1 Prof. Dr. Helder Anibal Hermini UNICAMP-FEM-DPM.

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1 1 Prof. Dr. Helder Anibal Hermini UNICAMP-FEM-DPM

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4 4 Conceito de Tratamento de Ar Comprimido O tratamento correto de ar comprimido gera como por principais benefícios: O Aumento a produtividade, A diminuição dos custos de manutenção, O aumento da vida útil de máquinas e dispositivos pneumáticos, Proteção das ferramentas pneumáticas, Precisão nos equipamentos de medição e instrumentação, Obtenção de ar isento de óleo, água e particulado.

5 5 Lugar de Montagem de uma estação de Compressores A estação de compressores deve ser montada dentro de um ambiente fechado; O ambiente deve apresentar isolamento acústico; O ambiente deve ter boa ventilação; O ar sugado deve ser fresco, seco e livre de poeira.

6 6 1 -Filtro de Admissão 2 - Motor Elétrico 3 -Separador de Condensado 4 - Compressor 5 -Reservatório 6 - Resfriador Intermediário 7 -Secador 8 -Resfriador Posterior 1 2 3 4 8 6 5 7 Instalação de uma Estação Compressora Completa

7 7 Instalação do Ar Comprimido Produção do ar comprimido com pressão de trabalho desejada. COMPRESSOR RESERVATÓRIO DE AR COMPRIMIDO Armazena o ar comprimido. Ajuda a preparar o ar comprimido. Estabiliza e nivela oscilações da rede durante o consumo do ar comprimido. Separa a umidade do ar comprimido em forma de água.

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9 9 Tipos de Compressores Compressor de Êmbolo-Curso Linear Compressor Rotativo Turbo-Compressor Compressor de Êmbolo Compressor de Membrana Turbo- Compressor Radial Turbo- Compressor Axial Compressor de Parafusos Helicoidais Compressor Multicelular de Palhetas Compressor Roots

10 10 Tipos de Compressores Compressor de êmbolo com movimento linear Compressor de êmbolo de 1 estágio Compressor de dois estágios com refrigeração intermediária Apropriado para compressões de baixas, médias e altas pressões 100 kPa (1bar)  10 3 kPa (10 bar)

11 11 Compressor de membrana Uma membrana separa o êmbolo da câmara de trabalho, sendo que o ar não tem contato com as peças móveis. Portanto, o ar comprimido está isento de resíduos de óleo. Emprego: Indústrias alimentícias, farmacêuticas e químicas Tipos de Compressores

12 12 Compressor rotativo multicelular Em um compartimento cilíndrico, com aberturas de entrada e saída, gira um rotor alojado excentricamente. O rotor tem, nos rasgos, palhetas que em conjunto com as paredes, formam pequenos compartimentos (células). Quando em rotação, as palhetas serão, pela força centrífuga, apertadas contra a parede. Devido a excentricidade de localização do rotor, há uma diminuição e aumento das células. Tipos de Compressores

13 13 Compressor rotativo de duplo parafuso Dois parafusos helicoidais, os quais, pelos perfis côncavo e convexo comprimem o ar que é conduzido axialmente. Tipos de Compressores

14 14 Compressor Roots (Ventoinha) Nestes compressores o ar é transportado de um lado para o outro, sem alteração de volume. A compressão efetua-se no lado da pressão pelos cantos dos êmbolos. Tipos de Compressores

15 15 Turbo Compressores Compressor axialCompressor radial Estes compressores trabalham segundo o princípio de fluxo e são adequados para o fornecimento de grandes vazões. Neles, o ar é colocado em movimento por uma ou mais turbinas, e esta energia de movimento é transformada em energia de pressão. Tipos de Compressores

16 16 Critérios para a escolha de compressores Pressão Pressão de regime - Pressão fornecida pelo compressor, bem como a pressão do reservatório e a pressão na rede distribuidora até o consumidor Pressão de trabalho - Pressão necessária nos pontos de trabalho Acionamento Por motor elétrico Por motor a explosão Volume de ar fornecido (m 3 /min ou m 3 /hora) Volume teórico – Volume cilíndrico  rotação Volume efetivo ou real – Depende da construção do compressor e da pressão

17 17 Regulagem Para combinar o volume fornecido com o consumo de ar é necessária uma regulagem dos compressores. O volume é influenciado por dois valores limites pré-estabelecidos: Pressão máxima Pressão mínima Critérios para a escolha de compressores

18 18 Tipos de Regulagem Existem diferentes tipos de regulagem: Regulagem de marcha em vazio Regulagem por descarga Regulagem por fechamento Regulagem por garras Regulagem de carga parcial Regulagem por rotação Regulagem por estrangulamento Regulagem intermitente Critérios para a escolha de compressores

19 19 –Regulagem por descarga – Na saída do compressor existe uma válvula limitadora de pressão. Quando no depósito é alcançada a pressão desejada, a válvula abre dando passagem e permitindo que o ar escape para a atmosfera. –Regulagem por fechamento – É fechado o lado da sucção. A entrada de ar estando fechada, o compressor não pode aspirar e continua funcionando em vazio.(usado em compressores rotativos e de êmbolo) –Regulagem por garras – (Usada em compressores de êmbolo de grande porte) Mediante garras, mantém-se aberta a válvula de sucção, evitando que o compressor continue comprimindo. Critérios para a escolha de compressores Regulagem de marcha em vazio

20 20 Critérios para a escolha de compressores Regulagem de carga parcial Regulagem na Rotação – Sobre um dispositivo, ajusta-se o regulador de rotação do motor a explosão. A regulagem pode ser feita manualmente ou automaticamente, dependendo da pressão de trabalho. Regulagem por estrangulamento – A regulagem se faz mediante simples estrangulamento no funil de sucção, e o compressor pode assim ser regulado para determinadas cargas parciais. Sistema muito usado em turbo compressores e compressores de êmbolo rotativo.

21 21 Regulagem Intermitente Critérios para a escolha de compressores Com esta regulagem, o compressor funciona em dois campos (carga máxima e parada total). Ao alcançar a pressão máxima p max, o motor acionador do compressor é desligado e Quando a pressão mínima chega ao mínimo p min, o motor é ligado e o compressor trabalha novamente. A pressão de comutação é regulada num pressostato.

22 22 Refrigeração do Sistema de Compressão Sistema de aletas de refrigeração Sistema de ventilador Refrigeração de água circulante

23 23 Simbologia Resfriador Posterior

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25 25 Reservatórios de Ar Comprimido Principais Funções Estabiliza a distribuição do ar comprimido; Elimina as oscilações de pressão na rede distribuidora; Constitui-se de garantia de reserva em altas demandas; A grande superfície do reservatório refrigera o ar armazenado, gerando a condensação de uma parte da umidade do ar que é eliminada através de um sistema de dreno instalado na parte inferior do reservatório.

26 26 Reservatórios de Ar Comprimido O dimensionamento do volume do reservatório de ar comprimido depende: Do volume fornecido pelo compressor; Do consumo de ar do sistema; Da rede distribuidora; Do tipo de regulagem; Do diferencial de pressão desejado na rede (  p).

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28 28 Impurezas em formas de partículas de sujeira ou ferrugem, restos de óleo e umidade originam muitas vezes falhas nas instalações e equipamentos pneumáticos e avarias nos elementos pneumáticos. O ar aspirado pelo compressor do meio ambiente apresenta umidade que depende da umidade relativa do ar. O ar comprimido deve, em casos de ocorrência de umidade, passar por uma secagem. Para isto existem vários tipos de secagem: Secagem por absorção Secagem por resfriamento Secadores de Ar Comprimido

29 29 Secagem por Absorção O ar comprimido passa sobre uma camada solta de um elemento secador. A água ou o vapor de água que entra em contato com esse elemento (sílica gel), combina-se quimicamente com ele e se dilui formando uma combinação elemento secador-água. Ar Seco Pastilhas Dessecantes Ar Úmido Condensado Drenagem

30 30 Esquematização da Secagem por Adsorção Ar Seco Ar Úmido Regenerando Secando Adsorvente Regenerando Secando Ar Úmido Ar Seco Simbologia Secagem por Absorção

31 31 Secagem por Resfriamento O secador de ar comprimido por resfriamento funciona pelo princípio da diminuição de temperatura até o ponto de orvalho (+/- 1,7 o C). O ar comprimido a ser tratado, entra no secador, passando pelo trocador de calor ar-ar. Mediante o ar frio e seco proveniente do trocador de calor, o ar a ser tratado se resfria e se condensa dele as partículas de água e óleo, os quais são separados. Simbologia Ar Úmido Pré-Resfriador Ar Seco Resfriador Principal Separador C D Dreno Condensado Freon Bypass Compressor de Refrigeração E A B

32 32 Filtro de Ar Comprimido

33 33 Filtro de Ar Comprimido O filtro de ar comprimido retém as partículas de impureza, bem como a água condensada. Para entrar no copo, o ar comprimido passa por uma chapa defletora com ranhuras direcionais. Como conseqüência, o ar é forçado a um movimento em rotação. Com isso, separa-se as impurezas maiores, bem como as gotículas de água por meio de forças centrífuga e o resfriamento do ar devido a velocidade de circulação, depositando-se no fundo do copo coletor. Dreno Manual A B C G F E D ÔÔ A - Defletor Superior B- Anteparo C - Copo D - Elemento Filtrante E- Defletor Inferior F - Dreno Manual G - Manopla

34 34 Filtro de Ar Comprimido O volume de água condensada a medida que é removida pelo filtro, acumula-se na zona neutra do interior do copo, até provocar a elevação da bóia. Quando a bóia é deslocada, permite a passagem do ar comprimido através de um pequeno orifício. O ar que flui pressuriza uma câmara onde existe uma membrana. A pressão exercida na superfície da membrana cria uma força que provoca o deslocamento do elemento obturador, que bloqueava o furo de comunicação com o ambiente. Sendo liberada esta comunicação, a água condensada no interior do copo é expulsa para fora pela pressão do ar comprimido. Dreno Automático Simbologia

35 35 Filtro de Ar Comprimido Com a saída da água, a bóia volta para sua posição inicial, vedando o orifício que havia liberado, impedindo a continuidade de pressurização da câmara onde está a membrana. O ar que forçou o deslocamento da membrana por meio de um elemento poroso flui para a atmosfera, permitindo que uma mola recoloque o obturador na sede, impedindo a fuga do ar. Reiniciando o acúmulo de condensado. Dreno Automático Simbologia

36 36 Secção de um Lubrificador Simbologia J I A C E D ÔÔ G F E H B A - Membrana de Restrição B- Orifício Venturi C - Esfera D - Válvula de Assento E- Tubo de Sucção F - Orifício Superior G - Válvula de Regulagem H - Bujão de Reposição de Óleo I - Canal de Comunicação J - Válvula de Retenção Lubrificador de Ar Comprimido

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38 38 Unidades de Tratamento do Ar Comprimido As atuais unidades de tratamento de ar são composta por: –filtros, –reguladores, –lubrificadores, –filtros-reguladores e –uma ampla linha de acessórios. Apresentam alta vazão. São flexíveis apresentam fácil instalação. Unidades robustas com copos plásticos ou metálicos.

39 39 Simbologia Unidades de Tratamento do Ar Comprimido

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41 41 Distribuição do Ar Comprimido Em um sistema automatizado de produção, as máquinas e equipamentos necessitam de uma determinada quantidade de ar, sendo abastecidos por um compressor, através da rede tubular de distribuição. O diâmetro da tubulação deve ser escolhido de maneira que, se o consumo aumentar, a queda de pressão entre o depósito e o consumidor não ultrapasse 10 kPa (0,1 bar).

42 42 Se a pressão ultrapassar o limite mínimo, a rentabilidade do sistema é prejudicada, diminuindo consideravelmente sua produtividade. No projeto de novas instalações, deve-se prever uma futura ampliação para maior demanda de ar, por cujo motivo deverá ser previsto um diâmetro maior dos tubos da rede de distribuição. Distribuição do Ar Comprimido

43 43 Dimensionamento da Rede Distribuidora A escolha do diâmetro da tubulação deve ser feita obedecendo aos critérios de : –Volume corrente (vazão) –Comprimento da tubulação –Queda de pressão (admissível) –Pressão de trabalho –Número de pontos de estrangulamento na rede

44 44 Rede de Distribuição de Ar Comprimido Uma rede de distribuição de ar comprimido deve em seu projeto: Ser corretamente dimensionada

45 45 Apresentar estruturada acessível para manutenção Uma rede de distribuição de ar comprimido deve em seu projeto: Rede de Distribuição de Ar Comprimido

46 46 Prevenção e Drenagem para o Condensado Ar Comprimido Separador Armazenagem de Condensados Drenos Automáticos Inclinação 0,5 a 2% do Comprimento Purgadores Unidade de Condicionamento (Utilização) Comprimento Rede de Distribuição de Ar Comprimido

47 47 Redes em Circuito Aberto

48 48 Redes em circuito fechado Partindo da tubulação principal, são instaladas as ligações em derivação. Quando o consumo de ar é muito grande consegue-se mediante a esse tipo de montagem, uma alimentação uniforme. O ar flui em ambas as direções.

49 49 Redes em Circuito Fechado Devido as ligações longitudinais e transversais das redes combinadas, há a possibilidade de fornecimento de ar em qualquer local. Rede Combinada

50 50 Mediante válvulas de fechamento, existe a possibilidade de bloquear determinadas linhas de ar comprimido quando as mesmas não forem usadas ou quando for necessário pô-las fora de serviço por razões de reparação ou manutenção. Redes em Circuito Fechado Rede Combinada

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52 52 REGULADOR DE PRESSÃO O regulador tem por função manter constante a pressão de trabalho (secundária) independente da pressão da rede (primária ) e consumo de ar. A pressão primária tem que ser sempre maior que a pressão secundária.

53 53 A pressão é regulada por meio de uma membrana (1). Uma das faces da membrana é submetida à pressão de trabalho, enquanto a outra é pressionada por uma mola (2) cuja pressão é ajustável por meio de um parafuso de regulagem (3). REGULADOR DE PRESSÃO

54 54 Com o aumento da pressão de trabalho, a membrana se movimenta contra a força da mola. Com isso a secção nominal de passagem na sede da válvula (4) diminui até o fechamento completo. Isto significa que a pressão é regulada pela vazão. REGULADOR DE PRESSÃO

55 55 Por ocasião do consumo a pressão diminui e a força da mola reabre a válvula. Para evitar a ocorrência de uma vibração indesejável, sobre o prato da válvula (6) é constituído um amortecedor por mola (5). REGULADOR DE PRESSÃO

56 56 Se a pressão crescer demasiadamente do lado secundário, a membrana é pressionada contra a mola. Com isso, abre-se o orifício da parte central da membrana e o ar em excesso sai pelo furo de escape para a atmosfera. REGULADOR DE PRESSÃO

57 57 J D C B A ÔÔ I H G F E A - Manopla B- Orifício de Sangria C - Válvula deAssento D - Defletor Superior E- Defletor Inferior F - Mola G - Orifício de Exaustão H - Diafragma I - Passagem do Fluxo deAr J - Elemento Filtrante Simbologia FILTRO REGULADOR DE PRESSÃO