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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO

INSTITUTO FEDERAL DE GOIÁS COORDENAÇÃO DE MECÂNICA Laboratorio de hidráulica e pneumática

REDES DE

DISTRIBUIÇÃO

DE AR COMPRIMIDO

Goiânia, agosto de 2013.

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REDES DE DISTRIBUIÇÃO DE AR COMPRIMIDO

1.0 – INTRODUÇÃO Chama-se REDES DE DISTRIBUIÇÃO DE AR COMPRIMIDO o conjunto de tubos e dos diversos acessórios utilizados na condução do ar comprimido, A sua utilização deve se ao fato do ponto de geração e armazenagem do referido fluido encontra-se, em geral, distante do ponto de utilização, chamado de consumidor. A rede de distribuição de ar comprimido também recebe o nome de tubulação. Na implantação de uma rede de distribuição de ar comprimido deve-se observar fatores importantes, pois toda a rede poderá funcionar também como um reservatório auxiliar e ainda a seleção pouco criteriosa dos acessórios e tubo causará um baixo rendimento de todo conjunto comprometendo o funcionamento dos equipamentos consumidores de AC. A rede de ar comprimido estende-se da válvula de gaveta ou esfera (registro), na saída do sistema de geração até a entrada da unidade de condicionamento, não incluindo os dois. Também poderá aparecer após o registro que sai do secador ou depois daquele que pertence ao by pass.

A rede de ar comprimido será dividida em duas partes:

1 – RAMAL PRIMÁRIO ( Ramal 1ário) Tubulação que sai do sistema de geração e vai até o ramal secundário. Conforme figura 2

2 – RAMAL SECUNDÁRIO (Ramal 2ário) Tubulação que sai do ramal primário e vai a entrada da umidade de condicionamento.

A figura 1 mostra um diagrama do sistema de geração e a tubulação formada pelo ramal primário e secundário.

Figura 1 – Diagrama do sistema de geração e a tubulação primária e secundária.

Dependendo do Lay Out proposto pela instalação poderão aparecer nas redes de ar comprimido os seguintes equipamentos:

Válvulas Registros de Esferas Registros de Gavetas

Conexões Curvas (raio longo) Curva (raio curto) Cotovelo

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Tee Redução

Acessórios Drenos Filtros

Tubulações Canos Mangueiras

Outros

1.1 - TUBOS CONDUTORES DE AR COMPRIMIDO (AC)

Tubos são condutores fechados, destinados principalmente ao transporte de fluidos. Geralmente, possuem secção circular e em sua grande maioria funciona como condutos forçados. Existe uma grande quantidade de materiais para a confecção destes tubos. A norma A.S.T.M. (American Society for Testing and Materials) especifica uma série deles em que para as aplicações da pneumática dependerá dos seguintes fatores.

- Pressão

- Temperatura

- Coeficiente de atrito (entre as paredes internas do tubo e o fluido)

- Resistência à oxidação e a corrosão

- Grau de segurança 1.1.1 – Materiais mais utilizados para condutores de AC - TUBO PRETO - Não é tratado, e assim corrói rapidamente, deve ser pintado, pode ser

soldado. Apresenta paredes internas bastante lisas o que proporciona um baixo

coeficiente de atrito e, portanto menor P - TUBO GALVANIZADO – é tratado e não necessita de pintura, resiste melhor à

corrosão e não deve ser soldado. Devido ao seu aspecto construtivo, tem paredes

internas bastante rugosa e conseqüentemente uma maior P. Deve ser observado o fato de que os condutores de ar comprimido, conforme normas técnicas devem ser pintados de cor azul. Isto auxilia na identificação dos diversos tubos que irão aparecer numa instalação industrial.

Os tubos mais recomendados são: - ASTM A53 Tubo para uso em geral com ou sem costura e atende aos diâmetros de 1/8’’ até 26’’ de nominal. Podem ser tubo preto ou galvanizado. Indicado para conformação e utilizado em temperaturas de até 400

o C.

- ASTM A120 – Podem ser Preto ou Galvanizado, com ou sem costura ideal para fluidos não inflamáveis a temperatura de 200

o C. Mais econômico que o anterior

- ASTM A134 – Atende grandes diâmetros, geralmente acima de 16’’ pode ser soldado. - TUBOS PLÁSTICOS – É atualmente um grupo muito empregado e pertence à família do PPR (polipropileno copolímero random). Estão disponíveis nos diâmetros de 20 a 160 mm. A utilização desses materiais tem crescido muito nos últimos anos e principalmente na substituição dos aços inoxidáveis. De um modo geral os tubos plásticos apresentam as seguintes vantagens:

Baixa densidade (variando entre 0,9 e 2,2 em relação ao aço carbono com 8,8 aprox.)

Resistente a corrosão

Atrito entre paredes internas e o fluido muito baixo.

Temperatura –20o C a 70

o C.

Antes de iniciar a montagem das tubulações, sempre que possível, deve ser instaladas os equipamentos do sistema de geração como: reservatórios, secadores, filtros

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separadores de H2O/óleo, drenos e demais equipamentos. Pois desta forma torna-se mais fácil a conexão dos mesmos com as referidas tubulações. Os ramais primários, em sua grande maioria, são instalados de forma aérea utilizando suportes que deverão ser fixados na parede ou no teto. Várias são as configurações de suportes de fixação da tubulação/teto ou parede. A figura 2 seguinte mostra três dos diversos modelos de fixação.

Figura 2 – Tipos de suportes utilizados na fixação do ramal primário. (1) - Suspenso por tirantes, (2) - Fixação no teto, (3) - Fixação em parede A união entre os tubos ou entre acessórios pode ser feito em três formas:

- Roscadas, - Soldadas, - Flangeadas.

A seleção do tipo de união a ser utilizada depende de alguns fatores como:

Diâmetro do tubo, o mais importante.

Uniões desmontáveis ou permanentes

Custo

Material A tabela 1 a seguir mostra o tipo de união em relação ao seu diâmetro, pois o projetista poderá encontrar dificuldades em selecionar o tipo de união mais adequada.

Esta informação é válida apenas para tubos de aço, pois no caso PPR todas as uniões e derivações serão feitas por termofusão.

Tabela 1 - Relação tipo de união/Diâmetro

Tipo de União Mín. Máx.

Roscada - 2’’

Soldada 2’’ 8’’

Flangeada 8’’ 14’’

O ramal Primário, quando projetado e instalado deve sofrer uma inclinação, no

sentido do fluxo, geralmente 2% do seu comprimento. A referida inclinação proporcionara a coleta do condensado formado na tubulação ou mesmo o seu restante, pois equipamentos como secadores, filtros e outros quando não atuaram de forma satisfatória permitirão o avanço do condensado ate a distribuição do AC. A ligação entre o ramal primário e o ramal secundário deve ser feita pela parte superior do ramal 1ário, de forma a não permitir a captação do condensado pelo ramal 2ário durante o fluxo de AC para o consumidor. A figura 3 mostra a ligação entre o ramal 1ário e o 2ário para dois tipos de uniões na derivação, sendo uma soldada e a outra roscada. Ainda na mesma figura é mostrada a inclinação do ramal primário.

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Figura 3 - instalação do ramal 1ário e 2ário e a inclinação do ramal 1ário

1.1.2 - Identificação dos pontos de consumo do ar comprimido

A distribuição dos pontos de ar comprimido na planta baixa deverá obedecer ao layout da instalação das máquinas, conforme a linha de produção. Na etapa de identificação dos pontos de AC, conforme a instalação dos consumidores, deve ser adotados uma seqüência de procedimentos que venha auxiliar o projetista. Como sugestão será mostrada o seguinte roteiro:

1- Escolher o melhor local para a instalação do sistema de geração. Ideal seria a instalação do mesmo no “centro geométrico” dos consumidores de modo a economizar tubos de diâmetros maiores. Tal fato raramente acontece, pois surgem problemas de espaços disponíveis, ventilação, ruídos, alimentação de energia e outros.

2 - Marcar na planta baixa os pontos de consumo de AC identificando o consumidor (máquina).

3 - Fazer lançamento da tubulação ligando o sistema de geração até os consumidores. Na referida planta baixa deve aparecer o ramal 1ário e o ramal 2ário. A experiência do projetista nesse momento tem grande importância uma vez de a mesma apresentará soluções mais econômicas.

4 - Dividir a tubulação em trecho de modo a passar por ele sempre a mesma vazão. 5 - Dimensionar a tubulação no trecho observando a velocidade econômica e ainda a

perda de carga. Deverão ser consideradas possíveis ampliações no futuro. 6 - Além da planta baixa com a identificação dos consumidores e lançamento da tubulação,

deverá também ser construído o desenho isométrico da tubulação mostrando todos os componentes, diâmetro, e declividade da tubulação.

1.2 - DIMENSIONAMENTO DAS TUBULAÇÕES

A figura 4 abaixo apresenta o esquema de uma típica instalação geradora/Consumidora de AC, representada em forma de diagrama de bloco. Através desse diagrama à visualização de todo sistema e de suas variáveis fica simplificada, tornando o dimensionamento da tubulação mais didático.

Figura 4 – Diagrama de bloco identificando os componentes e variáveis de uma unidade

geradora/consumidora de AC

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No dimensionamento de condutores de ar comprimido em uma instalação deve-se, inicialmente, fazer o lançamento da tubulação sobre a planta baixa, neste caso será obedecido rigorosamente a disposição dos consumidores, conforme lay-out. Aqui é importante o conhecimento prático do projetista pois a mesmo tornará a instalação mais econômica. Deve ser lembrado que o local e a posição das máquinas consumidoras na planta da indústria devem ser rigorosamente obedecidos, pois as mesmas dependem de vários fatores. Sugestões de prováveis mudanças no lay-out ou planta baixa deveriam ser apresentadas em etapas anteriores.

Na sequência do dimensionamento dos diâmetros e da perda de carga toda a tubulação deve ser divida em trechos. Nos trechos não devem aparecer ramificações, ao longo da sua extensão, pois as ramificações identificam o inicio e o final dos referidos trechos. Após a divisão da tubulação em trechos inicia-se o dimensionamento. Este deve ser feito utilizando dois seguintes critérios:

Pela velocidade econômica, - Veco

Pela perda de carga - P Inicialmente determina-se o diâmetro da tubulação, no trecho em questão, utilizando a velocidade econômica. Em seguida a perda de carga deve ser calculada considerando o mesmo trecho 1.2.1. Dimensionamento da tubulação pela velocidade econômica

O diâmetro da tubulação será dado pela expressão 1.1 a seguir, sendo esta bastante conhecida nas aplicações da H & P

QTOTAL = Veco Atubo (1.1)

Sendo:

QTOTAL Vazão total de ar comprimido, a pressão de linha, que passa pela tubulação no, trecho em estudo.

A vazão total deve ser obtida a partir do somatório de todos consumidores no trecho e o seu valor será dado pelo expressão 1.2 abaixo. n

QTOTAL = QMAQ i...n (1.2) i =1

Particularidades como fabricantes, aplicações, nacionalidades, normas e outros fatores, favorecem a presença de pressões de trabalho diferentes entre as máquinas, não a magnitude, mas também a sua unidade. Portanto, para que seja feito o somatório da vazão de todas as máquinas, presentes no mesmo trecho em estudo, é necessário à conversão destas vazões em uma mesma pressão. Neste caso é sugerida a conversão da vazão a pressão de trabalho para a vazão a pressão de linha. A partir de então faz-se o somatório das vazões. Para a conversão da vazão a pressão de trabalho para a vazão a pressão de linha utiliza-se a expressão 1.3 abaixo. PTRAB. ABS QLINHA = _________________ QTRAB. (1.3) PLINHA ABS

Como já foi visto anteriormente, a pressão de linha é aquela ajustada no

pressostato. A mesma tem um valor máximo (PLINHAmax), quando o compressor entra em alivio e um valor mínimo (PLINHAmin), quando o compressor entra em carga . Estes valores devem ser escolhidos pelo projetista do sistema de geração e distribuição. O valor médio aproximado da pressão de trabalho (PTRAB) na maioria das máquinas deve ser outro fator adotado. Geralmente, para a grande maioria das aplicações o valor médio aproximado da

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pressão de trabalho é de 6 Bar. Como será visto a frente, torna-se mais econômico a instalação de um ramal exclusivo para atender máquinas em que a pressão de trabalho das mesmas estão muito acima de 6 Bar.

Na prática, costuma-se utilizar a pressão de linha mínima como sendo a pressão de trabalho acrescentando 10%, ou seja: PLINHAmin = 1,1PTRAB = 6,6 Bar. Já a pressão de linha máxima é dada pela pressão de trabalho acrescentando 20%, portanto: PLINHAmin = 1,2PTRAB = 7,2 Bar. Desta forma a pressão de linha irá variar conforme o intervalo mostrado abaixo:

6,6 ≤ PLINHA ≤ 7,2 bar Tais valores, quase sempre, depende da vivência do projetista e da necessidade de reduzir o consumo de energia. Ainda deve ser lembrado que esta variação na pressão de linha ocorre, principalmente, quando na instalação for utilizado compressores de deslocamento positivo alternativo, pois a utilização do pressostato poderá ser dispensada quando for utilizado compressores de deslocamento positivo rotativo.

Fator de utilização das máquinas consumidoras de AC Antes que seja feito o somatório das vazões torna-se necessario conhecer a demanda de consumo de cada usuário, pois este identificará a parcela de tempo em que o equipamento pemanecerá funcionando em plena carga durante a sua jornada de trabalho. Portanto a vazão de trabalho do referido equipamento deverá passar por uma correção e para tal deve ser utilizada a tabela 2.

Finalmente a vazão de trabalho (QTRAB) a ser utilizada na expressão 1.3 deve ser corrigida pelo fator de utilização (FU), ou seja, será obtida a partir do produto da vazão de trabalho, fornecida pelo fabricante do equipamento, e o fator de utilização, conforme valor encontrado na tabela 2.

Tabela 2 - Fator de demanda para cada máquina

CONSUMIDOR FATOR DE UTILIZAÇÃO (FU)

Furadeiras 0,20 a 0,55

Esmerilhadeiras 0,60

Talha 0,20

Bico de limpeza 0,10

Parafusadeiras 0,20

Jato de areia 0,20

Pistola para pintura 0,50

Cortador circular 0,40

Máquinas operatrizes 0,20 a 0,60

Máquinas de processo 0,90 a 1,00

Oxiplasma 0,50

Solda ponto 0,50

Prensa 0,60

Rebitadores 0,20

Os dados da tabela 2, apresentada acima, foram retirados dos catálogos de cada

equipamento, portanto pode-se encontrar informações diferentes, uma vez que o fator de utilização de cada máquina depende de seu modelo aspecto construtivo e fabricante.

Veco Velocidade econômica. É a velocidade com que o fluido irá passa pela tubulação. Devem ser adotados os seguintes valores para a velocidade econômica

Para Ramal 1ario 6 a 10 m/s

Para Ramal 2ario 20 a 30 m/s

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Estes valores são encontrados nas diversas literaturas sobre o assunto. A utilização de velocidades econômicas (Veco) acima destes valores irá elevar a perda de

carga (P) no trecho da tubulação em questão, pois à medida que for aumentado a velocidade do fluido, que passa pela tubulação, o No de Reynolds irá elevar-se, na mesma proporção. A elevação deste valor tornará o escoamento do fluido ainda mais turbulento. A expressão 1.4 mostra a relação entre o No de Reynolds e a velocidade do fluido na tubulação.

Vel.

Re = ___________

(1.4)

Atubo Área da tubulação. A partir dessa informação, obtém-se a diâmetro comercial

(comercial) do tubo a ser utilizado. A tabela 3 a seguinte mostra os diversos diâmetros disponíveis no mercado.

Tabela 3 - Diâmetros comerciais de tubos utilizados para AC

mm 12 20 25 32 40 50 63 75 100 125 150 200 250 300 350

Pol ½ ¾ 1 1¼ 1½ 2 2½ 3 4 5 6 8 10 12 14

1.2.2. Dimensionamento da tubulação pela perda de carga

De posse do diâmetro comercial, deve ser determinada a perda de carga no trecho em estudo a partir da expressão 1.5 seguinte.

QN1,85

x LTOTAL

P = 1,663785 x 108

_______________________

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COM x PABS

(1.5)

Sendo:

P Perda de carga, em Bar. A perda de carga é uma variável que sempre irá aparecer no estudo da H & P, pois a mesma sempre indicará a diferença de pressão entre dois

pontos, ou seja, P = P1 – P2. Neste estudo, a perda de carga em questão ocorre considerando a pressão de entrada do trecho em estudo, até a sua saída, portanto:

P = Penttrecho – Psaitrecho

A pressão de entrada é diferente em cada trecho. O mesmo deve ocorrer com a pressão de saída. No primeiro trecho, aquele que se inicia no registro do sistema de geração (figura 1), tem pressão de entrada igual ao valor da pressão de linha, ou seja, 6,6 ≤ PLINHA ≤ 7,2 bar. No segundo trecho a pressão de entrada será igual à pressão de saída

do primeiro e vale PLINHA – P. A diferença entre a pressão de linha e a pressão de trabalho será a responsável

por uma reserva de energia disponibilizada para atender as perdas de carga que ocorrem nos seguintes pontos:

Ramal 1ario

Ramal 2ario

Válvulas direcionais

Unidade de condicionamento Portanto, para uma maior eficiência energética será adotados os valores

relacionados a seguir. - Perda de carga admissível no Ramal 1ario deve ser de 0,1 Bar no máximo. Este valor deve atender toda extensão da tubulação, que vai do registro de saída do sistema de geração até o consumidor mais distante.

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- Perda de carga admissível no Ramal 2ario deve ser de 0,05 Bar no máximo. - Perda de carga admissível na válvula direcional:

5 PSI, quando sua seleção deverá ser de para o método CV 1Bar, quando sua seleção pela vazão nominal, assunto de nossas

próximas aulas. A perda de carga admissível na unidade de condicionamento deverá ser retirada dos catálogos, uma vez que o seu valor é muito variável e depende da vazão do consumidor.

QN Vazão normal que passa pelo trecho em estudo, em Nm3/s. Torna-se necessário transformar a vazão total que passa pelo trecho, a pressão de linha, para uma vazão a pressão normal. A relação mostrada pela expressão 1.6 é responsável por tal transformação.

PLINHA + Patm QN = QLINHA ________________ (1.6) Patm

NOTA: pode-se, ainda substituir PLINHA e QLINHA por PTRAB e QTRAB respectivamente. Evidente que o valor para QN permanecerá o mesmo

LTOTAL Comprimento total do trecho a ser analisado, em m, sendo. O comprimento total será dado por : LTOTAL = LLINEAR + Leq., sendo

LLINEAR Comprimento linear da tubulação, no trecho em estudo.

Leq. Somatório do comprimento equivalente de todas as singularidades (acessórios) existentes no trecho. O comprimento equivalente destas singularidades (acessórios) percorrido pelo AC pode ser encontrado na tabela 4 seguinte.

Tabela 4 – Perda de Carga, em metro, nos acessórios das tubulações. COMPRIMENTO EQUIVALENTE

Conexão Singularidade

Diâmetro das conexões em pol’’

1/2 3/4 1 1.1/4 1.1/2 2 2.1/2 3 4 5 6 8 10 12 14

Cotovelo

comum 90o

Ros 1,10 1,34 1,58 2,00 2,25 2,60 2,80 3,40 4,00

Flan 1,10 1,30 1,80 2,20 2,70 3,70 4,30 5,20 5,50

Curva RL

90o

(raio longo)

Ros 0,67 0,70 0,83 0,98 1,00 1,10 1,10 1,20 1,40

Flan 0,88 1,00 1,30 1,50 1,70 2,10 2,40 2,70 2,80

Curva RR

180o(raio curto)

Ros 1,1 1,3 1,6 2,0 2,3 2,6 2,8 3,4

Flan 0,83 0,88 1,0 1,3 1,5 1,7 2,1 2,4 3,3 4,6

Curva RL

45o

(raio longo)

Ros 0,21 0,28 0,39 0,52 0,64 0,83 0,97 1,20 1,70

Flan 0,61 0,80 1,10 1,40 1,70 2,30 2,70 3,40 4,00

Tee Fluxo em Linha

Ros 0,52 0,73 0,99 1,40 1,70 2,30 2,80 3,70 5,20

Flan 0,58 0,67 0,85 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00

Tee Fluxo em Ramal

Ros 1,30 1,60 2,00 2,70 3,00 3,70 3,90 5,20 6,40

Flan 2,30 2,90 3,70 4,60 5,50 7,30 9,10 10,4 11,3

Conexão p/

Ramal 2ario

Ros 1,30 1,60 2,00 2,50 4,00 5,00

Flan 3,05 3,60 4,10 4,65 5,00 5,45 6,00 6,35 6,78

Filtro de

Linha

Ros 0,07 0,07 0,08 0,11 0,12 0,14 0,14 0,16 0,19

Flan 1,50 2,00 2,30 5,50 8,10 8,30 8,80 10,4 12,8 16,2 18,6

Válvula(QTOT)gaveta ou esfera

Ros 0,17 0,20 0,25 0,34 0,37 0,45 0,52 0,58 0,76

Flan 0,80 0,83 0,85 0,88 0,95 0,98 0,98 0,98 0,98 0,98

Válvula

globo(QTOT)

Ros 6,70 7,30 8,80 11,3 12,8 16,5 18,9 24,0 33,5

Flan 21,4 23,5 28,7 36,6 45,7 47,9 79,3 94,5 118 131

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Redução

2dd

Ros 0,20 0,30 0,40 0,50 0,70 1,00 2,00 2,50 3,10 3,60 4,80 6,00 7,20 9,60 10,3

Flan 0,30 0,40 0,50

Separador De condensado

Ros 2,00 2,40 3,00 4,00 6,00 7,00 12,0 15,0 18,0 22,0 30,0

Flan 2,50 2,80 3,10 3,20 3,30 3,40 3,60 3,90 4,20

COM Diâmetro Comercial do tubo, em mm. O diâmetro a ser utilizado, neste caso é o mesmo selecionado no item 1.2.1 e calculado pela expressão 1.1. O seu valor comercial pode ser obtido pela tabela 3 ou tabela 4, pois os diâmetros são os mesmos.

PABS Pressão de linha absoluta que passa pelo trecho, em Bar. Deve ser levada em consideração a perda de carga.

2.0 APLICAÇÃO No 1

Conforme a planta baixa, mostrada na figura 5, dimensionar a rede de AC na instalação cujos consumidores tem os seguintes dados.

Figura 5 – Planta baixa da instalação industrial DADOS SOBRE AS MÁQUINAS

MÁQUINA 1

ESMERILHADEIRA PNEUMÁTICA QM1 = 22 litros/min a 4,5 Kgf/cm2

MÁQUINA 2

TALHA PNEUMÁTICA

1850

1350

MAQ. 2

MAQ. 3 MAQ. 4

MAQ. 1

900

450

500

1250 650 1950

Pé direito: 550cm

Esc. 1/250

Cota: cm

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Diâmetro do cilindro cil = 4”

Diâmetro da haste haste = 1.5/8”

Curso do cilindro L = 50”

Velocidade do cilindro Com carga 0,4 m/s

Sem carga 0,9 m/s

Pressão de trabalho PTRAB = 6 Bar

MÁQUINA 3 BICOS PARA LIMPEZA (utilizado na seção de manutenção) QM3 = 1750N l/min MÁQUINA 4

Igual a MAQUINA 3.

RESOLUÇÃO

Ao projetar uma instalação de distribuição de AC, a primeira medida a ser tomada é determinar o consumo dos equipamentos, aparelhos e máquinas que irão utilizar o AC. Para este fim, necessita-se conhecer o catálogo dos equipamentos. Os fabricantes em geral prestam estas informações porque dispõem de dados técnicos dos equipamentos que fabricam. Caso contrário torna-se interessante contar com a experiência do projetista para que o mesmo possa fazer uma estimativa confiável. Ainda torna-se necessário conhecer a demanda de utilização de cada equipamento, conforme a tabela 2. Para o exemplo citado tem-se a tabela 5.

Tabela 5 – Consumidores com sua respectiva demanda MÁQUINAS CONSUMIDOR DEMANDA

Máquina 1 ESMERILHADEIRA 0,60

Máquina 2 TALHA 0,20

Máquina 3 BICO/LIMPEZA 0,10

Máquina 4 BICO/LIMPEZA 0,10

Inicialmente deve-se fazer o lançamento da tubulação e a divisão da mesma em trechos, sobre a planta baixa. O ponto “0” indica a conexão que liga a saída do sistema de geração ao início do ramal primário. Ambos coincidem com o registro que aparece na na figura 1. A figura 6, seguinte, mostra o desenho com o ponto “0” e a divisão em trechos.

Esc. 1/250 Cota: cm

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Figura 6 – Lançamento da tubulação com a divisão dos trechos Pelo trecho “OA” passa todo AC capaz de alimentar a instalação

ENTÃO:

QTOTAL = QMAQ1 + QMAQ2 + 2QMAQ3 PARA UMA DEMANDA DE 100%

Dimensionamento da tubulação e perda de carga no trecho “OA” Inicialmente deve-se dimensionar a tubulação (cálculo do diâmetro) pela velocidade

econômica (Veco) observando os seguintes valores:

Ramal 1ário 6 a 10m/s PORTANTO:

QOA = Veco . Atubo Onde:

QAO Vazão que passa pelo trecho “OA” (vazão total consumida por todas as máquinas, a pressão de Linha).

Veco Velocidade econômica (em nosso exemplo devemos utilizar 8m/s, valor médio)

Atubo Área da tubulação no trecho “OA”

CONSUMO TOTAL DE AC NA INSTALAÇÃO(QOA) OBSERVE QUE QOA E IGUAL À QTOTAL

PARA MÁQUINA 1

QM1 = 22 litros/min a 4,5Kgf/cm2 Deve ser transformando para m3/min a pressão de linha. Para a aplicação em estudo será utilizado uma pressão de linha de 6,9 Bar, valor médio entre o máximo e o mínimo regulado no pressostato. Portanto teremos: QM1 = 15,085 litros/min a 6,9 Bar = 0,015085m3/min a 6,9 Bar Vazão corrigida pelo fator de demanda (0,60 para esmerilhadeira) Q’M1 = 0,015085 x 0,60 = 0,009051 m3/min a 6,9 Bar

PARA MÁQUINA 2

O desenho da figura 7 mostra a talha pneumática conforme a máquina 2.

Figura 7 – Talha pneumática

A talha pneumática tem a função de elevar uma carga para que a mesma seja transportada de um ponto para outro ponto, dentro do mesmo ambiente. Durante o

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transporte a carga deve atingir a altura máxima que o cilindro oferece, ou seja, o cilindro deve avançar totalmente.

No dimensionamento é necessário conhecer a vazão consumida pelo cilindro que pertence à talha. Para tanto é necessário fazer um estudo do deslocamento da carga em relação ao avanço/retorno do cilindro, conforme mostra o esquema a baixo.

No esquema anterior é mostrado, inicialmente, o carregamento do cilindro, sendo

que o mesmo avança sem carga. Após a fixação da carga no olhal, localizado na ponta da haste, o cilindro retorna, concluindo o primeiro ciclo. Concluído o retorno do cilindro, o mesmo juntamente com a carga, será deslocado para o seu destino final. A figura 7 mostra o trilho responsável pelo deslocamento. Neste ponto inicia-se a descarga do cilindro. Inicialmente o cilindro avança com a carga até a mesma atingir o solo. Após a descarga o cilindro retorna terminando o segundo ciclo.

Entende-se por ciclo o movimento completo de avanço e retorno do cilindro, Neste exemplo o ciclo de carga é diferente do ciclo de descarga. Portanto, na vazão consumida pelo equipamento devem ser considerados os dois ciclos.

Dados da máquina:

Cilindro cil4” x has1 5/8” x 50”

Velocidade do cilindro: Com carga (c/c) 0,4m/s

Sem carga (s/c) 0,9m/s

No carregamento do cilindro (1º Ciclo) (P/ avanço) QTRAB = Acil . Vs/c = 81,0708 x 5400 = 437782,32 cm3/min a 6Bar (P/ retorno) QTRAB = Acc . Vc/c = 13,3798 x 2400 = 32111,52 cm3/min a 6Bar Total 469893,84 cm3/min a 6Bar Descarga do cilindro (2º Ciclo) (P/ avanço) QTRAB = Acil . Vc/c = 81,0708 . 2400 = 194569,92cm3/min a 6Bar (P/ retorno) QTRAB = Acc . Vs/c = 13,3798 . 5400 = 72250,92cm3/min a 6Bar Total 266820,84 cm3/min a 6Bar Então tem-se: QM2 = QTRAB(1º Ciclo) + Q TRAB(2º Ciclo) = 469893,84 + 266820,84 = 736714,68 cm3/min a 6Bar

QM2 = 736,714 litros/min a 6Bar Transformando para m3/min a pressão de linha, TEM-SE: QM2 =652,922 litros/min a 6,9 Bar = 0,6529 m3/min a 6,9 Bar VAZÃO CORRIGIDA PELA DEMANDA (0,20 Para talha) Q’M2 = 0,6529 x 0,20 = 0,13058 m3/min a 6,9 Bar

PARA MÁQUINA 3 QM3 = 1750Nl/min Transformando para m

3/min a pressão de linha,

TEREMOS: QM3= 1750Nl/min = 214,5407litros/min a 7,25Bar = 0,21454m

3/min a 7,25Bar

VAZÃO CORRIGIDA PELA DEMANDA (0,10 Para bico de limpeza) Q’M3 = 0,21454 x 0,10 = 0,021454m

3/min a 7,25Bar

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Para tornar fácil o nosso trabalho vamos elaborar uma tabela envolvendo os diversos dados que já temos como: Vazão a pressão de trabalho Vazão a pressão de linha Vazão corrigida pela demanda de cada máquina Pressão de trabalho

MAQUINAS

Vazão a pressão

de trabalho

(litros/min)

Vazão a pressão

de linha (7,25Bar)

m3/min

Vazão

corrigida

m3/min

Pressão de

trabalho

MÁQUINA 1 22,00 0,014446 0,008667 4,5Kgf/cm2

MÁQUINA 2 469,893 0,398 0,0796 6Bar

MÁQUINA 3 1750 0,21454 0,02145 1AtmABS

MÁQUINA 4 1750 0,21454 0,02145 1AtmABS

O CONSUMO TOTAL DA INSTALAÇÃO É O SOMATÓRIO DAS VAZÕES CONSUMIDAS PELAS MÁQUINAS, JÁ CORRIGIDAS PELO FATOR DE UTILIZAÇÃO DE CADA MÁQUINA.

ENTÃO:

QTOTAL = Q’M1 + Q’M2 + 2Q’M3 QTOTAL = 0,13116 m3/min a 7,25Bar

A esse total devemos acrescentar uma parcela para atender os seguintes itens - PREVISÃO DE EXPANSÃO 30% -TOLERÂNCIA PARA FUGAS(vazamentos) 10% -DESGASTE DE EQUIPAMENTOS 5% QOA = QTOTAL x 1,3 x 1,1 x 1,05

QOA = 0,19693 m3/min a 7,25Bar QOA = Veco Atubo 0,19693 = 8 Atubo Dtubo = 22,85mm

CONFORME TABELA DE DIÂMETRO (tabela – 3) COMERCIAL DEVEMOS

ESCOLHER O DIÂMETRO NOMINAL QUE MAIS APROXIMA DO CALCULADO.

ENTÃO: COMERCIAL = 1’’

PERDA DE CARGA NO TRECHO “AO”

APARTIR DAS INFORMAÇÕES JÁ OBTIDAS DEVEMOS ENTÃO DETERMINAR A PERDA DE CARGA EM CADA TRECHO DA TUBULAÇÃO UTILIZANDO A RELAÇÃO ABAIXO. QN

1,85 x LTOTAL

P = 1,663785 x 108 _______________________

5COM x PABS

Temos: 7,25 + 1,013 QN = 0,003282

__________________ = 0,02677 Nm

3/s

1,013 LTOTAL = LLINEAR + Leq

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Para a obtenção do comprimento total devemos utilizar a perspectiva isométrica do trecho ”AO”, pois a partir dela identificaremos os acessórios que fazem parte da tubulação

1”AC01

ACESSÓRIOS NO TRECHO ”OA” – conforme gravura acima –

QUANTIDADE EQUIPAMENTOS

Leq (m)

1 Registro Globo 16,5

2 Cotovelo 90o 2,6

1 Curva 90o

- raio longo 1,1

CONSIDERANDO O PÉ DIREITO DA INSTALAÇÃO IGUAL A 5,5m teremos: LTOTAL = LLINEAR + Leq LTOTAL = (2,10 + 4,3 + 0,5 + 0,8) + (16,5 + 2x2,6 + 1,5) = 30,9m LTOTAL = 30,9m

COMERCIAL = 1” (25,4mm) PLINHAABS. = 8,263Bar PORTANTO:

POA = 0,0008Bar

Dimensionamento da tubulação e perda de carga no trecho “AB” Iremos utilizar os mesmos recursos aplicados ara o trecho anterior:

Ramal 1ário

6 a 10m/s PORTANTO:

1”RE01

1”FL01

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QAB = Veco . Atubo Onde:

QAB Vazão que passa pelo trecho “AB” Vazão que passa pelo trecho “AB” será dado pela vazão total, aquela que passa pelo trecho “AO” retirando aquela que alimenta as maquinas 3 e 4 após a correção e os acréscimos - PREVISÃO DE EXPANSÃO 30% -TOLERÂNCIA PARA FUGAS(vazamentos) 10% -DESGASTE DE EQUIPAMENTOS 5%

(pressão de Linha(7,25Bar)

Veco Velocidade econômica (em nosso exemplo devemos utilizar 8m/s)

Atubo Área da tubulação no trecho “AB” CONSUMO TOTAL DE AC NA INSTALAÇÃO(QAB)

ACESSÓRIOS NO TRECHO ”AB” – conforme gravura acima –

QUANTIDADE EQUIPAMENTOS

Leq (m)

1 Tee - fluxo em ramal 16,5

1 Tee - fluxo em linha 2,6

LTOTAL = LLINEAR + Leq LTOTAL = (2,10 + 4,3 + 0,5 + 0,8) + (16,5 + 2x2,6 + 1,5) = 30,9m LTOTAL = 30,9m

COMERCIAL = (2”) 50,8mm PLINHAABS. = 9,013Bar PORTANTO

PAB = 0,018Bar

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APLICAÇÕES

1) Determinar o diâmetro da tubulação e selecionar o compressor para a instalação abaixo.

Considerar: Pressão de linha de 7 a 7,5 Bar. Pé direito da instalação - 6 metros Distância do piso até a tomada de AC - 1 metro Dados da instalação: Máquina 1: Vazão de 6600 cm3/s à uma pressão de 5Kgf/cm2. Fator de demanda 80% Máquina 2: Vazão de 590 litros/min à uma pressão de 5,5 Bar. Fator de demanda 90% Maquina 3: Vazão de 80GPM á uma pressão de 90PSIG. Fator de demanda 85% Maquina 4: igual máquina 1.

2) Determinar o diâmetro da tubulação e selecionar o compressor para a instalação abaixo. Considerar: Pressão de linha de 7,5 a 8,0 Bar. Pé direito da instalação – 5,5 metros Distância do piso até a tomada de AC – 1,5 metro

Máquina 1

Maquina 2

Maquina 3

Máquina 4

6,5

12,6

4,2

4,5

7,0

3,3

4,0

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Dados das máquinas: Máquina 1: Máquina Operatriz

- Vazão de 6 litros/s a uma pressão de 6 Kgf/cm2.

Máquina 2: Igual máquina 1 Maquina 3 Máquina de processo

- Vazão de 185,5GPM á uma pressão de 88PSIG

Maquina 4 Furadeira pneumática - Vazão de 0,7m3/min a uma pressão de 4,8 Bar. -

Maquina 5 Igual máquina 3

Máquina 1

Maquina 2

Maquina 3

Máquina 4

10,8

22,5

7,5

9,5

13,0

5,5

3,8

Máquina 5

15,0

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3) Dimensionar sistema de geração e distribuição para o consumidor mostrado abaixo. Dados:

A planta baixa mostrada a seguir identifica as instalações de uma industria de utilidades. A mesma é composta de nove máquinas consumidora de AC Dimensionar a rede de AC na instalação abaixo. Especificar o compressor capaz de atender a mesma. Deve-se fazer a previsão de instalação de um secador de ar, para tanto, é necessário conhecer a quantidade de condensado na geração do AC.

1 . DADOS SOBRE AS MÁQUINAS

MÁQUINA 1 ESMERILHADEIRA (Para rebarbação manual)

Motor pneumático que consome 1,5 m3/min a uma pressão de 5Bar (Conforme dados de catalogo).

MÁQUINA 2 JATEAMENTO DE AREIA. Consome 5200 litros/min a uma pressão de 4,4kgf/cm2. (Conforme dados de catalogo).

Pé direito: 580cm

Esc. 1/100

Cota: cm

MAQ. 2

MA

Q. 3

MAQ. 4 MAQ. 1

31

0

34

0

4400

960

39

0

880

Casa de Compressores

MA

Q. 5

MAQ. 6

MAQ. 7

MAQ. 8

MA

Q. 9

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MÁQUINA 3

MÁQIUNA DE PROCESSO PNEUMÁTICO Dados da máquina: 3 Cilindros Pneumático

Diâmetro do cilindro cil = 2 1/2” Curso do cilindro L = 18”

Diâmetro da haste haste = 1”

Sendo: 2 cilindros com 8 ciclo por minuto 1 cilindro com 6,5 ciclos por minuto Pressão de 6 Bar (Conforme levantamento na própria máquina)

MÁQUINA 4

MÁQIUNA DE PROCESSO PNEUMÁTICO Dados da máquina: 2 Cilindros Pneumático

Diâmetro do cilindro cil = 20mm Curso do cilindro L = 180mm

Diâmetro da haste haste = 12mm

Sendo: Com 18 ciclo por minuto para cada cilindro 7 Cilindros Pneumático

Diâmetro do cilindro cil = 2” Curso do cilindro L = 6”

Diâmetro da haste haste = 5/8”

Sendo: Com 10 ciclo por minuto para cada cilindro Pressão de 6 Bar. (Conforme levantamento na própria máquina)

MÁQUINA 5 MÁQUINA DE PROCESSO PNEUMÁTICO

Dados da máquina: Consome 755 litros/min a uma pressão de 6bar (Conforme dados de catalogo).

MÁQUINA 6 PARAFUSADEIRA

Consome 0,9m3/min a uma pressão de 5,5kgf/cm2. (Conforme dados de catalogo).

MÁQUINA 7

TALHA PNEUMÁTICA Dados da Máquina.

Diâmetro do cilindro cil = 6”

Curso do cilindro L = 65”

Diâmetro da haste haste = 2.5/8”

Velocidade do cilindro:

Com carga 0,25 m/s Sem carga 0,8 m/s. Pressão de 6 Bar (Conforme levantamento na própria máquina)

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MÁQUINA 8 BICOS PARA LIMPEZA (utilizado na seção de manutenção)

Consome 2000 litros por minuto à pressão normal (Conforme dados de catalogo).

MÁQUINA 9 BICOS PARA LIMPEZA (utilizado na seção de manutenção)

Consome 2000 litros por minuto à pressão normal (Conforme dados de catalogo). 2 . DADOS SOBRE A COMPRESSÃO

A regulagem do pressostado deve ficar entre 7,0 e 7,5 Bar. A temperatura de admissão da atmosfera é de 28

o C (entrada do compressor)

Considerar a umidade relativa da atmosfera de 65%

A temperatura na saída do reservatório é de 45o.

A distância do piso até a tomada de AC é de 50cm