Aula Compressores.pptx

Prof.: William Xavier d’Alcântara
Centro Universitário
Newton Paiva
Engenharia Mecânica
Disciplina: Sistemas Hidraúlicos
e Pneumáticos

PREPARAÇÃO DO AR COMPRIMIDO

TRATAMENTO DO AR COMPRIMIDO

Os equipamentos pneumáticos (principalmente as válvulas) para que possam
funcionar de modo confiável é necessário assegurar determinadas exigências
de qualidade do ar comprimido, entre elas:
• Pressão;
• Vazão;
• Teor de água;
• Teor de impurezas sólidas;
• Teor de óleo;
A água, óleo e impurezas tem grande influência sobre a durabilidade e
confiabilidade de componentes pneumáticos. O óleo em particular é usado
para lubrificar os mecanismos dos sistemas pneumáticos.
Para atender às exigências de qualidade, o ar após ser comprimido sofre um
tratamento que envolve:
• Filtração
• Resfriamento
• Secagem
• Separação de impurezas sólida e líquidas inclusive vapor d'água

Contaminantes do ar comprimido
ÓLEO: proveniente do contato do ar com as partes lubrificadas do compressor.
Surge em função do tipo do compressor utilizado no processo, suas
características construtivas e do desgaste acumulado de suas partes. Exemplo:
compressor de pistão: até 25mg/m3 de ar; compressor de fuso: até 10
mg/m3.
ÁGUA: provenientes da umidade contida no ar do próprio ambiente aspirado
pelo compressor. Surge em razão da mudança de estado físico em função das
variações de temperatura após sua compressão.
PARTÍCULAS: provenientes do próprio ambiente, dos compressores e da parte
interna da tubulação do ar comprimido. O compressor aspira na ordem de 140
milhões de partículas por metro cúbico, podendo chegar a 800 milhões após a
passagem pelo compressor.

O ar comprimido é produzido em compressores, os quais comprimem
o ar para a pressão de trabalho desejada.
A taxa de compressão é em geral 1:7, ou seja, o ar atmosférico à 1 bar
é comprimido para 7 bar.
Na entrada do compressor existe um filtro para reter partículas sólidas
do ar do meio ambiente. Ao ser comprimido, o ar aquece aumentando a
temperatura. Assim é necessário resfriá-lo, condensando parte do vapor de
água. Após o resfriamento, o ar passa por um processo de secagem na
tentativa de remover ainda mais água do ar, o qual está sob a forma de vapor e
além disso, sofre uma filtração para eliminar partículas sólidas;
O ar então é armazenado num reservatório para depois ser distribuído
pela rede;
Antes de cada ponto de utilização deve também ocorrer um
tratamento do ar comprimido, através de um conjunto denominado lubrifil.

RESFRIAMENTO POSTERIOR
Nas instalações de ar comprimido recomenda-se o uso de
um resfriador posterior, localizado entre a saída do compressor e
o reservatório, pelo fato de que o ar comprimido na saída atinge
sua maior temperatura. O resfriador posterior é um trocador de
calor (ar-água) utilizado para resfriar o ar comprimido. Como
conseqüência deste resfriamento, permite-se retirar cerca de 65%
a 90% do vapor de água contido no ar, bem como vapores de
óleo.

RESFRIAMENTO POSTERIOR
Permite-se retirar cerca de 65% a 90% do vapor de água
contido no ar, bem como vapores de óleo; além de evitar que a
linha de distribuição sofra uma dilatação, causada pela alta da
temperatura de descarga do ar. Um resfriador posterior é
constituído basicamente de duas partes:
- Um corpo geralmente cilíndrico onde se alojam feixes de tubos
confeccionados com materiais de boa condução de calor,
formando no interior do corpo uma espécie de colméia.
- A segunda parte é um separador de condensado dotado de
dreno. Devido à sinuosidade do caminho que o ar deve percorrer,
provoca a eliminação da água condensada, que fica retida numa
câmara. A parte inferior do separador é dotada de um dreno
manual ou automático na maioria dos casos, através do qual a
água condensada é expulsa para a atmosfera.

SECAGEM DO AR COMPRIMIDO
A aquisição de um secador de ar comprimido pode figurar
no orçamento de uma empresa como um alto investimento, um
secador chegava a custar 25% do valor total da instalação de ar.
Mas cálculos efetuados mostravam também os prejuízos causados
pelo ar úmido:
- Substituição de componentes pneumáticos, filtros, válvulas,
cilindros danificados, impossibilidade de aplicar o ar em
determinadas operações como pintura, pulverizações e ainda
mais os refugos causados na produção de produtos. Concluiu-se
que o emprego do secador tornou-se altamente lucrativo, sendo
pago em pouco tempo de trabalho, considerando-se somente as
peças que não eram mais refugadas pela produção.

SECADOR DE AR COMPRIMIDO
O vapor d'água aspirado pelo compressor junto com o ar, pode se
condensar ao longo da linha dependendo da pressão e
temperatura.
Para entendermos os princípios da secagem do ar vamos usar
uma analogia de que o ar funciona como uma “esponja”. Se a
esponja estiver saturada de água, não poderá absorver mais água.
Comprimindo-se uma esponja, diminuímos sua quantidade de
água, o que é equivalente a aumentar a pressão do ar e ocorrer
condensação do vapor d'água. Por outro lado, podemos diminuir
a temperatura do ar e promover a condensação. Existem três
métodos de secagem, mais usuais:
• Resfriamento
• Adsorção
• Absorção

Secador do ar comprimido – resfriador posterior
O ar comprimido entra, inicialmente, em um pré-resfriador
(trocador de calor) (A), sofrendo uma queda de temperatura
causada pelo ar seco que sai do resfriador principal (B).
No resfriador principal o ar é resfriado ainda mais, pois
está em contato com um circuito de refrigeração por fluido
refrigerante R22.
Durante esta fase, a umidade presente no ar comprimido
forma pequenas gotas de água chamadas de condensado e que
são eliminadas pelo separador (C), onde a água depositada é
evacuada através de um dreno (D) para a atmosfera. O ar
comprimido seco volta novamente ao trocador de calor inicial (A),
causando o pré-resfriamento no ar úmido de entrada, coletando
parte do calor deste ar.

Secagem por absorção
Chamado de Processo Químico
de Secagem, pois o ar é conduzido no
interior de um volume através de
pastilhas dissecantes, que absorve a
umidade do ar, processando-se uma
reação química. A água ou vapor
combina-se quimicamente com ele
formando uma combinação elemento
secador-agua. Essa mistura deve ser
substituída periodicamente. Cloreto
de Cálcio ou Cloreto de Lítio Com a
consequente diluição das substâncias,
é necessária uma reposição regular,
caso contrário o processo torna-se
deficiente.

Secagem por adsorção
Chamado de Processo Físico de
secagem, pois a água fica retida dentro da
estrutura geralmente porosa e granulada(
material higroscópico). Utiliza-se dióxido de
Silício SiO2(Silica-gel) ou Alumina Ativa Al2O3.
Neste caso pode ser regerado por
calor.
Através de uma válvula direcional, o
ar úmido é orientado para uma torre, onde
haverá a secagem do ar. Na outra torre
ocorrerá a regeneração da substância
adsorvente, que poderá ser feita por injeção
de ar quente; na maioria dos casos por
resistores e circulação de ar seco.

Redes de distribuição do ar comprimido
A rede de distribuição de A.C. compreende todas as tubulações
que saem do reservatório, passando pelo secador e que, unidas,
orientam o ar comprimido até os pontos individuais de utilização. A rede
possui duas funções básicas:
1. comunicar a fonte produtora com os equipamentos consumidores.
2. funcionar como um reservatório para atender às exigências locais.
Um sistema de distribuição deve apresentar os seguintes
requisitos:
- Pequena queda de pressão entre o compressor e as partes de
consumo, a fim de manter a pressão dentro de limites toleráveis em
conformidade com as exigências das aplicações.
- Não apresentar escape de ar; do contrário haveria perda de
potência. Apresentar grande capacidade de realizar separação de
condensado(água).

RESERVATÓRIO DE AR COMPRIMIDO
Os reservatórios devem ser instalados de modo que todos
os drenos, conexões e aberturas de inspeção sejam facilmente
acessíveis, o mesma deve permanecer na sombra, para facilitar a
condensação da umidade e do óleo contidos no ar comprimido;
deve possuir um dreno no ponto mais baixo para fazer a remoção
deste condensado acumulado. Os reservatórios são dotados ainda
de manômetro, válvulas de segurança, e são submetidos a uma
prova de pressão hidrostática, antes da utilização. (Manutenção e
inspeção obedece a norma NR-13).

RESERVATÓRIO DE AR COMPRIMIDO
Em geral, o reservatório possui as seguintes funções:
- Armazenar o ar comprimido.
- Resfriar o ar auxiliando a eliminação do condensado.
- Compensar as flutuações de pressão em todo o sistema de
distribuição.
- Estabilizar o fluxo de ar.
- Controlar as marchas dos compressores. Os reservatórios devem
ser instalados:
1 - Não deve ser enterrado ou instalado em local de difícil acesso;
2 - Deve estar fora da casa dos compressores, para facilitar a
condensação da umidade e do óleo;
3 - Deve possuir um dreno;

Esquema de rede de distribuição

Válvulas de fechamento na linha de distribuição
São de grande importância na rede de distribuição para
permitir a divisão desta em seções, especialmente em casos de
grandes redes, fazendo com que as seções tornem-se isoladas
para inspeção, modificações e manutenção. As válvulas mais
aplicadas até 2" são do tipo de esfera. Acima de 2" são utilizadas
as válvulas tipo gaveta. Evitar sempre a colocação de cotovelos
90°.

Purgadores de linha
Para que a drenagem eventual seja feita, devem ser
instalados drenos (purgadores), que podem ser manuais ou
automáticos, com preferência para o último tipo. Os pontos de
drenagem devem se situar em todos os locais baixos da
tubulação, fim de linha e onde houver elevação de linha.

Aspectos relevantes de uma rede de distribuição
Tomadas de ar :
Devem ser sempre feitas pela parte superior da tubulação
principal, para evitar os problemas de condensado já expostos.
Recomenda-se ainda que não se realize a utilização direta do ar na
aplicação (dispositivo pneumático). Utilizar o conjunto Lubrifil
(lubrificador, regulador e filtro).

Materiais de tubulações
São usados materiais resistentes à oxidação como: aço
galvanizado, aço inoxidável, alumínio, cobre e materiais plásticos
(polímeros).
Hoje são utilizados tubos sintéticos, os quais
proporcionam boa resistência mecânica, apresentando uma
elevada força de ruptura e grande flexibilidade. São usados tubos
de polietileno, poliuretano e tubos nylon.
Uma nova concepção em conexões, para atender a todas
as necessidades de instalação de circuitos pneumáticos, controle
e instrumentação e outros, são as conexões instantâneas,
semelhantes a um engate rápido.

Unidade de condicionamento – LUBRIFIL
(filtro- regulador de pressão – lubrificador)

Unidade de condicionamento – LUBRIFIL

FILTRO DO LUBREFIL
Filtragem de Ar
Filtro serve para eliminar partículas sólidas
e líquidas (impurezas, água, etc..).
A filtração ocorre em duas fases. Uma pré-
eliminação é feita por rotação do ar gerando uma
força centrífuga, turbilhonamento. A eliminação
fina é feita pelo elemento filtrante. O filtro
apresenta um dreno (manual ou automático) para
a eliminação de água. O equipamento
normalmente utilizado para este fim é o Filtro de
Ar, que atua de duas formas distintas:
. pela ação da força centrífuga.
. pelo elemento filtrante, de bronze sinterizado ou
malha de nylon.

Regulador de pressão
Os reguladores foram projetados para proporcionar uma
resposta rápida e uma regulagem de pressão acurada para o
maior número de aplicações industriais. O uso do diafragma
especialmente projetado resulta em um aumento significativo da
vida útil do regulador, proporcionando baixos custos de
manutenção.

Se a pressão secundária diminui
em relação a um valor especificado a mola
2 empurra o êmbolo 6 que abre a
comunicação com a pressão primária. Se a
pressão secundária aumentar demais, a
membrana 1 se separa do êmbolo 6,
abrindo a comunicação com os furos de
exaustão, ocorrendo o escape de ar, o que
reduz a pressão secundária. O parafuso 3
permite regular a rigidez da mola 2 e
portanto a pressão secundária.

Lubrificador
Os sistemas pneumáticos e seus componentes são
constituídos de partes de movimentos relativos, estando,
portanto, sujeitos a desgastes mútuos e consequente inutilização.
Para diminuir os efeitos desgastantes e as forças de atrito, os
equipamentos devem ser lubrificados convenientemente, por
meio do ar comprimido.
Essa lubrificação deve ser efetuada de uma forma
controlada e adequada, a fim de não causar obstáculos na
passagem de ar, problemas nas guarnições, etc. Isso é conseguido
desde que as partículas de óleo permaneçam em suspensão no
fluxo, ou seja, não se depositem ao longo das paredes da linha. O
meio mais prático de efetuar este tipo de lubrificação é através do
lubrificador. Utiliza-se do princípio de venturi.

Lubrificador
princípio de venturi

Compressor
O compressor é uma máquina que tem como principal função
aumentar a pressão de um gás ou escoamento gasoso. Este
aumento pode ser desde 1,0 atm até milhares de atmosferas
(processos industriais).
Estes tem diversas características físicas que dependem
da função que desempenham. Assim apresentam-se entre outros
o seguinte tipo:
- Compressores de ar para serviços ordinários. Estes
compressores são fabricados em série e tem baixo custo inicial.
Destinam-se normalmente a serviços de limpeza, pintura e
acionamento de pequenas máquinas pneumáticas.

TIPOS DE COMPRESSORES
Sempre, conforme as necessidades fabris, em relação à
pressão de trabalho e ao volume, são empregados compressores
de diversos tipos de construção.
Serão diferenciados dois tipos básicos de compressores:
O primeiro se trata de um tipo baseado no princípio de
redução de volume. Aqui se consegue a compressão, sugando
o ar para um ambiente fechado, e diminuindo-se posteriormente
o tamanho deste ambiente. Este tipo de construção denomina-se
compressor de êmbolo ou pistão (compressores de êmbolo de
movimento linear).
O outro tipo de construção funciona segundo o princípio
de fluxo. Sucção de ar de um lado e compressão no outro por
aceleração de massa (turbina).

Compressor de êmbolo com movimento linear
Este tipo de compressor é hoje o mais utilizado.
Ele é apropriado não só para a compressão a baixas e
médias pressões, mas também para altas pressões. O campo de
pressão é de cerca de 100 KPa (1 bar) até milhares de kPa.

Para se obter ar a pressões elevadas, são necessários
compressores de vários estágios de compressão. O ar aspirado
será comprimido pelo primeiro êmbolo (pistão), refrigerado
intermediariamente, para logo, ser comprimido pelo segundo
êmbolo (pistão). O volume da segunda câmara de compressão
é, em relação ao primeiro, menor. Durante o trabalho de
compressão se forma uma quantidade de calor, que tem que
ser eliminada pelo sistema de refrigeração.

Os compressores de êmbolo podem ser refrigerados por ar ou
água. Para pressões mais elevadas são necessários mais estágios,
como segue:
- até 100 kPa (4 bar), 1 estágio
- até 1500 kPa (15 bar), 2 estágios
- acima de 1500 kPa (15 bar), 3 ou mais estágios
Não é muito econômico, mas podem ser utilizados
compressores.
- de 1 estágio, até 1200 kPa (12 bar)
- de 2 estágios, até 3000 kPa (30 bar)
- de 3 estágios, até 22000 kPa (220 bar)

Compressores de membrana
Este tipo pertence ao grupo dos compressores de
êmbolo. Uma membrana separa o êmbolo da câmara de
trabalho; o ar não tem contato com as peças móveis. Portanto, o
ar comprimido está isento de resíduos de óleo.
Estes compressores são empregados com preferência nas
indústrias alimentícias, farmacêuticas e químicas.

Compressor rotativo
Neste tipo, se estreitam (diminuem) os compartimentos,
comprimindo então o ar contido em seu interior.
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 pareces,
formam pequenos compartimentos (células). Quando em rotação,
as palhetas serão, pela força centrífuga, apertadas contra a
parede. Devido à excentricidade de localização do rotor há um
diminuição e aumento das células.

As vantagens deste compressor estão em sua construção
um tanto econômica em espaço, bem como em seu
funcionamento silencioso, contínuo e equilibrado, e no uniforme
fornecimento de ar, livre de qualquer pulsação.

Compressor rotativo de duplo parafuso (dois eixos)
Dois parafusos helicoidais, os quais, pelos perfis côncavo e
convexo comprimem o ar que é conduzido axialmente. O volume
fornecido está na figura que contém diagrama.

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

Turbo Compressores
Estes compressores trabalham segundo o princípio de
fluxo e são adequados para o fornecimento de grandes vazões.
Os turbo compressores são construídos em duas versões: axial e
radial.
Em ambas as execuções o ar é colocado em movimento
por uma ou mais turbinas, e esta energia de movimento é então
transformada em energia de pressão.

DIAGRAMA DE VOLUME E PRESSÃO FORNECIDO
Neste diagrama estão indicadas as capacidades, em
quantidade aspirada e pressão alcançada, para cada modelo de
compressor.

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