Dimensionamento de rede de distribuição de ar comprimido (4)

Prévia do material em texto

SISTEMAS 
HIDRÁULICOS 
E 
PNEUMÁTICOS 
TECNOLOGIA PNEUMÁTICA 
INDUSTRIAL 
AULA 03 – Dimensionamento de 
redes de ar comprimido 
Professor Francisco Sobrinho 
2020.2 
INTRODUÇÃO 
A rede de distribuição do ar comprimido é composta por tubulações que ligam o 
reservatório aos pontos de utilização. Para ter a eficiência máxima na distribuição do ar 
comprimido é importante a definição de um layout adequado que apresente: 
• A rede de distribuição principal; 
• As ramificações; 
• Pontos de consumo. 
Assim, aumenta-se a probabilidade de definir o tipo de rede de distribuição a ser 
implantada, com o menor percurso e pontos de estrangulamento possíveis, a fim de 
diminuir a perda de carga e os custos . 
DIMENSIONAMENTO DAS TUBULAÇÕES 
• VOLUME DE AR CORRENTE: Vazão total das máquinas + Futura ampliação 
• EXEMPLO DE CONSUMO DE AR DE ALGUNS EQUIPAMENTOS SEGUNDO SEUS 
FABRICANTES. 
DIMENSIONAMENTO DAS TUBULAÇÕES 
• QUEDA DE PRESSÃO ADMITIDA: 
Para o dimensionamento da tubulação, deve-se considerar a queda de pressão, também 
conhecida como perda de carga que ocorre por atrito do ar com a tubulação durante o 
fluxo. 
• Os valores variam de 0,3 kgf/cm² para tubulações menores e 0,5 kgf/cm² para 
tubulações acima de 500 m de comprimento. 
• PRESSÃO DE REGIME: 
A pressão de regime é a pressão efetiva fornecida pelo compressor e consequentemente 
a pressão em que o ar se encontra armazenado no reservatório, a pressão de regime gira 
em torno de 7 a 12 kgf/cm². 
DIMENSIONAMENTO DAS TUBULAÇÕES 
• SELEÇÃO DO COMPRESSOR: 
Para a correta seleção de um compressor, é necessário saber: 
1 - Equipamentos pneumáticos que serão utilizados; 
2 - Quantidade; 
3 - Taxa de utilização (fornecido pelo usuário); 
4 - Pressão de trabalho (dado técnico de catálogo); 
5 - Ar efetivo consumido por equipamento (dado técnico de catálogo). 
 
Exemplo: Uma pequena fábrica tem os seguintes equipamentos listados. Vamos 
selecionar o compressor correto para nosso cliente: 
 
DIMENSIONAMENTO DAS TUBULAÇÕES 
Primeiramente devemos calcular o consumo de ar efetivo considerando a intermitência 
de cada equipamento. 
Como: 
• Furadeira = 2 x 8 x 0,25 = 4,0 pcm 
• Lixadeira pneumática = 2 x 12 x 0,40 = 9,6 pcm 
• Pistola de pintura = 3 x 6 x 0,30 = 5,4 pcm 
• Guincho pneumático = 5 x 6 x 0,10 = 3,0 pcm 
• Bico de limpeza = 5 x 6 x 0,10 = 22,3 pcm 
• Vazão Total = 44,3 pcm 
• Considerar a maior pressão: 125 psi 
DIMENSIONAMENTO DAS TUBULAÇÕES 
Quantidade de compressores: 
• Assim que a vazão total do sistema for definida, 
estabeleça um fator entre 20% e 50% para 
futuras ampliações e selecione dois 
compressores que, somados, atendam essa 
vazão. 
• Vazão total = 44,3 X 1,5% = 66,45 pcm 
 
• Um terceiro compressor, da mesma capacidade, 
pode ser adicionado ao sistema como stand by. 
DIMENSIONAMENTO DAS TUBULAÇÕES 
• Armazenamento de ar : 
Para cálculo rápido do volume de um reservatório de ar, adota-se 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 
• 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 
• Para um cálculo mais sofisticado, deve-se adotar uma fórmula que considera a vazão de 
ar requerida pelo sistema num determinado intervalo em função do decaimento máximo 
de pressão aceitável nesse intervalo. 
DIMENSIONAMENTO DAS TUBULAÇÕES 
O diâmetro mínimo da tubulação principal de ar comprimido, pode ser obtido pela 
Equação abaixo. O diâmetro das linhas de alimentação também pode ser encontrado 
aplicando a mesma equação. Mas, para isso, deve-se ajustar os valores das variáveis 
vazão e comprimento total. 
Onde: 
• d = Diâmetro interno da tubulação, (mm); 
• Q = Volume de ar corrente: Vazão total das máquinas + Futura ampliação, (m³/h); 
• Lt = Comprimento total da linha: Somatório do comprimento linear da tubulação e do 
comprimento equivalente originado das singularidades (tês, curvas, registros, etc.), ( m); 
• ∆P = Queda de pressão admitida: Perda de carga em função dos atritos internos da 
tubulação e singularidades, (kgf/cm²); 
• P = Pressão de regime: Pressão do ar armazenado no reservatório, (kgf/cm²). 
DIMENSIONAMENTO DAS TUBULAÇÕES 
 LAYOUT DA TUBULAÇÃO: 
DIMENSIONAMENTO DAS TUBULAÇÕES 
DIMENSIONAMENTO DAS TUBULAÇÕES 
DIMENSIONAMENTO DAS TUBULAÇÕES 
 EXEMPLO: 
DIMENSIONAMENTO DAS TUBULAÇÕES 
Através da aplicação obteve-se o diâmetro interno nominal de 57,96 mm, para verificar o 
diâmetro comercial mais aproximado deve-se considerar o valor maior ou igual ao 
diâmetro nominal. Consultando o catálogo para tubos de aço preto ou galvanizado ASTM 
A 120 SCHEDULE 40 foi possível identificar o diâmetro comercial de 62,7 mm o qual 
corresponde a 2.1/2 polegadas. 
Com a especificação do diâmetro comercial é possível analisar e identificar o 
comprimento das singulares. 
DIMENSIONAMENTO DAS TUBULAÇÕES 
• Conhecendo as dimensões das singulares redimensionou-se o comprimento total da 
linha somando o comprimento de singulares com o comprimento linear da tubulação. 
 
• Lt = L1 + L2 
• Lt = 82,8m + 38,54m 
• Lt = 121,34m 
• Após recalcular o comprimento da tubulação, calcula-se novamente o diâmetro nominal 
ajustado. 
DIMENSIONAMENTO DAS TUBULAÇÕES 
• REDE DE ALIMENTAÇÃO: 
O dimensionamento das redes de alimentação segue a mesma premissa usada para os 
cálculos da rede de distribuição, através da aplicação da equação: 
DIMENSIONAMENTO DAS TUBULAÇÕES 
• Diâmetro nominal da tubulação de alimentação. 
DIMENSIONAMENTO DAS TUBULAÇÕES 
Exercício 1: 
O esquema seguinte representa uma rede de distribuição de ar comprimido de uma 
unidade industrial. 
 
 
DIMENSIONAMENTO DAS TUBULAÇÕES 
A pressão de trabalho da rede é de aproximadamente 7 bar com um consumo médio de 
500m3/h. Por outro lado, e segundo a gestão, prevê -se que a fábrica cresça, nos 
próximos anos, cerca de 75%. 
Dimensione a rede de distribuição de ar comprimido sabendo que esta possui os 
seguintes elementos de ligação: 
a) Rede principal: possui 2 válvulas de assento e curvas longas, para além do 
representado no esquema. 
b) Rede secundária: 2 tês de fluxo em derivação e um cotovelo. 
c) Linha de alimentação: comprimento retilíneo de 6 metros, 1 tê de fluxo em 
derivação, uma válvula de gaveta e uma curva a 180° de raio curto. 
SOLUÇÃO DO EXERCICIO 1 
a) Rede Principal: 
Recalculando o diâmetro ajustado 
Confirma-se o tubo com diâmetro DN80mm 
SOLUÇÃO DO EXERCICIO 1 
SOLUÇÃO DO EXERCICIO 1 
Confirmar o tubo com DN12mm 
EXERCICIO PROPOSTO