Aula Compressores

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Prof.: William Xavier d’Alcântara
Centro Universitário Newton Paiva
			 Engenharia Mecânica
Disciplina: Sistemas Hidraúlicos e Pneumáticos
Compressores
Prof. : William Xavier d'Alcântara
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 PREPARAÇÃO DO AR COMPRIMIDO 
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TRATAMENTO DO AR COMPRIMIDO 
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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 
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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. 
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TRATAMENTO DO AR COMPRIMIDO 
	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. 
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PREPARAÇÃO DO AR COMPRIMIDO 
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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. 
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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. 
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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. 
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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 
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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. 
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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. 
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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. 
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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). 
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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).
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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; 
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Esquema de rede de distribuição 
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Esquema de rede de distribuição 
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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°. 
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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. 
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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). 
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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. 
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Unidade de condicionamento – LUBRIFIL
 (filtro- regulador de pressão – lubrificador) 
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Unidade de condicionamento – LUBRIFIL
 (filtro- regulador de pressão – lubrificador) 
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Unidade de condicionamento – LUBRIFIL
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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. 
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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. 
	
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	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. 
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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. 
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Lubrificador 
princípio de venturi
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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.
 
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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).
 
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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.
 
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	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.
	
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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)
 
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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.
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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.
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	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.
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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. 
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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.
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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.
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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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