carcaça, desta forma constitui-se uma câmera de compressão entre duas palhetas consecutivas.
É um compressor robusto e confiável necessita ser lubrificado.
Pode atingir pressões de 10 bar.
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Compressor Volumétrico de Parafuso
Produção e Distribuição do Ar Comprimido Compressor Volumétrico de Parafuso
• Compressor parafuso utiliza dois parafusos helicoidais, conhecidos como rotores, para comprimir o ar.
Numa execução do compressor parafuso rotativo, seca, as engrenagens de distribuição assegura que os rotores macho e fêmea mantem um alinhamento preciso. Num compressor parafuso rotativo com lubrificação a base de óleo, lubrificantes no espaço entre os rotores proporciona uma vedação hidráulica e de transferência de energia mecânica entre o tempo de condução do rotor. O ar entra no lado da sucção, e move-se através das roscas dos parafusos.
• A eficácia deste mecanismo depende precisamente de folgas na montagem entre os rotores helicoidais, e entre os rotores e a câmara para a selagem das cavidades de compressão.
• Em um compressor isento de óleo, o ar é comprimido inteiramente através da ação dos parafusos, sem a assistência de um retentor. Eles geralmente têm capacidade de pressão de descarga máxima mais baixa, como resultado. No entanto, em várias fases os compressores livre de óleo podem conseguir pressões de mais de 10 bar, e o volume de saída de mais de 2000 metros cúbicos (56,634 metros cúbicos) por minuto (medido a 60 ° C e à pressão atmosférica).
• Em um compressor parafuso rotativo com lubrificação a base de óleo, o óleo é injetado nas cavidades de compressão para auxiliar a vedação e fornecer dissipador de resfriamento para a carga de gás.
• Este compressor é robusto e confiável, com possibilidade de um elevado valor de vazão, seu
funcionamento é silencioso
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Compressor Volumétrico de Lóbulos (Roots)
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Compressor Volumétrico de Lóbulos
O compressor de lóbulos ou roots é um equipamento classificado na categoria deslocamento positivo e, por sua vez, apresenta dois rotores que giram em sentido inverso, condicionando uma folga não tanto significativa no ponto de tangencia entre si e com relação à carcaça.
Dessa forma o ar entra pela sucção, assim, ocupando a câmara de compressão e sendo liberado na abertura de descarga pelos rotores.
Esses rotores tem por função, basicamente, transferir o ar de uma região de baixa pressão até uma de alta pressão.
É de grande valia ressaltar que os roots não possuem compressão interna, peculiaridade que não se aplica aos compressores volumétricos.
No funcionamento não há uma verdadeira diminuição de volume, a compressão se da por causa do envio de quantidade de ar sempre maior no reservatório
Estes compressores são caracterizados por vazões não particularmente elevadas, são muito caros devido aos lóbulos.
Não necessitam de lubrificação, sua utilização é nas industrias química e alimentícia
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COMPRESSORES DINÂMICOS
Esses compressores trabalham segundo um princípio de
aceleração de massa e são adequados para o
fornecimento de grandes vazões. Os turbo compressores,
como também são chamados, são construídos em duas
versões: Axial e Radial
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COMPRESSOR RADIAL
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COMPRESSOR RADIAL
Este compressor é composto por um rotor com pás inclinadas, como uma turbina. O ar é empurrado pelo rotor devido sua alta rotação e lançado através de um difusor radial. A velocidade é transformada em pressão no rotor, no difusor radial e no de saída.
Os compressores centrífugos multe estágio utilizam 2 ou mais rotores montados no mesmo eixo. Cada estágio tem um difusor radial e um canal de retorno separando os rotores.
As principais aplicações desses compressores estão na área de processos que necessitam de grande quantidade de ar.
Os compressores centrífugos são muito usados, pois mesmo sendo menos
eficientes que os axiais, possuem uma razão de compressão alta em cada
estágio, da ordem de 4:1. Nele o ar entra de forma axial e sai de forma radial
adicionando energia em forma de pressão ao ar.
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COMPRESSOR AXIAL
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COMPRESSOR AXIAL
Esse tipo de compressor é de grande capacidade e de alta rotação, com características totalmente diferentes do radial. Cada estágio consiste de duas fileiras de lâminas, uma rotativa e outra estacionária. As lâminas do rotor transmitem velocidade e pressão ao ar, e a velocidade é transformada em pressão nas lâminas estacionárias.
O compressor centrífugo axial é empregado nas indústrias que necessitam
de ar abaixa pressão e alta vazão, como túneis de vento, combustão,
agitadores, ventilação, resfriamento de gases, petroquímicas.
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Dimensionamento de Compressores Volumétricos
As variáveis de entrada para a escolha do compressor são: vazão, pressão e tipo de acionamento.
Acionamento elétrico: motores de 350 W a 450 kW.
Acionamento motor combustão: 300 W a centenas de kW.
Coeficiente de inserção (I)
Tt é o tempo de trabalho do compressor Ts é o tempo de parada do compressor
Acionamento por motor elétrico I = 0,5 ou 50% (tem como função limitar o numero de manobras, preservando o contator)
Acionamento por motor de combustão I = 0,7 ou 70%
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Dimensionamento de Compressores Volumétricos
Onde:
Q-Vazão efetiva do compressor [ Qc- Vazão das cargas [
k- Coeficiente de ampliação (k varia de 1,2 a 1,5), devido a vazamentos, ampliações, etc..[1/1]
I-Coeficiente de inserção [1/1]
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Dimensionamento de Compressores Volumétricos
No gráfico abaixo considerando a pressão típica de trabalho podemos ter uma
noção do compressor a ser utilizado
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Dimensionamento de Compressores Volumétricos Exercício
Uma planta que possui uma carga do total de ar comprimido de 180 m3/hora a pressão de 12 bar. O tempo de trabalho do compressor é de 1 hora e o tempo de parada é de 30 minutos, adotando um
coeficiente de ampliação de 1,2.determine a vazão efetiva e o tipo de
compressor.
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Dimensionamento de Compressores Volumétricos
Do gráfico tiramos que o compressor
Adequado é o compressor a pistão
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Reservatório de ar comprimido
Funções:
• Armazenar o ar comprimido.
• Permitir ao compressor uma regulagem intermitente.
• Eliminar pulsações de fluido
induzidas na tubulação devido ao aumento improvisado da demanda de carga pneumática.
Reservatórios pequenos geralmente
são horizontas e reservatórios
grandes são verticais
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Capacidade de u reservatório
• Considera-se no dimensionamento a vazão e o sistema de regulagem do compressor.
• Uma recomendação pratica utilizada é que o reservatório deve armazenar pelo menos a produção total de ar comprimido fornecida pelo compressor no primeiro minuto de funcionamento.
Exercício:
Um compressor distribui uma vazão total de 180 m3/min, com pressão de 0,8 Mpa. Calcular a capacidade total do reservatório.(Utilizar a equação dos
gases perfeitos e considerar a temperatura constante)
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Capacidade de um reservatório
Pressão absoluta do ar no estado livre – pa1=0,1 Mpa = 1 bar Volume do ar no estado livre – V1= 180 m3/min
Pressão relativa do ar no reservatório- pr = 0,8 Mpa = 8 bar
Pressão absoluta do ar armazenado- pa2 = pr +pa1= 1 + 8 = 9 bar
. .
. .
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Sistema de regulagem nos Compressores
Devido as alterações de demanda na instalação é necessário efetuar uma regulagem automática, os tipos de regulações mais frequentes são:
• Regulagem com marcha sem carga (Vazio)
• Regulagem por descarga
• Regulagem por fechamento
• Regulagem por garras
• Estas técnicas são utilizadas para evitar as fases transitórias na partida e parada, assim, há uma forte redução na queima, sobretudo de motores elétricos.
• Regulagem com marcha em carga parcial
• Regulagem por rotação
• Regulagem com marcha intermitente
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Regulagem por descarga
Uma válvula de segurança do tipo alivio(5)
determina quando no interior do
reservatório (4) e na rede um determinado
de pressão é ultrapassado, então ocorre a
descarga para o ambiente da pressão em
excesso. A presença da válvula de retenção
sem mola (3) impede que o reservatório
seja esvaziado. Técnica somente utilizado
em instalações de pequeno porte
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Regulagem por fechamento
Uma válvula de controle direcional (5) permite o bloqueio do circuito de aspiração, quando o sinal da rede supera um determinado valor , há o acionamento da válvula direcional (5), que comutando bloqueia o fluxo de ar em aspiração.
Quando a pressão da rede diminui a válvula
direcional (5) retorna a situação inicial e o
compressor retorna a aspirar o ar. A presença
da válvula de retenção sem mola (3) impede
que o reservatório seja esvaziado.
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Regulagem por Garras
Esta regulagem é utilizada nos
compressores de êmbolo de grande
porte. Mediante garras, mantém – se
aberta a válvula de sucção, evitando
assim que o compressor continue
comprimindo.
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Regulagem com marcha em carga parcial
Nesta técnica o compressor esta sempre em funcionamento, mas, quando atinge determinado valor de pressão, o sistema diminui o valor da vazão em relação ao seu valor nominal, esta regulação pode ser efetuado por:
• Regulagem por rotação
Tem-se o completo controle da rotação do motor do compressor,
quanto maior é a rotação maior é a vazão efetiva e vice-versa
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Regulagem com marcha intermitente
Nesta técnica o funcionamento do compressor (2) acionado pelo motor (M1) somente ocorre a plena carga.
O funcionamento é regulado pelo pressostato (S1).
Quando na rede ou no reservatório (4)o valor da pressão excede um valor pré-estabelecido, o contator (k1) desliga o motor (M1), quando a pressão desce abaixo de um determinado valor, o compressor torna a acionar , ligando o contator (k1).
Devemos limitar o numero de vezes de inserção e
desinserção do motor (M1) para evitar o desgaste do
contator (k1), neste sistema necessitamos de reservatórios
grandes. A válvula de retenção sem mola (3), impede que
o reservatório seja esvaziado
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Distribuição de ar comprimido
O ar tratado em uma central de compressão deve ser distribuído para os pontos de consumo, a rede de distribuição deve ser projetada procurando reduzir a queda de pressão nas tubulações e eliminar a condensação de pequena parte de ar.
A distribuição pode ser realizado por:
• Rede aberta a partir da qual são derivadas as cargas pneumáticas
• Rede com linha fechado ou por anéis
• Rede em linha ou entrelaçada
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Rede Aberta
Este tipo de rede é utilizado para consumo ate 100 m3/hora e quando não existe uma simultaneidade de consumo na rede, é indicada quando desejamos abastecer pontos de consumo muito afastados.
Este tipo de rede possui as seguintes desvantagens:
• A queda de pressão aumenta com o aumento da distancia do reservatório
• Não é possível secionar a rede sem
desligar a alimentação
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Rede com linha fechada ou por anéis
A rede com linha fechada parte e retorna após ter feito o percurso inteiro ao longo da tubulação em todo o perímetro do local.
Esta solução em relação a linha aberta possui as seguintes vantagens:
• Maior uniformidade de pressão com variação da absorção de ar na rede.
• Possibilidade de inserir válvulas para futuras
ampliações ou eventuais intervenções de
manutenção.
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Rede com linha entrelaçada
A rede com linha entrelaçada
é a melhor solução no caso
de instalações de grande
porte, entretanto é a mais
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Instalação correta
Deve considerar os seguintes aspectos:
• Tubulações com diâmetros grandes para evitar excessiva queda de pressão, em particular para vazões elevadas.
• Tubulações com restrições mínimas.
• Devem ser evitados ângulos fechados, utilizar componentes com os maior raio possível.
• Cada ponto de tomada de pressão deve ter obrigatoriamente, um registro, ponto de drenagem da agua.
• A tubulação deve ter uma inclinação de 2 a 4%, desta forma a força da gravidade e a
força do fluxo de ar leva a agua para o ponto de drenagem com maior facilidade.
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Exemplo de instalação do catalogo da Norgreen – Rede com linha fechada
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Exemplo de instalação do catalogo da Norgreen – Rede entrelaçada
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Perdas de carga – Queda de Pressão
Em dois pontos diferentes em circuito pneumático depois do gerador colocarmos dois manômetros para medirmos a pressão a passagem do fluido na tubulação, podemos observar que a pressão do manômetro a jusante é menor que a pressão do manômetro a montante. Parte da energia inicial do fluido foi dissipada (perdida) na forma de calor. A esta energia damos o nome de perda de carga.
Esta perda ocorre devido em parte a viscosidade do fluido, ao atrito nas
paredes da tubulação, a mudança rápida de direção e pontos de
estrangulamento.
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Perdas de carga – Queda de Pressão As perdas de carga podem ser:
• Perdas de cargas continuas ou distribuídas: são aquelas que ocorrem ao longo da tubulação reta, de diâmetro constante.
• Perdas de cargas localizadas ou concentradas: são aquelas que ocorrem por causa da mudança rápida de direção do fluido ao longo da tubulação devido aos pontos de estrangulamento.
Uma instalação pneumática é corretamente dimensionada quando as perdas
de carga, são cerca de 0,1 a 0,3 bar. Em geral a queda máxima é de 5% da
pressão de regime. A velocidade do ar comprimido não deve ser superior a 10
m/s.
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Dimensionamento de uma tubulação
Para o calculo do diâmetro da tubulação, linha tronco (principal) mais as derivações para alimentar os vários pontos no interior de uma planta, devemos dispor de no mínimo as seguintes informações:
• Comprimento da tubulação considerada;
• Vazão efetiva;
• Pressão a regime;
• Pontos de estrangulamento (singularidades podem ser curvas,
registros, tes, etc.);
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Dimensionamento de uma tubulação
Tabela apresenta dados técnicos de tubulações em aço para condução de fluidos conforme norma UNI
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Tabela fornece o comprimento equivalente das singularidades de emprego mais comum.
Lt = comprimento total [m]
L = comprimento da tubulação [m]
Leq = comprimento equivalente das
singularidades [m ]
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Dimensionamento
de uma tubulação
Nomograma para
calculo do diâmetro
da tubulação
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Exemplo A
Temos uma tubulação com os seguintes parâmetros:
• Comprimento total da linha tronco:
500 metros.
• Vazão efetiva: 1000 m3/hora.
• Pressão a regime:6 bar.
• Perdas de carga admitida: 0,1 bar.
Calcular o diâmetro Solução:
• Traça-se uma linha que parte do comprimento da tubulação de 500 metros e vazão de 1000 m3/hora, prolongamos a mesma ate a linha A.
• Traça-se uma linha que parte da perda de carga 0,1 bar e pressão de regime de 6 bar.
• Traça-se uma linha pelo cruzamento dos pontos marcados na linha A e B, o cruzamento da linha A e B na linha do diâmetro é o diâmetro mínimo da tubulação.
• Neste exemplo o valor do diâmetro é
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Exemplo B
Temos uma tubulação com os seguintes parâmetros:
• Comprimento total da linha tronco: 500 metros.
• Vazão efetiva: 3000 m3/hora.
• Pressão a regime: 7 bar.
• Diâmetro da tubulação: G4 Calcular a perda de carga Solução:
• Traça-se uma linha que parte do comprimento da tubulação de 500 metros e vazão de 3000 m3/hora, prolongamos a mesma ate a linha A.
• Traça-se uma linha que do cruzamento da linha A e do diâmetro da tubulação G4, prolonga-se esta linha ate a linha B.
• Traça-se uma linha pelo cruzamento do ponto marcado na linha B e pressão de regime de 7 bar, prolonga-se esta linha ate a linha de perda de carga, o cruzamento desta linha com a linha de perda é a perda de carga.
