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UNIDADE 1 | Seção 1

Sistemas Hidráulicos e Pneumáticos

AR COMPRIMIDO: CARACTERÍSTICAS, APLICAÇÕES E PRINCIPAIS COMPONENTES (COMPRESSOR, REDE DE DISTRIBUIÇÃO), PRODUÇÃO, PREPARAÇÃO E DISTRIBUIÇÃO

Seção 1 Título da Unidade de Ensino: Fundamentos dos Sistemas Hidráulicos e Pneumáticos Palavras-chave: Ar comprimido; compressor; reservatório; rede de distribuição de ar comprimido; unidade de condicionamento de ar comprimido.

COMPETÊNCIAS Caro professor, No KLS 2.0, o ensino por competências é categorizado da seguinte forma: Competência de Fundamento de Área: é a competência que deve ser desenvolvida nas disciplinas de fundamentação teórica, que servem como suporte e subsídio para as disciplinas específicas da área de conhecimento, com base na seguinte relação: compreensão-análise-síntese-transferência. Trata-se do CONHECER para ser capaz de DESENVOLVER as competências profissionalizantes. Competências Geral e Técnicas: são as competências que devem ser desenvolvidas nas disciplinas específicas do curso e que estão relacionadas diretamente à atividade profissional da carreira. Por isso, o domínio dessas competências deve ser avaliado por meio da elaboração e/ou disponibilização de produtos (tangíveis ou não) e serviços, com base na seguinte relação: compreensão-análise-síntese-transferência-aplicação. Trata-se do CONHECER para ser capaz de ATUAR PROFISSIONALMENTE nas diferentes áreas de atuação.

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COMPETÊNCIA GERAL: Conhecer e compreender os princípios básicos relacionados aos sistemas hidráulicos e pneumáticos, bem como as suas aplicações na área de engenharia, visando habilitar o aluno de modo que este possa dimensionar e/ou selecionar os componentes e máquinas hidráulicas e/ou pneumáticas que integram as instalações industriais e capacitar o aluno para projetar, instalar, implementar e manter sistemas pneumáticos e hidráulicos. COMPETÊNCIAS TÉCNICAS: Projeto dimensionado com relatório técnico. CONTEÚDO: •

Implantação da Rede de Ar Comprimido.

•

Elementos de Produção de Ar Comprimido – Compressores.

•

Elementos de Produção de Ar Comprimido – Reservatório de Ar Comprimido.

•

Rede de Distribuição de Ar Comprimido.

•

Unidade de Condicionamento de Ar Comprimido (Lubrefil).

OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM: O objetivo de aprendizagem desta seção é capacitar o aluno para o dimensionamento de uma rede de ar comprimido para um setor industrial de uma empresa de pequeno porte. Para isso, iremos estudar os tipos fundamentais de compressores, o reservatório de ar comprimido, as redes de distribuição de ar comprimido e a unidade de condicionamento do ar comprimido.

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PREPARANDO A AULA

Caro professor, Lembre-se de que o planejamento, antes do encontro presencial com os alunos, é fundamental para se realizar uma aula adequada. Por isso, percorra você também o caminho do aluno: estude o conteúdo teórico, acesse a webaula e analise a situação-problema e a situação geradora de aprendizagem (SGA)/situação da realidade profissional (SR). Procure pensar nas possibilidades da aula mediada e, se preciso, faça adaptações de acordo com o contexto de sua região e o perfil de seus alunos.

PENSANDO A AULA

Pensando a aula: sugiro que o professor aprofunde mais o conteúdo dos tópicos estudados nesta seção, trazendo principalmente informações técnicas adicionais de manuais de componentes que serão utilizados na elaboração do relatório técnico exigido pela SP1. Problematizando a aula: apresente a situação-problema e, ao final da aula, o Roteiro de Solução sugerido para resolvê-la. Forme grupos na turma para que os alunos trabalhem a SP1 em sala de aula, resolvendo o problema proposto e sanando dúvidas ao mesmo tempo. Após a resolução, discuta com seus alunos a resolução da situação-problema, trazendo melhorias e sugestões que agreguem na elaboração do relatório técnico.

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Provocando novas situações: traga novas situações, nas quais os alunos possam aprofundar mais o conhecimento sobre um tópico específico.

PROBLEMATIZANDO A AULA

SITUAÇÃO DA REALIDADE PROFISSIONAL (SR): Você, aluno, estagia em uma empresa de consultoria que foi contratada para dimensionar uma rede de ar comprimido em circuito aberto para o setor industrial de uma empresa de pequeno porte. O relatório técnico que a empresa contratante necessita deverá conter os seguintes itens: • Seleção do compressor, a partir da pressão e vazão requeridas pelo sistema. • Seleção do reservatório, de modo a garantir uma reserva de ar comprimido para o sistema. • Seleção dos acessórios da rede de produção, preparação e distribuição de ar comprimido. • Planejamento de um sistema de ar comprimido que atenda às necessidades atuais, bem como necessidades futuras. • Dimensionamento da rede de distribuição de ar comprimido. • Cálculo da perda de carga da rede de ar comprimido e considerações de vazamentos e perdas de potência devido a furos. • Criação de um layout para produção, preparação e distribuição do ar comprimido, utilizando as normas, diretrizes e simbologias de sistemas pneumáticos. Como estagiário, você deverá dimensionar a rede e apresentar o relatório ao Engenheiro Supervisor de Estágio, que irá avaliar o seu desempenho, e depois, com as devidas correções, caso necessário, irá encaminhar seu relatório técnico à empresa contratante.

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Ao final desta unidade, você será capaz de elaborar o relatório técnico para dimensionamento da rede de ar comprimido, evidenciando a importância de trabalhar os conteúdos abordados nesta unidade de ensino. Com o estudo desta unidade, poderemos esclarecer algumas perguntas: quais são os dados necessários para a confecção do relatório técnico? Quais as conclusões a que devemos chegar ao analisar os resultados do relatório técnico? Vamos lá?

SITUAÇÃO-PROBLEMA (SP): Você, aluno, estagia em uma empresa de consultoria que foi contratada para dimensionar uma rede de ar comprimido em circuito aberto para um setor industrial de uma empresa de pequeno porte. Para preparar o relatório, você deve primeiramente: selecionar componentes e acessórios para projetar a rede de produção, preparação e distribuição de ar comprimido de um setor industrial de uma empresa de pequeno porte, considerando o consumo total de ar comprimido requerido pelos atuadores como sendo de 500 m3/h e pressão de trabalho dos atuadores de 7 bar.

RESOLUÇÃO DA SITUAÇÃO-PROBLEMA (SP): Caro professor, sugiro que você trabalhe a situação-problema utilizando a atividade “Aprendizagem baseada em problemas”, resolvendo a SP1 em grupos de 8 pessoas, do seguinte modo: • Apresente a SP1. • Estimule o pensamento científico nos seus alunos, fazendo com que estes identifiquem o problema proposto e façam perguntas para esclarecer possíveis dúvidas sobre a resolução do problema. Os estudantes devem pensar em passos para a resolução do problema, definindo quais são os objetivos de estudo de cada tópico e as necessidades pontuais de aprofundamento em temas essenciais para solução do problema. Os alunos estudam individualmente os temas necessários para solução do problema e discutem novamente

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o problema e a hipótese de solução com base no que estudaram. Finalmente, decidem qual é a melhor hipótese de solução e elaboram um plano de ação para implementação dos resultados. • Verifique como o estudo da situação-problema possibilitou o alcance dos objetivos requeridos. Roteiro de Solução da SP1: Primeiramente, iremos selecionar o compressor do sistema de ar comprimido. Para a correta seleção de um compressor, é necessário saber: • Equipamentos pneumáticos que serão utilizados. • Quantidade desses equipamentos. • Taxa de utilização (fornecida pelo usuário). • Pressão de trabalho (dado técnico de catálogo). A tabela a seguir nos mostra alguns exemplos de consumo de ar, pressão de trabalho e taxa de utilização de alguns equipamentos industriais. Consumo Pressão de Qde. de ar efetivo trabalho lbf/ pcm pol2 Furadeira pneumática 2 8,0 60 Lixadeira pneumática 2 12,0 60 Pistola pintura 3 6,0 40 Guinch pneumático 1 3,0 125 qualquer Bicos de limpeza 5 6,0 pressão Descrição equipamento

Taxa de utilização % 25 40 30 10 10

Após o cálculo do consumo total de ar comprimido e da pressão requerida pelo sistema para um setor industrial de uma empresa de pequeno porte, podemos utilizar o diagrama da Figura 1.2 do livro para selecionar o compressor ou conjunto de compressores para suprir a demanda de ar requerida. Assim que a vazão total do sistema for definida, iremos estabelecer um fator entre 20% e 50% para futuras ampliações da rede de ar comprimido. Normalmente, selecionamos dois compressores que, somados, atendam a essa vazão. Um terceiro compressor, da mesma capacidade, deve ser adicionado ao sistema, sendo utilizado como stand by.

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ATENÇÃO!

Catálogos de compressores são utilizados para a escolha do sistema de ar comprimido. Podemos, por exemplo, utilizar o fabricante Schulz para a seleção, em . Acesso em: 27 fev. 2016.

Após o cálculo do compressor, iremos calcular tamanho do reservatório de ar comprimido. A norma PNB 109 da ABNT recomenda que: “nenhum reservatório deve operar com uma pressão acima da pressão máxima de trabalho permitida, exceto quando a válvula de segurança estiver dando vazão; nesta condição, a pressão não deve ser excedida em mais de 6% do seu valor”. Para um cálculo preliminar e rápido do volume de um reservatório de ar, adotase a seguinte regra: Para compressores de pistão: Volume do reservatório = 20% da vazão total do sistema medida em m3/min. - Vazão total = 5 m3/min. - Volume do reservatório = 20% x 5 m3/min = 1,0 m3. EXEMPLIFICANDO

Para compressores rotativos: Volume do reservatório = 10% da vazão total do sistema medida em m3/min. - Vazão total = 5 m3/min. - Volume do reservatório = 10% x 5 m3/min = 0,5 m3.

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Para um cálculo mais sofisticado, deve-se considerar a vazão de ar requerida pelo sistema num determinado intervalo em função do decaimento máximo de pressão aceitável nesse intervalo. Após o cálculo do volume total de armazenamento de ar necessário para o sistema, recomenda-se dividir o reservatório em dois reservatórios menores, de igual capacidade, sendo o primeiro instalado logo após o compressor de ar e antes do pré-filtro e o segundo logo após o pós-filtro.

FAÇA VOCÊ MESMO

Para complementar o dimensionamento da rede de produção de ar comprimido, você pode selecionar o resfriador posterior e o sistema de secagem do ar comprimido, utilizando: Parker Training. Dimensionamento de Redes de Ar Comprimido. Apostila M1004 BR, Setembro 2006, páginas 33 a 38. Os catálogos do fabricante sugerido, dentre outros, deverão ser utilizados para selecionar os equipamentos adequados para a aplicação desta SP1.

Para o dimensionamento da rede de distribuição de ar comprimido, é necessário saber quais e quantos equipamentos serão utilizados no setor industrial da SP1. A definição do layout é extremamente importante, para se conseguir a melhor performance na distribuição do ar. O layout, desenhado em 2D ou 3D, deve apresentar a rede principal de distribuição, suas ramificações, todos os pontos de consumo, incluindo possíveis futuras aplicações; a pressão desses pontos de consumo, e a posição de válvulas, conexões, curvaturas etc. na rede de distribuição. Através do layout, pode-se então definir o menor comprimento da tubulação, acarretando menores perdas de carga e proporcionando economia na distribuição de ar.

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ASSIMILE

Para cálculos no dimensionamento da rede de distribuição, como o cálculo do diâmetro de tubulações, utilizar o assistente para dimensionamento da rede de ar comprimido, da empresa Fargon, disponível em (acesso em: 27fev. 2016), que nos mostra o diâmetro interno da tubulação principal de acordo com dados de entrada especificados pelo usuário.

Para seleção da unidade de condicionamento de ar comprimido, pesquisar em: Parker Training. Dimensionamento de Redes de Ar Comprimido. Apostila M1004 BR, Setembro 2006, páginas 39 a 50. Utilizar o catálogo do fabricante sugerido para selecionar a unidade de condicionamento de ar comprimido adequada para a aplicação requerida nesta SP1.

PROVOCANDO NOVAS SITUAÇÕES

TRANSFERÊNCIA DE APRENDIZAGEM Caro professor, A transferência de aprendizagem é o momento em que o conhecimento é compreendido por meio de outras provocações, reflexões e exercícios, a fim de promover aos alunos uma aprendizagem que extrapole a situaçãoproblema principal, apresentando situações com características estruturais semelhantes. Portanto, é importante que, além de discutir a SP de transferência de aprendizagem trabalhada no “Avançando na Prática”, você possa: • Apresentar situações baseadas não só na realidade, mas também no seu repertório de experiências e conhecimentos, bem como aquelas presentes no conteúdo da seção. • Apresentar atividades que propiciem debates sobre as novas situações-problema e também sobre a aplicabilidade dos conteúdos e procedimentos aprendidos.

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• Apresentar atividades que estimulem o aluno a criar novas situações-problema, cuja resolução dependa dos conteúdos e procedimentos aprendidos. • Propor aos alunos outras situações-problema semelhantes, em diversos formatos, como: notícias, filmes, artigos, entre outros. Caro professor, muitos tópicos relacionados a esta seção não foram abordados, ou foram abordados muito superficialmente, devido à grandeza do tema. Sugiro que neste momento você apresente esses tópicos, dando ênfase aos temas mais relevantes. Exemplos: sistema de refrigeração dos compressores (resfriador intermediário, posterior); manutenção de componentes e equipamentos; desumidificação do ar (secagem); acessórios utilizados na rede de distribuição de ar (válvulas, ligação entre tubos, curvatura, inclinação da tubulação etc.); limpeza de filtros; contaminantes do ar comprimido etc. Traga vídeos que exemplifiquem esses tópicos de maneira mais prática e direta.

RESULTADOS DE APRENDIZAGEM Caro professor, ao final desta seção esperamos que os seus alunos tenham conhecimentos técnicos e científicos suficientes para aplicar os conceitos estudados nesta seção na elaboração do relatório técnico exigido na SR desta unidade. Como verificação de alguns resultados de aprendizagem específicos, é fundamental verificar se os alunos aplicaram os conceitos estudados para: • Seleção de um sistema de compressores para a rede de ar comprimido do setor industrial estudado na SP1. • Cálculo do tamanho do reservatório de ar comprimido. • Seleção dos filtros de ar comprimido, dependendo da utilização em cada ponto da rede. • Dimensionamento da rede de distribuição de ar comprimido. • Seleção da unidade de condicionamento de ar comprimido.

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INTEGRANDO OS TEMPOS DIDÁTICOS Caro professor, Este é mais um momento de incentivar o aluno a desenvolver a autonomia no seu processo de aprendizagem. Nesta etapa, é importante: 1. Indicar conteúdos complementares (artigos, reportagens, filmes, livros etc.), que podem estar presentes nos demais materiais ou não (LD, webaula etc.). 2. Orientar os alunos a se preparar para a próxima aula mediada: • Resolvendo as atividades correspondentes a esta seção. • Acessando a webaula da próxima seção. • Lendo a próxima seção do livro didático. Caro professor, oriente os seus alunos a: • Resolver as atividades do tópico Faça valer a pena! da Seção 1.1 do LD. • Acessar a webaula correspondente à próxima aula presencial. • Ler a Seção 1.2 do LD. • Resolver as questões básicas correspondentes à próxima aula presencial. • Registrar as dúvidas originadas nessas tarefas para esclarecimentos na próxima aula.

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