calculo de linha de ar comprimido
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1
Compressores e Ar Comprimido
Pressão absoluta: é a pressão manométrica ou relativa mais a pressão
atmosférica. Ao nível do mar, a pressão atmosférica é aproximadamente 1,033
kgf (14,7 psi).
Temperatura absoluta: é a temperatura lida em um termômetro convencional,
adicionada de 273 quando referida a graus centígrados e 460 quando graus
Farenheit.
Compressão isotérmica: é quando se comprime um gás sem que a temperatura
do mesmo se altere, isto é, sua temperatura permanece constante.
Compressão adiabática: é quando se comprime um gás sem que haja
transferência de calor sensível, isto é, a compressão é feita em um ambiente com
isolamento perfeito.
Ar livre: é o ar em condições atmosféricas normais. As condições atmosféricas
mudam de local para local, principalmente a pressão atmosférica, que depende
da altitude.
Ar normal: é definido como sendo ar com umidade relativa de 36% a 200C
(680F) e densidade de 1,2014 kgf/m
3 a 1 kgf/cm
2 e 20
0C (0,075 lb/pé
3 a 14,7 psi
e 680F).
Capacidade de um compressor: é a quantidade de gás ou ar comprimido que
ele é capaz de produzir. Normalmente é expresso em m3/min ou CFM (pés
cúbicos por minuto) à temperatura e pressão de admissão.
Eficiência volumétrica: é a relação entre a capacidade e o deslocamento, ou
seja, o volume teoricamente deslocado pelo compressor.
Calor específico: de uma substância é a razão entre a capacidade térmica do
corpo dela constituído e a massa m do corpo considerado.
m
Cc ou
T.m
Qc
Capacidade térmica: é a quantidade de calor necessária para produzir um
determinado acréscimo de temperatura numa massa dada.
T
QC
2
Noções teóricas do ar comprimido
O ar atmosférico é uma mistura de gases com a seguinte composição:
Em volume:
78,06% de nitrogênio (N2), 21,0% de oxigênio (O2), e 0,94% de argônio.
Em peso:
75,5% de N2, 23,2% e 1,3% de argônio.
O peso especifico do ar puro a 00C e pressão atmosférica é de 1,2929 kgf/m
3.
Equação de um gás perfeito
Pela equação fundamental da termodinâmica para um gás perfeito é:
P = pressão absoluta,
V= volume,
m = massa,
T = temperatura absoluta,
R = constante do ar.
A constante R pode ser calculada com os valores já conhecidos do ar:
Assim, para:
P= 1,033 kgf/cm2 V= 1m
3 m= 1,2929 kg
1
0 C = 273 K
R= 273.3,1
1.10.033,14
29,27 kgf.m/kg.K
R ainda pode ser definido da seguinte forma:
R= 29,28 kgf.m/kg.K
R constante universal dos gases perfeitos = 847,7 kgf.m.mole/ kg.K (1545,5
pé.lbf.Mole/lb.0R)
M = peso molecular (para o ar = 28,95 Mole)
PV= mRT
R= PV/mT
R= M
R
3
Se aquecermos uma massa de ar comprimido de T1 até T2 (T2>T1), teremos um
aumento de volume, um aumento de pressão ou ambos. Assim:
P1.V1= mRT1 e depois P2V2=mRT2
Exemplos:
Um tanque com 3,5 m3 contem ar a 7,0 kgf/cm
2 e um termômetro indica uma
temperatura de 230C. Qual a massa de ar no tanque?
m = PV/RT m= 3,5x 80.000/29,28x(273+230) m=32,30 kg
P= 7,0 kgf/cm2 P= 7,0 + 1,0 = 8,0 kgf/cm
2 80000 kgf/m
2
T= 230C T= 23
0 +273= 296
No exercício anterior, qual será a pressão do tanque se temperatura for elevada
para 800C ?
P1= 80.000 kgf/m2 P2=?
V1= 3,5 m3 V2= 3,5 m3
T1= 296 K T2= 800 C + 273= 353 K
P2= P1.T2/T1 P2= 80.000x 353 / 296 P2 = 95.405 kgf/m2
=
9,5 atm
Ainda considerando o tanque do exemplo 1, se forçarmos água para dentro do
mesmo até que a pressão aumente para 125 psi, e a temperatura observada seja
570C, qual será o volume ocupado pelo ar ?
P1= 80.000 kgf/m2 P2= 125 + 14,7 = 139,7 psi = 9,5 kgf/cm2 =
95.000 kgf/m2
V1= 3,5 m3 V2= ?
T1= 296 K T2= 570 + 273 = 330 K
V2 = P1.V1.T2/T1.P2 V2= 80.000x 3,5 x 3300 / 296
0 x 95.000 V2 =
3,3 m3
2
22
1
11
T
V.P
T
V.P
4
Compressão isotérmica / adiabática
Quando se comprime um gás, pela lei geral dos gases: PVn = K
Quando durante a compressão a temperatura se mantém constante a compressão
é chamada ISOTERMICA e a equação será:
n=1 nas transformações isotérmicas
Quando, se retem todo calor proveniente da compressão, a compressão é
chamada de ADIABÁTICA e a equação será:
n = coeficiente de definição do processo
cp = calor específico do ar a pressão constante cp = 0,1321 kcal/kg
cv = calor específico do ar a volume constante cv = 0,0939 kcal/kg
Para o ar no processo adiabático n = 1,40
Para a amônia n = 1,313
Para o freon R12, n = 1,143.
As equações aplicadas à compressão e a expansão adiabáticas, são regidas pela
lei de Poisson:
n
1n
2
1
2
1
P
P
T
T
n
1
2
1
2
1
P
P
V
V
1n
1
2
1
2
1
T
T
V
V
PV = K
PV1,4
= K n = cp/cv
5
Exemplo:
Um compressor comprime adiabaticamente 10 m3 de ar a temperatura de
ambiente de 230
C. Qual será a temperatura do ar comprimido, quando o volume
do mesmo ficar reduzido a 3 m3 ?
1n
1
2
1
2
1
T
T
V
V
14,1
23
10.27323T
T2 = 479,11 K
Portanto a temperatura final será t2 = 479,11 – 273 = 206,11 0 C
Trabalho na compressão isotérmica
O trabalho executado na compressão isotérmica pode ser dado pela fórmula:
total em kgf.m
Gráfico da representação da compressão isotérmica.
1
211total
P
Plog.V.P.3,2
6
Trabalho na compressão adiabática
O trabalho na compressão adiabática, que muitas vezes pode ser considerado
para análise dos compressores alternativos, pode ser dado pela seguinte fórmula:
A curva da figura abaixo mostra a diferença entre o trabalho realizado pelo
processo isotérmico e o processo adiabático.
Gráfico mostrando a diferença entre a compressão isotérmica e a compressão adiabática
Diagrama do compressor alternativo
O diagrama real para os compressores alternativos, é representado por
uma curva politrópica, que está entre a curva isotérmica e a curva adiabática.
Valem as seguintes observações:
1 – A pressão na linha da aspiração deve coincidir com a pressão atmosférica;
2 – O consumo de potência pelo compressor é proporcional a área do diagrama:
portanto se alinha de aspiração estiver abaixo da pressão atmosférica, aumentará
a área do diagrama e portanto o consumo de energia.
3 – Observa-se pela figura abaixo, que a curva politrópica corresponde à fase de
compressão que se situa entre a curva isotérmica e a curva adiabática.
1P
PV.P.
1n
n n
1n
1
211total
7
Na prática, os valores de n para a compressão isotrópica considerados são:
Compressores de ar alternativos lentos e bem refrigerados n = 1,3.
Compressores de ar alternativos rápidos n = 1,35
Compressores frigoríficos resfriados à água para amônia n = 1,25 a 1,28.
Compressores frigoríficos resfriados à ar com freon R 12 n = 1,012 a 1,024.
Curva real do trabalho exercido por um compressor alternativo de pistão
Exercício:
Um volume de 4 m3 de ar acha-se submetido a pressão atmosférica. Determinar
os trabalhos realizados pela compressão isotérmica, adiabática e isotrópica,
quando o ar for comprimido a 6 atm. Manométricas.
1.o caso : Compressão isotérmica:
1
211total
P
Plog.V.P.3,2 total = 2,3. 10330.4.log
1
16 = 80314 kgf.m
2.o caso: Compressão adiabática: n = 1,40
8
1P
PV.P.
1n
n n
1n
1
211total
total =
11
16.4.10330.
14,1
4,14,1
14,1
= 107685 kgf.m
3.o caso: Compressão isotrópica n =1,30
total =
11
16.4.10330.
13,1
3,13,1
13,1
= 101493 kgf.m
Onde se conclui que o processo isotérmico é 25,4% mais econômico que o adiabático e
20,86% mais econômico que o processo politrópico.
Pressão Média no Cilindro
A pressão média no cilindro é dada pela seguinte expressão:
Para compressor monofásicos ou de simples estágio
São empregados para pressões de até 7 atm.
Para as condições normais n = 1,4 e a equação será:
A relação (razão de compressão)
Pm =
1P
PP.
1n
n n
1n
1
21
P1/P2 = r
Pm = 3,5. P1. (r0,285
– 1)
9
Para compressores bifásicos ou de duplo estágio
O ar é comprimido por escalas de um para outro cilindro.
Ou, Pm = 7.P1.(r0,143
-1) para n=1,4
Para 3 estágios: Pm = 10,5.P1.(r0,0952
-1)
Para 4 estágios: Pm = 14.P1.(r0,0714
-1)
Exercício:
Achar a pressão média efetiva para uma compressão politrópica, monofásica e
bifásica, sendo a pressão final de 7 atm. Adotar n = 1,4.
1 – Para compressão monofásica:
Pm = 3,5. P1. (r0,285
– 1) Pm= 3,5.10330.(80,285
-1) = 29240 kgf/m2
2 – Para compressão bifásica:
Pm =
1P
P2.P.
1n
n n2
1n
1
41 Pm= 25012 kgf/m
2
Potência de um compressor
A potência será dada por:
N em CV , Pm em kgf/m2
, Q em m3/s c = rendimento do compressor (0,75 a
0,85)
Pode-se também achar a potência de um compressor com a seguinte fórmula que
dispensa o cálculo da pressão média do pistão
N em CV, P1 em kgf/cm2 e Q em m
3/s
Pm =
1P
P.P.
1n
n.2 n2
1n
1
41
N = c
m
.75
Q.P
N = 3,5.P1. (R0,285
– 1) . Q / c
10
Classificação dos compressores
Os principais tipos de compressores utilizados para ar comprimido são
mostrados na tabela a seguir:
Principais tipos de compressores utilizados na obtenção de ar comprimido.
Compressores Alternativos
Quanto ao efeito: de simples e duplo efeito
Os compressores alternativos de pistão ainda apresentam grande utilização nas
oficinas mecânicas e ferramentarias em geral.
São denominados de simples efeito quando somente um lado do cilindro
funciona para beneficiar a vazão do compressor.
São denominados de duplo efeito quando ambos os lados do cilindro são
aproveitados para aumento da vazão do compressor
Quanto ao estágio: de simples ou múltiplos estágios
11
O efeito do estágio em compressores está ligado com a possibilidade do
aumento de pressão no compressor, fazendo com que o gás saia de um cilindro e
entre em outro cilindro já com a pressão de saída do anterior.
Denomina-se simples estágio quando passa apenas por um para desenvolver a
pressão necessária no ar
Denomina-se de múltiplos estágios quando passa por vários cilindros além do
primeiro cilindro, aumentando assim, gradativamente a pressão de saída do ar.
Exemplo de compressor de 2 estágios com pistões cruzados
12
Exemplo de compressor de dupla ação
Os compressores de pistão podem ser usados para vazões que variam de 2 a 300
m3/ min, compressões que podem variar de 2 a 400 kgf/cm
2 e potências de 8000
CV, com rotações entre 300 a 1500 rpm, dependendo do tipo de construção e
aplicação necessária.
Compressores de pistão compactos
Bastante utilizados em oficinas mecânicas, borracharias, pintura profissional,
etc. Apresentam já acoplado ao sistema o reservatório de ar comprimido.
Estes tipos de compressores, embora com capacidades limitadas, são bastante
utilizados devido a sua versatilidade e segurança.
Compressor compacto de vários estágios Compressor compacto de 2 cilíndros e
duplo estágio
13
Compressores de pistão isentos de óleo
Para aplicação onde é necessário um ar absolutamente isento de óleo, os
compressores de pistão podem ser construídos de maneira a não receberem
lubrificação em seus cilindros.
Neste caso são empregados anéis de compressão e anéis guias construídos com
materiais a base de carvão, ou mais modernamente de teflon.
Compressores rotativos
Os compressores rotativos mais utilizados em aplicações industriais são os de
palhetas, os de parafusos e os turbocompressores.
Compressores de Palhetas
São constituídos por um rotor montado em um cilindro, no qual são dispostas
laminas com movimento radial livre.
Devido ao movimento do rotor, as laminas (palhetas) são forçadas contra as
paredes do cilindro, aprisionando desta maneira o ar. Como o rotor está
localizado excentricamente, ocorre gradual diminuição do volume de ar entre
elas, ocorrendo conseqüentemente a compressão.
Compressor de palhetas
Como exemplo da aplicação desses compressores estão os compressores usados
largamente na industria dos refrigeradores, principalmente os domésticos.
Os compressores de palheta oferecem um fluxo relativamente continuo do ar,
sendo utilizados em sistemas onde existe a necessidade de troca de calor entre o
gás utilizado e outro meio qualquer.
Nos compressores de refrigeradores utiliza-se o gás Freon 12 ou o gás Freon 22.
Nos sistemas industriais de frio o mai9s utilizado ainda é o Amônia.
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Exemplos de aplicações de compressores de palhetas
Compressores Helicoidais
Também conhecidos como compressores de parafusos, foram desenvolvidos na
década de 30; porém sua popularidade só teve lugar recentemente.
Uma das grandes vantagens dos compressores de parafusos reside na sua
reduzida manutenção necessária.
Existem dois modelos básicos de compressores de parafusos: os que fornecem ar
totalmente isento de óleo e os que fornecem ar com traços necessários de óleo.
Corte representativo de um pequeno compressor helicoidal
Compressores de parafusos isentos de óleo: trabalham com parafusos secos, isto
é, sem lubrificação. São compostos de 2 rotores que se engrenam, chamados de
parafusos macho e fêmea. Os parafusos giram juntos para espremer o ar e
aumentar a pressão. Como não existe lubrificação entre os parafusos, ocorre a
necessidade de uma maior folga entre os mesmos, de maneira a evitar-se o
contato entre eles e compensar as naturais dilatações provenientes do calor
gerado.
15
Compressores com parafusos lubrificados: Este tipo de compressor alcançou
grande popularidade. Durante o processo de compressão, é injetada considerável
quantidade de óleo no ar que está sendo comprimido.O óleo lubrifica as partes
móveis, veda as folgas existentes entre os parafusos e destes com a carcaça e
retira o calor de compressão. A refrigeração dessas máquinas é realmente feita
pelo óleo, que por sua vez, pode ser resfriado por água ou ar.
O ruído proveniente dos compressores de parafusos lubrificados é considerado
baixo e pode ser consideravelmente reduzido ainda mais por meio de cabines
acústicas. Nestes casos o nível de ruído ficará na ordem de 70 a 80 decibéis.
Caixa de um compressor helicoidal bipartida.
Seqüência de funcionamento e princípio de compressão do ar de um compressor helicoidal ou
de parafusos
16
Instalação de ar comprimido
Uma instalação de ar comprimido deve compreender
1 – O local adequado para instalação de compressores;
2 – Linha de ar comprimido para atender determinada necessidade.
Na sala de compressores devem ainda ser instalados os seguintes equipamentos:
- reservatório de ar comprimido;
- resfriador intermediário (intercooler);
- resfriador posterior (after cooler);
- separador de condensado;
- purgador;
- silenciador;
- filtros;
- acessórios;
- desumificador para secagem do ar em certas aplicações especiais.
Desenho isométrico da montagem típica de uma sala de compressor de ar comprimido
Deve-se escolher o melhor local para instalação da sala dos compressores.
O ideal seria instalar os compressores no centro geométrico do consumo, de
maneira a economizar as tubulações. Porem também devem ser observadas as
exigências com relação ao ruído, espaço disponível, proximidade de alimentação
de energia elétrica para acionamento dos motores, tomada de ar externo e
ventilação.
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Linha de ar comprimido
Deve seguir uma disposição lógica dos seguintes itens:
1 – Determinação dos pontos de consumo
2 – Consumo individual e total das linhas de ar comprimido
3 – Dimensionamento das tubulações
a - cálculo dos diâmetro da tubulação;
b - cálculo das perdas de carga
c - cálculo da pressão total necessária na linha
d – cálculo da potência do compressor
e – seleção do compressor
1 – Determinação dos pontos de consumo.
Devem ser levados em consideração as ferramentas e equipamentos necessários,
com previsão de aumento futuro e principalmente o fator de utilização
recomendado.
Equipamento Consumo m
3/min
dlp (descarga livre padrão) Fator de utilização
Furadeiras 0,33 a 3,4 0,2 a 0,05
Rosqueadeiras 0,45 0,2
Aparafusadeiras 0,9 0,1
Esmerilhadeiras 1,5 a 2,5 0,3 a 0,2
Bicos de limpeza 0,5 0,1
Rebitadores 1,10 a 1,30 0,10 a 0,05
Rebarbadores 0,37 a 0,73 0,2 a 0,1
Unidade de jato de areia 1,55 0,2
Pistola de pintura 0,25 0,5
Sopradores de macho 0,65 0,5
Talha pneumática 2,00 a 5,80 0,10 a 0,05
Chaves de impacto 0,90 a 1,35 0,20 a 0,10
Velocidades admissíveis para linhas de ar comprimido
- Tubulações principais: 6 a 8 m/s.
- Tubulações secundárias:8 a 10 m/s
- Mangueiras e tubos para acoplamentos de ferramentas: 15 a 30 m/s.
Um valor indicado para início de projeto de redes seria tomar a velocidade em
torno de 8m/s.
18
Perdas de Pressão admissíveis em linhas de ar comprimido
- Perda máxima de pressão na rede até o ponto mais afastado: 0,3 kgf/cm2
- Tubulações principais: 0,0002 kgf/cm2/m (para cada m de tubulação) ou
0,02 atm/100m.
- Tubulações secundárias: 0,08 atm/100m
- Ramais de acesso direto aos postos de trabalho: 0,20 atm/100 m
- Mangueiras de marteletes, perfuratrizes etc.: 0,40 atm/100 m
Dimensionamento de ramais até 10 m de comprimento.
Procede-se da seguinte forma:
- Determina-se a vazão em m3/min de ar normal, ou seja; a descarga livre
padrão (Qnormal ou dlp).
- Estabelece-se o valor da velocidade entre 8 a 10 m/s para pequenos
ramais.
- Calcula-se a relação de compressão para a linha.
1
1PR
- Acha-se a descarga real (Qreal) para a pressão de serviço P.
- Na tabela seguinte, entrando-se com a velocidade escolhida e o valor da
vazão real Qreal , acha-se na primeira coluna o valor do diâmetro.
É recomendável que o diâmetro mínimo desses trechos não seja inferiors que ½”
polegada.
Volume real de ar comprimido (m
3/min.), em função da velocidade do escoamento e
do diâmetro da tubulação
19
Pode-se ainda utilizar a seguinte fórmula para o cálculo desses ramais de
tubulação:
v.R
Q56,14d d em cm , Q vazão normal em m
3/min, v em m/s
Bitolas para tubulação schd. 40
Diam.
Nominal 1/8” 1/4" 3/8” 1/2" 3/4" 1” 11/4” 11/2” 21/2” 2” 3” 4” 6” 8”
Diam.
Interno
(cm)
0,68 0,92 1,25 1,58 2,09 2,66 3,50 4,09 5,25 6,27 7,8 10,2 15,4 20,3
Calculo das perdas de carga nos encanamentos
Existem várias maneiras e fórmulas para se calcular as perdas de carga em
tubulações de ar comprimido.
Utilizaremos a fórmula da Worthington
hf =
2
5
total
d.R
Q.l.842,0
onde : hf = perda de carga em kgf/cm2
ltotal = comprimento real mais equivalente em m
Q = vazão de ar normal m3/min
R = relação de compressão para a pressão de trabalho
d = diâmetro interno da tubulação em cm
Exemplo: Linha de ar comprimido de pressão 7 kgf/cm2 e temperatura de 20
0 C
Uma linha de ar comprimido deve abastecer as seguintes ferramentas:
3 furadeiras
3 rosqueadeiras
4 esmerilhadeiras
2 rebitadores
4 jatos de limpeza
Determinar o volume total de ar necessário, a perda de carga na linha e a
potencia a ser instalada, com máximo comprimento da linha de 200 m, sendo
100 m de Diâm. 2” e 100 m com Diâm. 11/2 ” e metade da vazão.
20
A vazão total será:
Q = 2x0,2x3 + 0,45x0,2x3 + 2x0,3x4 + 1,2x0,10x2 + 0,5x0,1x4 = 4,31 m3/min.
Perda no trecho de 1 1/2”
Q = 2,16 m3/min
Aplicando a fórmula da Worthington
hf =
2
5
total
d.R
Q.l.842,0 =
5
2
8,3.8
65,2.100.842,0= 0,093 kgf/cm
2
Perda no trecho de 2”
Q = 4, 31 m3/min
hf =
2
5
total
d.R
Q.l.842,0 =
5
2
1,5.8
31,4.100.842,0= 0,056 kgf/cm
2
Perda no ramal com maior consumo
(esmerilhadeira Q = 0,3x2 = 0,6 m3/min) e comprimento de 6 m.
Utilizando mangueira de ½” teremos
hf =
2
5
total
d.R
Q.l.842,0 =
5
2
27,1.8
6,0.6.842,0= 0,068 kgf/cm
2
A perda de carga total será ht = 0,093+0,056+0,068 = 0,217 kgf/cm2
Como a perda até o ponto mais afastado poderia ser 0,3 kgf/cm2, está OK.
21
Tabela de perda de carga em acessórios para linhas de ar comprimido
22
Instalação de acessórios de ar comprimido
Reservatório de ar comprimido, resfriador e separador de condensado.
Reservatório de ar comprimido
Deve ser instalado se possível ao ar livre, no exterior, para facilitar o
resfriamento de ar antes que atinja a tubulação de distribuição.O ideal seria o ar
se resfriar até a temperatura ambiente, o que é raro de se conseguir
perfeitamente.
Os reservatórios possuem ainda as seguintes funções:
1 – Reduzem os efeitos de pulsação dos compressores alternativos;
2 – Atendem com rapidez as demandas extraordinárias de ar, que podem ocorrer
eventualmente e momentaneamente;
3 – Esfriam o ar antes que passem para a tubulação. Com isso se evita que uma
grande quantidade de condensado vá à linha e alcance os equipamentos;
4 – Devem possuir válvula de segurança e tubo de purga;
5 – Entre o resfriador posterior do compressor e o reservatório deve ser instalado
um separador de condensado.
23
Capacidade do reservatório de ar comprimido:
1.o caso- apenas como tranqüilizador do ar:
V = Q.5 Q em m3/min. V em m
3
2.o caso – para instalações de grande importância
V = 3 Q
3.o caso - para compressores rotativos
V = 0,5. Q.5
Resfriamento do ar
O resfriamento é imprescindível para se conseguir que a compressão esteja o
mais próxima de um sistema isotérmico.
Também é usado para se evitar que se decomponha o óleo da lubrificação, pois
quando não é adequado o resfriamento, o óleo pode produzir incrustações nos
encanamentos nos encanamentos e cilindros e dar lugar a misturas explosivas.
O melhor resfriador ideal seria aquele que baixa a temperatura do ar comprimido
à temperatura ambiente, o que nem sempre é possível.
A superfície de resfriamento deve ser, no mínimo, de 0,25 m2 por m
3/min de ar
livre aspirado.
Quantidade de água para o resfriamento:
5,0)t.3,0(Q
Q = vazão de água em l/min por m
3 de ar livre aspirado
t = temperatura da água na entrada do compressor ou resfriador
Exemplo:
Se a temperatura de entrada da água é de 200 C, a descarga necessária para
resfriamento será:
Q = (0,3.20)+0,5 = 6,5 l/min de água para cada m3
de ar comprimido
aspirado.
24
Separador da umidade contida no ar
O ar atmosférico nuca está completamente seco, contendo sempre alguma
umidade.
Como se sabe, uma certa quantidade de ar vai reduzindo seu volume a medida
que vai sendo comprimido. Se a temperatura não variar, diminuirá na mesma
proporção sua capacidade se reter umidade.
Suponhamos que o ar a pressão normal (1 atm ) possua 50% de umidade;
A 2 atm deverá possuir uma quantidade absoluta de 100% de umidade;
A 3 atm deverá possuir uma quantidade de umidade de 150 %
A 6 atm, pressão normal de trabalho em muitas indústrias, será de 300 %.
Haverá assim uma umidade excedente de 200% sobre o ponto de saturação que
é de 100%. Acima de 100%,ou seja, acima do ponto de saturação, a água não
pode continuar sob o estado de vapor e então se condensará.
Mas como a temperatura também varia, o aumento de temperatura ajuda a reter
a umidade no ar comprimido.Esse aumento se calcula duplicando-se cada 11%
de capacidade retentora para cada 100 C de aumento de temperatura.
Na prática isso não ocorre, pois devido ao efeito do resfriador posterior, ao
compressor, a temperatura final do ar é de aproximadamente 400
C, não
aumentando portanto a capacidade de retenção da umidade na quantidade
suficiente para garantir a segurança da linha.
A água condensada deve ser retirada antes que chegue as ferramentas, motores,
equipamentos e instrumentos, pois sua presença é muito prejudicial, tanto pela
redução do rendimento, como pela deterioração que provoca nos equipamentos e
pela corrosão nas tubulações e conexões.
Instalação típica de um separador de condensado da marca Sarco na linha de ar comprimido
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Instalação de acessórios
Filtros de ar e lubrificação das máquinas
Quando o ar se apresenta se apresenta contaminado por partículas, ou traz muita
umidade condensada, recomenda-se a instalação de um filtro com dreno, tão
próximo quanto possível do ponto de consumo.
Estes filtros operam, de modo geral pelo principio de ciclone, sendo dotados de
um elemento de filtro feito de tela fina de arame, bronze sinterizado ou
cerâmica, dependendo da qualidade do ar que se deseja.Podem ter drenagem
manual ou automática.
A lubrificação é de grande importância para a vida e desempenho das
ferramentas pneumáticas.
Algumas ferramentas são dotadas de lubrificadores embutidos, enquanto a
maioria não.
Os lubrificadores devem ser colocados o mais próximo possível do ponto de
utilização do ar comprimido e a quantidade de óleo fornecida deve ser
controlada a fim de se evitar o excesso.
Quando uma ou várias ferramentas possuindo o mesmo consumo de sar são
usadas alternadamente numa mesma tomada de ar, o lubrificador tipo neblina de
óleo apresenta excelente resultado.
Atualmente, alguns lubrificadores de linha introduzidos no mercado são
projetados para trabalhar satisfatoriamente a despeito das grandes variações de
consumo de ar.
Unidade de tratamento de ar da Atlas Copco: Conjunto de Filtro de ar, Regulador de
pressão e Lubrificador
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Mangueiras e suas conexões
Ferramentas pneumáticas e outros dispositivos acionados com ar comprimido
são geralmente ligados a rede de ar através de mangueiras.
Estas mangueiras são de tipo especial, devem resistir a uma pressão de 4 a 5
vezes a pressão máxima de trabalho além das intempéries e ao óleo.
As mangueiras de 1” ou mais devem ser fixadas no piso ou solo.
Mangueira recomendada para instalação de ar comprimido
As mangueiras são ligadas à rede e as ferramentas através de engates de
acoplamento.
Há basicamente 3 tipos principais de engates.
- tipo rosqueado;
- tipo rápido com garras e,
- tipo rápido automático.
Quando a mangueira fica permanentemente ligada à ferramenta, emprega-se o
engate de tipo rosca juntamente com um niple rosqueado para mangueira.
Para pressões mais altas, grandes instalações ou condições severas de trabalho,
por exemplo, em minas, emprega-se engates rosqueados.
O engate do tipo (de garras) é muito empregado e oferece grande possibilidade
de combinação visto que as garras são de igual tamanho para vários diâmetros
da tubulação ou mangueira.
Engates rápidos de garras
Engate com rosca Engate automático
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Vazamento em linhas de ar comprimido
As perdas por vazamento em uma instalação de ar comprimido devem ser as
menores possíveis.
Fazendo-se as medidas de perdas por vazamento em instalações industriais,
pode-se chegar surpreendentemente a resultados extremamente altos, por volta
de 20 a 30 %. As perdas consideradas aceitáveis para instalações de médio e
grande porte chegam em torno de 5%.
Perda em sistemas de ar comprimido conforme o diâmetro do furo existente
Pressão em linhas de ar comprimido
Como visto anteriormente a pressão ideal para se trabalhar com ferramentas em
linhas de ar comprimido está entre 6,5 a 7,0 kgf/cm2. Pressões até 6,0 kgf/cm
2
ainda são aceitáveis logicamente com uma queda de rendimento do trabalho e
desempenho da ferramenta.
Abaixo desse valor, o trabalho do operador torna-se anti produtivo, chegando
em alguns casos a completa irritação do operador, devido as condições de
trabalho. Não é raro, a causa de acidentes graves devido a essa condição.
Verificação da pressão de trabalho com um manômetro dotado de uma agulha hipodérmica
inserida na mangueira junto a ferramenta.
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Instalação de ferramentas e equipamentos
Alternativa para ligação de ferramentas à rede através de diferentes tipos de engates.
Os fabricantes de ferramentas pneumáticas em geral também recomendam os
diâmetros necessários para os engates e mangueiras.
Durante o calculo para o consumo de ar, deve ser adotado o fator de utilização,
conforme a tabela já vista anteriormente no cálculo da linha de ar comprimido.
Contudo, para pequenas oficinas ou fábricas, onde se empregam pequeno
numero de ferramentas, não se deve adotar um fator de utilização muito baixo.
As ferramentas pneumáticas e outros dispositivos acionados a ar comprimido
são em geral projetados para uma pressão de trabalho de 6 a 7 kgf/cm2 (85 a
100 lb/pol2), e os valores fornecidos pelos fabricantes para consumo do ar estão
baseados nesta faixa de pressão.
Se a pressão é sensivelmente diferente destes valores o consumo de ar deve ser
corrigido de acordo.
De acordo com o comprimento da tubulação, a velocidade do ar deverá ficar
entre 6 a 10 m/s. Estes valores garantirão perdas de carga moderadas.
Ramificações de 1” até o ponto de consumo, dotadas de saídas de 3/4" cobrem
praticamente todas as necessidades da industria de um modo geral.
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Alguns tipos de ferramentas pneumáticas e seu uso correto
Chaves de impacto. Esmerilhadeira de ferramentaria.
Esmerilhadeira reta Rosqueadeiras
Furadeira tipo pistola Furadeira pesada com avanço
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Serra circular Rebarbadores
Esmerilhadeira de superfície Tesoura para corte de chapa
Rebitador Martelete rompedor
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Garanta a qualidade do ar e evite acidentes
Redes de ar comprimido com tratamento são instalações que possuem
equipamentos projetados para eliminar os seus três maiores contaminantes:
água, óleo e particulados.
Entretanto não são poucas as instalações que possuem tal tratamento e que,
mesmo assim, continuam com a presença dos contaminantes. Os possíveis
motivos dessa anomalia são: mau dimensionamento, mau funcionamento, erros
de instalação ou operação, ou ainda, instalações obsoletas.
Exemplos de mau selecionamento são os mais comuns, pois a vazão não é o
único fator que deve determinar a escolha dos equipamentos de tratamento de ar
comprimido. Os filtros coalescentes, por exemplo, têm a sua capacidade de
vazão informada em catálogos aliada a uma pressão de trabalho, normalmente
de 7 bar.
Assim sendo, se essa pressão de operação não for exata, é necessário corrigir a
capacidade de vazão do filtrou outro qualquer equipamento - para a condição em
que esse equipamento vai efetivamente trabalhar.
A correção desta capacidade informada dá-se com a aplicação dos fatores de
correção informados pelos próprios fabricantes. Assim, um equipamento que for
trabalhar a uma pressão de operação de 10 bar. terá sua capacidade de vazão
16% menor do que a vazão informada quando aplicado em uma pressão de 7 bar
Cálculo da carga térmica
No caso de secadores de ar comprimido por refrigeração, há outro fator muito
importante que deve ser levado em consideração: a carga térmica. Como o
artifício que o secador usa é reduzir a temperatura do ar comprimido a até
aproximadamente 30C, para provocar a condensação de água, é necessário
prever a energia calorífica que o circuito de refrigeração terá de retirar da massa
de ar comprimido, que é dada pela vazão de ar comprimido, a pressão de
operação e sua temperatura no instante em que entra no equipamento.
Segundo a Norma ISO 7183 Forma B, secadores de ar comprimido por
refrigeração aplicados em climas tropicais, como é o caso do Brasil, devem ter
sua capacidade informada segundo as seguintes condições de aplicação: pressão
de 7 bar e temperatura do ar comprimido de 38 0C, na entrada do secador.
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Caso o secador de ar comprimido por refrigeração não seja aplicado exatamente
nestas condições, também é necessário corrigir a capacidade informada no
catálogo para as reais condições de operação.
A correção da pressão e da temperatura do ar comprimido poderá ser feita
aplicando-se os fatores de correção informados nos catálogos dos próprios
fabricantes.
A importância da temperatura ambiente
Ainda assim, mesmo que sejam observadas e corrigidas as condições de
operação dos secadores de ar comprimido, é necessário ficar atento à
temperatura do ambiente onde está instalado o equipamento, pois a maioria tem
condensação a ar, ou seja, o resfriamento do frigorígeno é feito com o ar
ambiente e, caso este esteja muito quente (o que é comum em salas de
máquinas), pode não trocar calor suficiente e provocar a elevação da pressão do
circuito frigorífico, desarmando o secador através do pressostato de segurança.
Pensando complexidade do problema e em todos os fatores que devem ser
resguardados para que realmente se tenha um ar comprimido de boa qualidade
(sem água, óleo e particulado), é se desenvolveu o sistema de monitoramento
das condições de operação em secadores de ar comprimido por refrigeração. O
secador de ar comprimido monitora continuamente as temperaturas envolvidas
no processo de secagem: a temperatura ambiente, a de entrada do ar
comprimido, de saída do ar comprimido, de evaporação do frigorígeno e de
evaporação do ar comprimido.
Sistema de filtragem do ar e purificação da Metalplan.
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Através de um painel microprocessador, é possível ajustar para cada setor as
temperaturas mínimas e máximas permitidas para cada instalação. Caso alguma
temperatura ultrapasse os limites pré-ajustados, o painel alarmará avisando o
operador sobre a anomalia. Pode-se programar o secador para apenas alarmar e
seguir operando ou desligar em caso de qualquer anomalia.
Tudo isso para garantir ao usuário a entrega de ar comprimido 100% isento de
contaminantes (água, óleo e particulados), ou seja, a garantia do retorno do
investimento na qualidade do ar comprimido de suas instalações.
O ar comprimido gerado por compressores, sejam eles lubrificados ou
não, possuem uma certa quantidade de água, ou condensado, proveniente da
umidade relativa do ar.
Além disso, outros contaminantes contidos no ar atmosférico são arrastados
para dentro do compressor quando ocorre a admissão de ar e
posteriormente são descarregados na rede de ar comprimido.
Quando da existência de compressores lubrificados, existem ainda uma certa
quantidade de óleo que misturada ao ar e ao condensado formam uma mistura
de alto índice de ph que passará a atacar elementos de plásticos e borracha nos
pontos de utilização de ar comprimido. Além disso, se a rede de ar utilizar
materiais de baixa qualidade, bem como tiver diversos anos de utilização,
haverão partículas metálicas sendo carregadas pelo fluxo de ar, até o momento
de encontrar uma barreira, que poderá ser uma válvula ou cilindro
pneumático.
Os custos com reparos de equipamentos pneumáticos tem-se elevado em
diversas empresas somente pelo fato de não haver um tratamento
adequado do ar comprimido.
Exemplo de aplicação do secador de ar comprimido da Metalplan.
UNIDADE INTEGRADA DE TRATAMENTO DE AR COMPRIMIDO.
O exclusivo filtro coalescente de alta eficiência pré - instalado no interior do
secador forma um conjunto que propicia uma série de benefícios ao usuário,
principalmente quando comparado a um secador convencional.
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Ponto de orvalho de 3ºC garantido
Um filtro coalescente grau M20 (eficiência D. O. P.= 99,98%) é instalado no
ponto de menor temperatura (3ºC) do secador Metalplan, o que é impraticável
nos secadores convencionais. Somente isso pode assegurar que todo o
condensado formado será removido, impedindo que qualquer condensado
residual prossiga e reevapore no trocador de calor ar X ar do próprio secador.
Nenhum separador mecânico de condensados - centrífugo, demister, etc. -
aproxima-se dessa eficiência. Por outro lado, instalar um filtro de alta eficiência
após o secador simplesmente não trará resultados, pois o condensado residual já
terá sido reevaporado. Resultado: umidade relativa 35% menor e residual de óleo
12 vezes inferior aos secadores convencionais.
Perda de carga reduzida:
A ausência de conexões entre o separador de condensado e o filtro coalescente,
além de uma geometria exaustivamente calculada, obtém um arranjo que
minimiza a perda de pressão no sistema. Assim, você economiza energia (cada
0,1 bar de perda de carga aumenta 0,5 % o consumo de energia).
Instalação simplificada:
Recebendo um pacote pré-montado, você não precisa se preocupar com a
interligação do secador com pós-filtro, etc. Outro ganho para a sua empresa.
Custo inferior
Compare o valor de um secador convencional somado ao custo de um pós-filtro
coalescente com o valor do secador Metalplan com filtro interno. Não seria
preciso dizer mais nada, mas...
O secador Metalplan oferece ainda mais vantagens:
- Ecológico: os gases frigoríficos R.22 e R.134.a utilizados em nossos
secadores são isentos de CFC, ajudando na preservação da camada
de ozônio;
- Construção vertical: menor área ocupada;
- 2 anos de garantia;
- Equipado com Danfoss: qualidade nos componentes;
- Projetado para climas tropicais;
- Pleno acesso para manutenção;
- Made in Brasil
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Classes de pureza do ar comprimido
Ar comprimido classe 2.4.2
conforme norma ISO-8573/1
• partículas 1 µ
• ponto de orvalho + 3 °C
• óleo 0,1 mg / m³
Ar comprimido classe 1.4.1
conforme norma ISO-8573/1
• partículas 0,1 µ
• ponto de orvalho +3ºC
• óleo 0,01 mg/m³
Ar comprimido classe 1.4.1
conforme norma ISO-8573/1
• partículas 0,1µ
• ponto de orvalho +3ºC
• óleo 0,01 mg/m³
• sem odor
Aplicações
Este esquema de instalação com secador e filtros após o reservatório é montado quando o
compressor funciona em regime intermitente e quando o consumo total for produzido pelo
compressor.
Quando o volume de ar requerido for muito variávelcom solicitação instantânea muito grande
ou muito menor que a produção do compressor, instalar o reservatório após o secador e filtros.
A B C
• Uso geral
• Motores pneumáticos
• Ferramentas pneumáticas
• Jateamento
• Instrumentação
• Pintura
• Automação
• Transporte pneumático
• Teares pneumáticos
• Injeção de plástico
• Circuitos integrados
• Ind. farmacêutica, química e
alimentícia
• Ar para respiração
• Pasteurização
• Fermentação
• Ar para geração de oxigênio
• Processamento de filmes
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Conjunto completo de refrigeração, filtragem e secagem do ar comprimido para
diversas aplicações.
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Cuidados na operação de redes de ar comprimido
Válvula esférica
Feche o ar comprimido com a válvula esférica quando não estiver trabalhando.
Abra lentamente a válvula esférica no intuito de descobrir falta de ajuste ou mau
posicionamento das ferramentas.
Fechamento da válvula Abertura lenta da válvula
Preparação das unidades de ar
Cheque por solventes os quais podem alterar a estrutura dos policarbonatos,
materiais com os quais são feitos os suportes de lixas e esmeris, devido a
possibilitar uma ferramenta mais leve para uso.
Normalmente os policarbonatos são resistentes e difíceis de quebrar. Caso
necessite utilizar solventes agressivos como compostos de benzenos, acetonas e
outros, contate o fabricante da ferramenta para escolha do material correto.
Utilize o escudo de proteção da ferramenta. Para ferramentas pequenas é
conveniente a utilização do guarda mão. Proteção colocada acima do disco da
esmerilhadeira e que serve como proteção no caso de estilhaço do disco.
Utilização correta de uma lixadeira.
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Engates rápidos automáticos
Use engate rápido se o comprimento da mangueira for maior que 3 m.Os engates
rápidos são geralmente dispositivos seguros.
Engates rápidos com garras
Deve-se ter muito cuidado na hora de se abrir ou desengatar um engate rápido
devido a saída do ar comprimido.
No manuseio do engate rápido é obrigatória a interrupção do fluxo de ar
comprimido, para se evitar acidentes, principalmente da vista.
O engate rápido com garras deve ser acoplado ou retirado por torção de uma das
partes e não por arranque como no caso do engate rápido automático.
Exemplo de manipulação do engate rápido com garras
Uso de ferramentas
No ajuste que for necessário ou para fixação de engates e braçadeiras em
mangueiras e engates, evite o uso de chave de fenda. A chave de fenda pode
escapar com facilidade ferindo a mão ou outra parte do corpo.
De preferência sempre que possível a chave de boca.
Para ajuste e montagem de mangueiras de ar comprimido nos bocais de
ferramentas ou engates, utilize sabão para melhorar o encaixe, nunca utilize
óleo.
Rompimento da mangueira de ar comprimido.
No caso do rompimento de uma mangueira de ar comprimido proceda da
seguinte maneira para evitar maiores danos:
1 – Proteja imediatamente o rosto para evitar que a mangueira chicoteie a face
causando ferimentos e para evitar que o ar sobre pressão atinja a vista.
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2 – Procure pisar na mangueira de ar, comprimindo-a fortemente contra o piso,
impedindo que a mesma requichoteie.
3 – procure a válvula da linha correspondente e feche-a imediatamente.
4 – Evite limpar uniformes e partes do corpo com o ar comprimido.