Prof Dr Helder Anibal Hermini UNICAMPFEMDPM 1 2

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

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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. 4

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. 5

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

Instalação do Ar Comprimido COMPRESSOR Produção do ar comprimido com pressão de trabalho desejada. Armazena o ar comprimido. RESERVATÓRIO DE 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. 7

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

Tipos de Compressores Compressor de êmbolo com movimento linear Apropriado para compressões de baixas, médias e altas pressões 100 k. Pa (1 bar) Compressor de êmbolo de 1 estágio 103 k. Pa (10 bar) Compressor de dois estágios com 10 refrigeração intermediária

Tipos de Compressores 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 11

Tipos de Compressores 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. 12

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

Tipos de Compressores 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. 14

Tipos de Compressores Turbo Compressores Compressor axial Compressor 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. 15

Critérios para a escolha de compressores 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 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 16

Critérios para a escolha de compressores 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 17

Critérios para a escolha de compressores 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 18

Critérios para a escolha de compressores Regulagem de marcha em vazio – 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. 19

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. 20

Critérios para a escolha de compressores Regulagem Intermitente • Com esta regulagem, o compressor funciona em dois campos (carga máxima e parada total). • Ao alcançar a pressão máxima pmax, 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. 21

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

Resfriador Posterior Simbologia 23

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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. 25

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). 26

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Secadores de Ar Comprimido • 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 28

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 29

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

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). Simbologia Ar Úmido Pré-Resfriador A Ar Seco Resfriador Principal B Separador C E Compressor de Refrigeração Bypass D Dreno Condensado 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. Freon 31

Filtro de Ar Comprimido 32

Filtro de Ar Comprimido Ô A - Defletor Superior B- Anteparo C - Copo D - Elemento Filtrante E- Defletor Inferior F - Dreno Manual A B C D E G- Manopla F G Dreno Manual Ô 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. 33

Filtro de Ar Comprimido Dreno Automático • 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. Dreno Automático Simbologia • 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. 34

Filtro de Ar Comprimido Dreno Automático Simbologia • 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. 35

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

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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. 38

Unidades de Tratamento do Ar Comprimido Simbologia 39

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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 k. Pa (0, 1 bar). 41

Distribuição do Ar Comprimido • 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. 42

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 43

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

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

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

Redes em Circuito Aberto 47

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. 48

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

Redes em Circuito Fechado Rede Combinada 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. 50

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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. 52

REGULADOR DE PRESSÃO • 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). 53

REGULADOR DE PRESSÃO • 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. 54

REGULADOR DE PRESSÃO • 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). 55

REGULADOR DE PRESSÃO • 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. 56

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