Aula 2 - Compressores E Bombas

Automação Pneumática "E assim como nossa alma, que é ar, nos, mantém unidos, da mesma maneira o vento envolve todo o mundo". Anaxímenes de Mileto (588-524 a.C.),

Compressores – Definição Compressores são máquinas destinadas a elevar a pressão de um certo volume de ar, admitido nas condições atmosféricas, até uma determinada pressão, exigida na execução dos trabalhos realizados pelo ar comprimido. Simbologia

Princípios de Trabalho

• Deslocamento Positivo ou Volumétricos • Deslocamento Dinâmico

Deslocamento Positivo Baseia-se fundamentalmente na redução de volume. O ar é admitido em uma câmara isolada do meio exterior, onde seu volume é gradualmente diminuído, processandose a compressão. Quando uma certa pressão é atingida, provoca a abertura de válvulas de descarga, ou simplesmente o ar é empurrado para o tubo de descarga durante a contínua diminuição do volume da câmara de compressão. Classificam-se em alternativos e rotativos

Compressor de pistão de simples efeito

Os compressores alternativos de pistão utilizam de um sistema biela-manivela para converter o movimento rotativo de um eixo no movimento translacional de um pistão ou êmbolo. Dessa maneira, a cada rotação do acionador, o pistão efetua um percurso de ida e outro de vinda na direção do cabeçote, estabelecendo um ciclo de operação.

Figura 4: Detalhe das válvulas e pistão

Compressor de Membrana

Compressor parecido com de pistão, mas o ar não entra em contato com as partes móveis, pois ele é separado por uma membrana, assim o ar não é contaminado com os resíduos do óleo. Estes compressores são utilizados nas indústrias alimentícias, farmacêuticas e químicas.

Compressor de Parafuso

Este compressor é dotado de uma carcaça onde giram dois rotores helicoidais em sentidos opostos. Um dos rotores possui lóbulos convexos, o outro uma depressão côncava e são denominados, respectivamente, rotor macho e rotor fêmea. Os rotores são sincronizados por meio de engrenagens; entretanto existem fabricantes que fazem com que um rotor acione o outro por contato direto.

Deslocamento dinâmico A elevação da pressão é obtida por meio de conversão de energia cinética em energia de pressão, durante a passagem do ar através do compressor. O ar admitido é colocado em contato com impulsores (rotor laminado) dotados de alta velocidade. Este ar é acelerado, atingindo velocidades elevadas e conseqüentemente os impulsores transmitem energia cinética ao ar. Posteriormente, seu escoamento é retardado por meio de difusores, obrigando a uma elevação na pressão.

Compressor Dinâmico de Fluxo Radial Os compressores de fluxo radial requerem altas velocidades de trabalho, como por exemplo 334, 550, 834 até 1667 r.p.s. São empregados quando se exigem grandes volumes de ar comprimido. As pressões influem na sua eficiência, razão pela qual geralmente são geradores de ar comprimido.

Compressor Dinâmico de Fluxo Axial Compressão nesta unidade processa-se paralelamente ao veio motor, daí a designação de axial.

O caudal mínimo em jogo é de tal forma elevado (900 m3/min) que dificilmente se destina à produção de ar comprimido, pelo menos, para a dimensão no nosso parque industrial

Alternativo Simples Estágio

Alternativo Duplo Estágio

Alternativo Duplo Efeito

Regulagem de capacidade Função: manter a pressão de trabalho do compressor dentro de uma faixa pré-estabelecida. Tipos: -Partida e parada automáticas do motor elétrico. - Fechamento total da admissão. - Fechamento parcial (estrangulamento) da admissão. - Descarga para a atmosfera. - Realimentação do ar comprimido. - Variação do rendimento volumétrico - Variação da rotação do motor de acionamento. - Alívio nas válvulas de admissão. - Métodos combinados.

Partida e parada automáticas do motor elétrico

Fechamento total da admissão

Fechamento parcial (estrangulamento) da admissão

Descarga para a atmosfera

Realimentação do ar comprimido

Bombas hidráulicas

Simbologia:

Bomba de Engrenagens Externas

Destinam-se ao bombeamento de substâncias líquidas e viscosas lubrificantes ou não, mas que não contenham particulados ou corpos sólidos granulados. Os dentes podem ser retos ou helicoidais. Quando são helicoidais, ocorre um esforço longitudinal na ação de engrenamento, paralelamente ao eixo.

Bomba de engrenagem interna com crescente

É aplicável ao bombeamento de água, óleo minerais e vegetais, ácidos, álcool, tintas, benzeno, chocolate, asfalto, éter etc. São fabricadas para pressões até 280 kgf/cm2 e vazões de 0,07 l/s até 4 l/s. Possui uma roda dentada exterior presa a um eixo e uma roda dentada livre interna acionada pela externa.

Bomba de engrenagens internas Tipo Gerotor

A bomba tipo gerotor é uma bomba de engrenagem interna com uma engrenagem motora interna e uma engrenagem movida externa. A engrenagem interna tem um dente a menos do que a engrenagem externa.

Bombas de paletas deslizantes ( sliding-vane pumps)

As de palhetas deslizantes são muito usadas para alimentação de caldeiras. São auto-aspirantes e podem ser empregadas também como bombas de vácuo. Nos comandos hidráulicos, bombeiam óleo até pressões da ordem de 175 Kgf/cm2 mas em geral a pressão obtida com as bombas de palhetas varia de 7 a 20 Kgf/cm2. Giram com rotações entre 20 e 500 rpm, e as vazões podem variar de 3 a 20 m3/h havendo bombas com razões até maiores.

Bombas de palheta no estator (external vane pump)

Possuem um cilindro giratório elíptico que desloca uma palheta que é guiada por uma ranhura na carcaça da bomba. O peso próprio da palheta, auxiliado pela ação de uma mola, faz com que a palheta mantenha sempre contato com a superfície do rotor elíptico, proporcionando com o escoamento

Bombas de palhetas flexíveis (flexible vane pumps)

O rotor possui pás de borracha de grande flexibilidade, que, durante o movimento de rotação, se curvam, permitindo que entre cada duas delas seja conduzido um volume de líquido da boca de aspiração até a de recalque. Devem girar com baixa rotação, e a pressão que alcançam é reduzida.

Bomba de Lóbulos

As bombas de lóbulos têm dois rotores, cada qual com dois ou três e até quatro lóbulos (três lóbulos são mais usadas). As bombas de lóbulos são usadas no bombeamento de produtos químicos, líquidos lubrificantes ou nãolubrificantes de todas as viscosidades. São fabricadas para pressões até 10kgf/cm2, vazões até 360.000 l/h, e temperatura de líquidos de até 200o C.

Bomba de Pistão Radial O seu funcionamento é baseado na força centrífuga, que faz com que os pistões sigam o contorno do anel, que é excêntrico em relação ao bloco de cilindros. O deslocamento de fluido depende do tamanho e do número de pistões do conjunto, bem como do curso dos mesmos. Existem modelos em que o deslocamento de fluido pode variar, modificandose o anel para aumentar ou diminuir o curso dos pistões. Existem, ainda, controles externos para esse fim.

Bomba de Pistão Axial - Eixo inclinado Um tambor de cilindro gira de encontro a uma placa entalhada que conecta os pistões aos portos de entrada e saída. Neste tipo de bomba, o bloco de cilindros é unido ao eixo através de uma ligação universal. A ação de bombeamento é a mesma de uma bomba com a placa alinhada ao eixo. O ângulo de inclinação em relação ao eixo determina a vazão desta bomba, assim como o ângulo da placa guia determina a vazão da bomba com eixo alinhado. Nas bombas de vazão fixa, o ângulo é constante.

Bomba de Pistão Axial - Disco inclinado Neste modelo de bomba , o eixo e o bloco de cilindros estão alinhados. O movimento alternado dos pistões é causado por uma placa guia inclinada. O eixo movimenta o bloco de cilindros, que carrega os pistões em torno do eixo. As sapatas do pistão deslizam de encontro à placa e são fixadas a ela por uma placa da sapata. A inclinação da placa faz com que os cilindros alternem em seus furos.

Bomba de Pistão Axial - Disco inclinado (Placa de Balanço) Esta é uma variedade da bomba de pistão com placa inclinada. Neste projeto, um tambor de cilindro não gira; uma placa balança enquanto gira e ao balançar, empurra os pistões dentro e fora das câmaras em um tambor de cilindros estacionário.

Bomba de Cavidade Progressiva

A bomba de parafuso único ou bomba helicoidal de câmara progressiva, concebida pelo francês Moireau, consta de um rotor que é um parafuso helicoidal que gira no interior de um estator elástico também com forma de parafuso, mas com perfil de hélice dupla.

Prof. André Pimentel [email protected] IFCE – Campus Fortaleza

Compressor • Ao admitir o ar, aspira também os seus compostos. • Adiciona a esta mistura o calor sob forma de pressão e temperatura, além de adicionar óleo lubrificante. O vapor de água é outro dos ingredientes naturais que pode ser encontrado em quantidades variáveis no ar. A quantidade de vapor de água e o nível de contaminação do ar desempenham um papel fundamental no processo de compressão e na qualidade do ar debitado pelo compressor.

A presença desta água condensada nas linhas de ar, causada pela diminuição de temperatura, terá como conseqüências: * Oxidação da tubulação e componentes pneumáticos; * Destruição da película lubrificante existente entre as superfícies deslizantes que estão em contato, acarretando desgaste prematuro e reduzindo a vida útil das peças, válvulas, cilindros e etc; * Prejudica a fabricação de peças (equipamentos eletrônicos); * Arrasta partículas sólidas que prejudicarão o funcionamento dos componentes pneumáticos;

• Aumento do índice de manutenção; * Impossibilita pulverização;

a

aplicação

em

equipamentos

de

* Provoca golpes de ariete nas superfícies adjacentes. Portanto, é da maior importância que grande parte da água, bem como dos resíduos de óleo, seja removida do ar para evitar redução de manutenção de todos os dispositivos e máquinas pneumáticas.

Equipamentos de tratamento do ar O ar atmosférico, matéria-prima para a produção de ar comprimido, apesar de barato e abundante, requer tratamento antes, durante e após a compressão, haja vista a necessidade de remoção das impurezas contidas, tais como poeira e umidade, bem como pelas transformações sofridas durante o processo, principalmente o aumento de temperatura. Por isso o ar é submetido à filtração, resfriamento, secagem e, em muitos processos industriais, lubrificação, para facilitar o deslocamento de órgãos móveis dos componentes através dos quais passa, bem como a sua manutenção.

DRENOS: Empregados em todos os equipamentos em que se possa fazer a retirada de condensado, tais como resfriadores, secadores, filtros e reservatórios, ou em trechos longos da tubulação. Podem ser de atuação manual ou automática.

manual

automático

RESFRIADOR:

O ar é aquecido ao passar de um estado de baixa para um estado de alta pressão, chegando a atingir temperatura de 250º C, o que torna obrigatório o resfriamento, sob pena de comprometer a função do óleo lubrificante, com conseqüências danosas para os órgãos moveis do compressor, como também de reduzir o rendimento volumétrico do reservatório de ar comprimido. São empregados resfriadores a água ou a ar, instalados entre os estágios do compressor (resfriadores intermediários) e entre o último estágio e o reservatório (resfriador posterior. Também podem se dotados de drenos (também chamados purgadores).

TIPOS DE SECAGEM

DO AR COMPRIMIDO

SECAGEM POR RESFRIAMENTO

O processo de secagem do ar comprimido por refrigeração consiste em submeter o ar a uma temperatura suficientemente baixa, afim de que a quantidade de água existente seja retirada em grande parte e não prejudique o funcionamento dos equipamentos.

Além de remover a água, é provocado no compartimento de resfriamento, uma emulsão com o óleo lubrificante do compressor, auxiliando na remoção de certa quantidade do óleo.

SECAGEM POR ABSORÇÃO

O método utiliza em um circuito uma substância sólida ou gasosa, com capacidade de absorver outra substância sólida ou gasosa. Este processo é também chamado de secagem química, onde o ar é conduzido pelo interior de um volume através de uma massa hidroscópica ou insolúvel que absorve a umidade do ar, processando-se uma reação química.

• Gesso desidratado • Cloreto de cálcio • Cloreto de lítio • Cloreto de magnésio

SECAGEM POR ADSORÇÃO

Trata-se de um processo físico que consiste em forçar a passagem do ar comprimido úmido através de um produto adsorvente o qual permite que as moléculas de água se depositam por aderência em sua superfície sem no entanto se misturar com elas. Dentro de reservatórios cilíndricos dispostos verticalmente coloca-se material adsorvente como sílica gel ou alumina ativada, materiais estes porosos e granulados, que quando saturados podem ser regenerados fazendo-se circular ar quente em sentido contrario ao do processo de secagem.

O processo de adsorção é regenerativo, a substância absorvente, após estar saturada de umidade, permite a liberação de água quando submetida a um aquecimento regenerativo.

Secadores de ar O acúmulo do condensado depende amplamente da umidade relativa do ar. A umidade relativa do ar depende da temperatura e das condições climáticas. A umidade absoluta é a massa de vapor de água, contida na realidade em um (1) m3 de ar. A quantidade de saturação é a massa do vapor de água que um (1) m3 de ar pode absorver em determinada temperatura.

Umidade _ absoluta Umidade _ Re lativa  x100% Quantidade _ de _ Saturação A temperatura do ponto de orvalho é a temperatura na qual a umidade relativa é de 100%. Quanto mais abaixo do ponto de orvalho, mais a água irá condensar e reduzir a quantidade dispersa no ar. Exemplo: Capacidade de sucção 1000 m3/h Pressão absoluta 700 kPa (7 bar) Volume comprimido por hora 143 m3 Temperatura de sucção 293 K (20 ºC) Temperatura após a compressão 313 K (40 ºC) Umidade relativa 50%

Quantidade compressão:

de

293 K (20 ºC)

água

antes

da

100% = 17,3 g/m3

Portanto 50% = 8,65 g/m3 8,65 g/ m3 • 1000 m3/h = 8650 g/h Quantidade de compressão:

313 K (40 ºC)

água

depois

da

51,1 g/m3

51,1 g/ m3 • 143 m3/h = 7307 g/h Portanto, a quantidade separada de água no compressor é:

8650 g/h – 7307 g/h = 1343 g/h.

Exemplo 2: Temperatura = 25ºC, umidade relativa do ar 65%. Qual a quantidade de água em 1m³ de ar ? gH2O/m³ = 24 g/m³ • 0,65 = 15,6 g/m³ • 1m³ = 15,6 g Exemplo 3: 10m³ de ar atmosférico a 15ºC e umidade relativa 65% se comprime a uma pressão relativa de 6 bar, a temperatura sofre um incremento de 10ºC e chega a 25ºC. Qual a quantidade de água que será eliminada? 15ºC = 13,04 g/m³ x 10m³ =130,4g ; a 65% 6 bar: p1 • V1 = p2 • V2

130,4 x 0,65 = 84,9 g

V2 = p1/p2 • V1 = 1,013/ 7,013 • 10m³ = 1,44m³

25ºC, pode conter até 23,76 g/m³ • 1,44 m³ = 34,2 g gH2O = 84,9 g – 34,5 g = 50,6 g

Reservatórios Um reservatório é configurado como acessório de um compressor. • Estabilizar o ar comprimido; • A grande área de superfície do reservatório resfria o ar; • Acumulo de energia em forma de pressão.

O tamanho do reservatório de ar comprimido depende de:

• Volume de produção do compressor • Consumo de ar nas operações realizadas • Tamanho da rede (quaisquer necessidades adicionais) • Tipo de regulagem de ciclo do compressor • Queda de pressão permissível na rede de fornecimento Exemplo: Volume de produção QL = 20 m3/min Ciclos de troca por hora z = 20 i/h Pressão diferencial Δp = 100 kPa (1 bar)

Filtragem de Ar Os sistemas pneumáticos são sistemas abertos: o ar, após ser utilizado, é exaurido para a atmosfera, enquanto que a alimentação aspira ar livre constantemente. Este ar, por sua vez, está sujeito à contaminação, umidade e às impurezas procedentes da rede de distribuição. O Filtro de Ar, que atua de duas formas distintas: • Pela ação da força centrífuga. • Pela passagem do ar através de um elemento filtrante, de bronze sinterizado ou malha de nylon.

Filtros Coalescentes Filtros convencionais de filtragem nominal de 5 micra não conseguem remover partículas contaminantes submicrônicas para atender a aplicações especiais. O limite mínimo de remoção desses filtros de uso convencional é geralmente maior do que 2 µm. Oitenta por cento de contaminantes em suspensão são inferiores a 2 µm em tamanho. Os filtros coalescentes são especialmente projetados para remover partículas submicrônicas sólidas, de óleo e água do ar comprimido.

GRAU 6 São capazes de remover acima de 99,9% de todas as partículas em suspensão na faixa de 0,3 a 0,6 µm.

Além disso, esses filtros apresentam uma eficiência de 99,98% na remoção de partículas suspensas e na eliminação de partículas sólidas maiores que 0,3 µm. Desta forma, um nível de contaminação de 20 ppm de óleo é reduzido para uma concentração de 0,004 ppm. (Nível aceitável para praticamente todas as aplicações pneumáticas).

Regulagem de Pressão Um sistema de produção de ar comprimido atende à demanda de ar para vários equipamentos pneumáticos. Em todos estes equipamentos está atuando a mesma pressão. Isso nem sempre é possível, pois, se estivermos atuando um elemento pneumático com pressão maior do que realmente necessita, estaremos consumindo mais energia que a necessária. Por outro lado, um grande número de equipamentos operando simultaneamente num determinado intervalo de tempo faz com que a pressão caia, devido ao pico de consumo ocorrido.

Estes inconvenientes são evitados usando-se a Válvula Reguladora de Pressão, ou simplesmente o Regulador de Pressão, que tem por função: - Compensar automaticamente o volume de ar requerido pelos equipamentos pneumáticos. - Manter constante a pressão de trabalho (pressão secundária), independente das flutuações da pressão na entrada (pressão primária) quando acima do valor regulado. - Funcionar como válvula de segurança.

Filtro/Regulador Conjugado

Economiza espaço, pois oferece filtro e regulador conjugados para um desempenho otimizado. Grande eficiência na remoção de umidade.

Manômetros São instrumentos utilizados para medir e indicar a intensidade de pressão do ar comprimido, óleo, etc. Nos circuitos pneumáticos e hidráulicos, os manômetros são utilizados para indicar o ajuste da intensidade de pressão nas válvulas, que pode influenciar a força, o torque, de um conversor de energia. Existem dois tipos principais de manômetros: Tubo de Bourdon Schrader (tipo hidráulico)

Convém lembrar que existem dois tipos de pressão: Absoluta e Relativa (Manométrica). Absoluta: é a soma da pressão manométrica com a pressão atmosférica. Relativa: é a pressão indicada nos manômetros, isenta da pressão atmosférica.

LUBRIFICADOR:

O ar desumidificado, ao se deslocar no interior de válvulas e cilindros, tende a remover a umidade neles contida, dificultando assim a movimentação destes componentes, o que torna necessário a sua lubrificação. Os lubrificadores são componentes específicos de alguns equipamentos pneumáticos e não da rede de ar como um todo, haja vista que em aplicações com fins medicinais ou de manipulação de produtos alimentícios a lubrificação não pode ser empregada pelos riscos que causa à saúde.

Distribuição proporcional de óleo em uma larga faixa de fluxo de ar. Sistema de agulha assegura uma distribuição de óleo repetitiva. Permite o abastecimento do copo com a linha pressurizada.

Parafínicos Caracterizam-se, de modo geral, por um alto índice de viscosidade, alta estabilidade contra a oxidação, menor tendência à formação de vernizes, alto ponto de fluidez e baixa densidade.

Naftênicos Apresentam baixo índice de viscosidade, menor estabilidade contra oxidação, maior tendência à formação de vernizes, ponto de fluidez mais baixo e densidade elevada. Aromáticos Não são adequados para fins de lubrificação.

UNIDADE DE CONDICIONAMENTO (LUBREFIL)

Após passar por todo o processo de produção, tratamento e distribuição, o ar comprimido deve sofrer um último condicionamento, antes de ser colocado para trabalhar, a fim de produzir melhores desempenhos. • Filtragem, regulagem de pressão e introdução de certa quantidade de óleo para lubrificação das partes mecânicas dos componentes pneumáticos. • A utilização desta unidade de serviço é indispensável em qualquer tipo de sistema pneumático, do mais simples ao mais complexo. Ao mesmo tempo em que permite aos componentes trabalharem em condições favoráveis, prolongando sua vida útil.