Tecnologia de ar comprimido - Bosch no via uma turbina rotativa com lminas fixas. Primeiramente o ar acelerado e depois compri-mido. Os canais das lminas formam um difusor,

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  • Tecnologia de ar comprimido

  • Tecnologia de ar comprimido 3

    Contedo

    1. Tecnologia de ar comprimido 4O ar comprimido .................................................4

    Benefcios do sistema .........................................4

    Fundamentos fsicos ...........................................4

    Smbolos de unidades e frmula .........................5

    Caractersticas fsicas de desempenho

    do ar comprimido ................................................5

    2. Gerao de ar comprimido 7Compressores dinmicos ....................................7

    Compressores de deslocamento positivo

    ou volumtrico ....................................................8

    3. Regulagem de presso 11Regulagem de presso ......................................12

    4. Condicionamento do ar comprimido 13Classes de qualidade de ar comprimido

    conforme DIN ISO 8573-1

    ..........................................................................13

    Resfriamento .....................................................14

    Secagem ............................................................15

    Filtragem ...........................................................18

    5. Dimensionamento do sistema de ar comprimido 21Tamanho de compressor ...................................22

    Volume do Reservatrio ....................................24

    Rede de ar .........................................................25

    Rede de fornecimento .......................................27

    Tubulaes ........................................................30

  • Tecnologia de ar comprimido4

    1 Tecnologia de ar comprimido

    O ar comprimidoO ar comprimido usado como condutor de

    energia em reas de aplicao industriais ao lado

    de outros condutores como: fludos em sistemas

    hidrulicos e energia eltrica em sistemas eltri-

    cos. Todos esses condutores de energia tm algo

    em comum:

    A capacidade de armazenamento de suas 3

    energias o produto do volume por unidade

    de tempo e presso (voltagem no caso de

    eletricidade)

    O desempenho do ar comprimido como condutor

    de energia aumentado quando:

    Houver maior disponibilidade desta energia 3

    por unidade de tempo

    Houver aumento da presso 3

    Benefcios do sistemaVantagens do sistema de ar comprimido

    Os sistemas de ar comprimido tm vantagens em

    comparao a outros sistemas de energia que os

    tornam mais teis em certas aplicaes.

    Fonte de energia 3

    Ar existe em abundncia e est disponvel em

    todos os lugares. Em uma troca normal de pro-

    cesso, como o caso de sistemas hidrulicos, ele

    no necessrio. Isso reduz as despesas e a

    necessidade de manuteno e ainda otimiza o

    tempo de trabalho. Ar comprimido no deixa para

    trs impurezas como, por exemplo, as provenientes

    de defeito na tubulao; ele as carrega consigo.

    Transporte da energia 3

    Ar comprimido pode ser transportado em tubula-

    es (rede) por longas distncias. Isso favorece a

    instalao de uma central de gerao de ar compri-

    mido, a qual fornece o ar necessrio para os pontos

    de consumo, com presso de trabalho constante

    (sistema fechado). Dessa forma, a energia prove-

    niente do ar comprimido pode ser distribuda por

    longas distncias.

    Nenhuma linha de retorno de ar necessria, j que

    a exausto de ar feita pela abertura de descarga.

    Armazenamento de energia 3

    Ar comprimido pode, sem dificuldades, ser armaze-

    nado em reservatrios. Se um reservatrio insta-

    lado em um sistema de fornecimento de ar compri-

    mido, o compressor somente comear a funcionar

    se a presso do ar cair abaixo de um valor crtico.

    Alm disso, a reserva de presso disponvel no

    reservatrio permite, ainda por algum tempo, a

    realizao de um trabalho iniciado, aps o sistema

    provedor de energia deixar de trabalhar.

    Se as necessidades de desempenho das ferramen-

    tas pneumticas no forem muito altas, garrafas/

    tubos de ar comprimido transportveis podem ser

    usadas em lugares que no tenham o sistema de

    fornecimento de ar comprimido instalado.

    Fundamentos fsicosPara compreender a tecnologia de ar comprimido

    necessrio ter informaes sobre seus funda-

    mentos fsicos. Os aspectos mais importantes so:

    Definio de ar comprimido 3

    Smbolos de unidades e frmulas 3

    Caractersticas fsicas de desempenho 3

    Definio de ar comprimido 3

    Ar comprimido ar atmosfrico pressurizado, o

    qual condutor de energia trmica e fluxo de

    energia.

    Ar comprimido pode ser armazenado e transpor-

    tado por tubulaes, assim como pode executar

    trabalhos atravs da converso de energia em

    motores e cilindros.

    As caractersticas mais importantes que se refe-

    rem presso so:

    Presso atmosfrica 3

    Presso indicada 3

    Presso absoluta 3

    Presso Atmosfrica p 3 amb [bar]

    A presso atmosfrica gerada pelo peso do ar

    atmosfrico que nos cerca, e depende da densi-

    dade e da quantidade de ar.

    Os seguintes valores aplicam-se ao nvel do mar:

    1.013 mbar = 1.01325 bar

    = 760 mm/Hg [Torr]

    = 101.325 Pa

    Abaixo de condies constantes, a presso

    atmosfrica diminui com altitude crescente da

    localizao medida.

  • Tecnologia de ar comprimido 5

    Presso Indicada p 3 g [barg]

    A presso indicada a presso efetiva sobre a

    presso atmosfrica. Na tecnologia de ar compri-

    mido, a presso normalmente especificada como

    presso indicada em bar e sem o ndice g.

    Presso Absoluta p 3 abs [bar]

    A presso absoluta pabs a somatria da pres-

    so atmosfrica pamb e a presso indicada pg.

    A presso especificada em Pascal [Pa] de

    acordo com o Sistema Internacional SI. Porm,

    em termos prticos, a designao bar ainda

    comum.

    1 Presso Absoluta

    P

    Pu

    Pam

    b

    Pab

    s

    100% Vcuo

    Subpresso

    EWL-

    D00

    4/P

    Presso baromtrica

    Pamb = presso ambiente Pu = subpressoPo = presso efetiva Pabs = presso absoluta

    Smbolos de unidades e frmulas

    Smbolos de unidades e de frmulas na tecnolo-

    gia de ar comprimido so derivados das unidades

    bsicas. As unidades mais importantes esto na

    tabela a seguir.

    Unidades fsicas

    UnidadeSmbolo

    de frmulaSmbolo

    de unidadeDenominao

    Compri-mento

    l m metro

    Superfcie A m2 metro quadrado

    Volume V m3 metro cbico (1)

    Massa m kg kilograma

    Densidade kg/m3kilograma/metro cbico

    Tempo t s segundo

    Tempera-tura

    T K kelvin

    Fora F N newton

    Presso p bar (Pa) bar (pascal)

    Velocidade v m/smetro/segundo

    Trabalho W J joule

    Potncia P W watt

    Freqncia f Hz hertz

    Caractersticas fsicas de desempenho do ar comprimidoAs caractersticas fsicas de desempenho do ar

    comprimido so determinadas por:

    Temperatura 3

    Volume 3

    Presso 3

    Volume do fluxo 3

    Caractersticas do fluxo 3

    As correlaes so descritas como seguem.

    Caractersticas de temperatura-volume- 3

    presso

    A temperatura especifica a condio fsica de um

    objeto. Essa caracterstica indicada em graus

    centgrados (C) ou convertida em kelvin (k).

    T[K] = t [C] + 273,15

    Se a temperatura aumentada para um volume

    constante, conseqentemente a presso se eleva.

    P0 T0 ___ = ___ p1 T1

    Presso efetiva

  • Tecnologia de ar comprimido6

    Se o volume diminudo para uma temperatura

    constante, conseqentemente a presso cai.

    p0 x V0 = p1 x V1

    Se a temperatura aumentada em presso cons-

    tante, conseqentemente o volume aumenta.

    V0 T0 ___ = ___ V1 T1

    Volume 3

    O resultado de volume, por exemplo, das dimen-

    ses de um reservatrio de ar comprimido, de um

    cilindro ou de uma rede, medido em litros (l) ou

    em metros cbicos (m3) a uma temperatura de

    20 C e 1 bar.

    Volume sob condies normais 3

    O volume sob condies normais medido com

    base em condies fsicas normalizadas pela

    norma DIN 1343. Isto 8% menos que o volume

    medido a 20 C.

    760 Torr = 1,01325 barabs = 101.325 Pa

    273,15 K = 0 C

    Volume de trabalho Vop [Bl, Bm 3 3]

    O volume em condies de trabalho medido de

    acordo com as condies fsicas atuais. Tempera-

    tura, presso atmosfrica e umidade devem ser

    levadas em considerao como pontos de refe-

    rncia. O volume de trabalho sempre especifi-

    cado em conjunto com a presso de referncia,

    ex.:

    - 1m 3 3 a 7 barg significa que 1m3 de ar sem

    compresso comprimido a 7barg = 8barabs

    e acresce somente 1/8 do volume original.

    Volume do fluxo V [l/min, m 3 3/min, m3/h]

    O volume do fluxo de ar o volume (l ou m3) por

    unidade de tempo (minutos ou horas). A distin-

    o feita considerando as informaes abaixo,

    referentes gerao de ar comprimido (com-

    pressor):

    Volume do fluxo do deslocamento do pisto 3

    (capacidade de entrada)

    Volume do fluxo (volume fornecido) 3

    Volume do fluxo do deslocamento do 3

    pistoVpdf [l/min, m3/min, m3/h] (capacidade

    de entrada)

    O volume do fluxo do deslocamento do pisto

    uma quantidade calculada para o pisto compres-

    sor.

    Isso resulta do produto do volume do cilindro

    (deslocamento do pisto), a velocidade do com-

    pressor (nmero de ciclos) e o nmero de cilin-

    dros de entrada.

    O volume do fluxo do deslocamento do pisto

    especificado em l/min, m3/min ou alternativa-

    mente em m3/h.

    2 Volume de fluxo

    8 barabs1 barabs

    Volume de fluxo + 8% = Volume normal de fluxo

    EWL-

    D00

    5/P

    20 C 0 C

    Volume do fluxo V [l/min, m 3 3/min, m3/h]

    (volume de fornecimento)

    Ao contrrio do volume do fluxo do deslocamento

    do pisto, o volume do fluxo no um valor

    calculado, mas a presso medida na sada do

    compressor, a qual volta a ser calculada para

    definir sua (compressor) capacidade de entrada.

    O volume do fluxo definido de acordo com as

    normas VDMA 4362, DIN 1945, ISO 1217 ou

    PN2CPTC2 e especificado em l/min, m3/min ou

    alternativamente em m3/h.

    O volume do fluxo efetivo, ex.: volume de forneci-

    mento necessrio, uma informao essencial

    para o dimensionamento do compressor.

  • Tecnologia de ar comprimido 7

    2

    Volume normal do fluxo Vstan 3

    [Nl/min, Nm3/min, Nm3/h]

    O volume normal do fluxo medido exatamente

    como o volume do fluxo. Contudo, isso no se

    refere condio de entrada, mas sim a um valor

    terico de referncia. Em condio fsica normal,

    os valores tericos so:

    Temperatura = 273,15 K (0 C) 3

    Presso = 1,01325bar (760 mm Hg) 3

    Densidade do ar = 1,294 kg/m 3 3 (ar seco)

    Volume do fluxo de trabalho Vop 3

    [Bl/min, Bm3/min, Bm3/h]

    O volume do fluxo de trabalho especifica o

    volume efetivo do fluxo do ar comprimido. Para

    possibilitar a comparao do volume do fluxo de

    trabalho com outros volumes de fluxo, necess-

    rio sempre especificar a presso do ar compri-

    mido junto com a unidade dimensional Bl/min,

    Bm3/min ou alternativamente Bm3/h.

    Gerao de ar comprimidoCompressores so usados para a gerao de ar

    comprimido. Para eleger o mais apropriado com-

    pressor de ar, informaes como valores de

    presso e volume de ar comprimido necessrio

    por unidade de tempo devem ser conhecidas.

    Compressor de ar comprimido 3

    De acordo com seus princpios funcionais, com-

    pressores de ar comprimido so divididos em:

    Compres. dinmicos 3

    Compres. deslocamento positivo 3

    Diferentes tipos de compressores esto dispon-

    veis nestas categorias com caractersticas pr-

    prias, as quais tm que ser levadas em conta no

    momento da escolha.

    Compressores dinmicos Compressores dinmicos ou turbocompressores

    so baseados exclusivamente no princpio rota-

    cional de trabalho. Para a gerao de ar compri-

    mido so usados:

    Compressores de fluxo axial 3

    Compressores de fluxo radial 3

    Os compressores dinmicos ou turbocompresso-

    res possuem duas peas principais: o impelidor e

    o difusor. O impelidor uma pea rotativa

    munida de ps que transfere ao ar a energia

    recebida de um acionador. Essa transferncia de

    energia se faz em parte na forma cintica e em

    outra parte na forma de calor. Posteriormente, o

    escoamento estabelecido no impelidor recebido

    por uma pea fixa denominada difusor, cuja

    funo promover a transformao da energia

    cintica do ar em calor, com conseqente ganho

    de presso. Os compressores dinmicos efetuam

    o processo de compresso de maneira contnua

    e, portanto, correspondem exatamente ao que se

    denomina, em termodinmica, um volume de

    controle.

    Compressor de fluxo axial 3

    Compressores de fluxo axial so mquinas din-

    micas onde o ar flui em direo axial, alternativa-

    mente via uma turbina rotativa com lminas fixas.

    Primeiramente o ar acelerado e depois compri-

    mido. Os canais das lminas formam um difusor,

    onde a energia cintica do ar criada pela sua

    circulao desacelerada e convertida em ener-

    gia pressurizada.

    As caractersticas tpicas dos compressores de

    fluxo axial so:

    Fornecimento uniforme 3

    Ar sem leo 3

    Sensvel troca de carga 3

    Fornecimento de baixa presso 3

  • Tecnologia de ar comprimido8

    Compressor de fluxo radial 3

    Compressores de fluxo radial so mquinas din-

    micas onde o ar dirigido para o centro de uma

    roda de lmina giratria (turbina). Por causa da

    fora centrfuga, o ar impelido para a periferia.

    A presso aumentada conduzindo o ar atravs

    de um difusor antes de alcanar a prxima lmina.

    Assim, a energia cintica (energia de velocidade)

    convertida em presso esttica. As caractersti-

    cas bsicas dos compressores de fluxo radial so

    as mesmas do compressor de fluxo axial.

    Compressores de deslocamento positivo ou volumtricoOs compressores de deslocamento positivo ou

    volumtrico trabalham com ajuda de rotao

    assim como do movimento alternado do pisto.

    Nesses compressores, a elevao de presso

    conseguida atravs da reduo do volume ocu-

    pado pelo ar. Na operao dessas mquinas

    podem ser identificadas diversas fases, que

    constituem o ciclo de funcionamento: inicial-

    mente, certa quantidade de ar admitida no

    interior de uma cmara de compresso, que

    ento fechada e sofre reduo de volume.

    Finalmente, a cmara aberta e o ar liberado

    para consumo. Trata-se, pois, de um processo

    intermitente, no qual a compresso propriamente

    dita efetuada em sistema fechado, isto , sem

    qualquer contato com a suco e a descarga.

    Conforme iremos constatar logo adiante, pode

    haver algumas diferenas entre os ciclos de funcio-

    namento das mquinas dessa espcie, em funo

    das caractersticas especficas de cada uma.

    Os tipos de compressores mais usados nesta

    categoria so:

    Compressores de palhetas 3

    Compressores de parafuso 3

    Compressores de lbulo 3

    Compressores de anel lquido 3

    Eles so caracterizados pelo largo processo de

    compresso contnua de ar, em alguns casos com

    pulsao mais ou menos distintiva.

    Os tipos comuns de construo de compressores

    com o princpio de movimentos alternados so:

    Compressores de pisto 3

    Compressores de diafragma 3

    Compressores sem pisto 3

    As caractersticas comuns de compressores do

    tipo deslocamento positivo ou volumtrico so

    suas pequenas capacidades volumtricas e forne-

    cimento de altas presses.

    Compressor de palhetas 3

    O compressor de palhetas possui um rotor ou

    tambor central que gira excentricamente em

    relao carcaa. Esse tambor possui rasgos

    radiais que se prolongam por todo o seu compri-

    mento e nos quais so inseridas palhetas retangu-

    lares.

    Quando o tambor gira, as palhetas deslocam-se

    radialmente sob a ao da fora centrfuga e se

    mantm em contato com a carcaa. O ar penetra

    pela abertura de suco e ocupa os espaos

    definidos entre as palhetas. Devido excentrici-

    dade do rotor e s posies das aberturas de

    suco e descarga, os espaos constitudos entre

    as palhetas vo se reduzindo de modo a provocar

    a compresso progressiva do ar. A variao do

    volume contido entre duas palh...