Reservatórios de ar comprimido

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ - CAMPUS AVANÇADO ITABIRA
Sistemas Térmicos II - EMEI33.
Prof. Dr. Rubén A. Miranda Carrillo
ANNA CAROLINA TEIXEIRA VIEIRA - 34504
BIANCA MARCELLI BOMTEMPO VESPUCIO - 30536
DAILAN WELINGTON DOS SANTOS - 2016015053 
MARCELO FERNANDES PEREIRA - 35156
RODRIGO DIAS NUNES COELHO - 2016018270
TAREFA 1:
Reservatórios de ar comprimido
ITABIRA
2018
ANNA CAROLINA TEIXEIRA VIEIRA - 34504
BIANCA MARCELLI BOMTEMPO VESPUCIO - 30536
DAILAN WELINGTON DOS SANTOS - 2016015053
MARCELO FERNANDES PEREIRA - 35156
RODRIGO DIAS NUNES COELHO - 2016018270
TAREFA 1:
Reservatórios de ar comprimido
Tarefa apresentada como requisito parcial para aprovação na disciplina Sistemas Térmicos II - EMEI33 da Universidade Federal de Itajubá - Campus Avançado Itabira.
 Prof. Dr. Rubén A. Miranda Carrillo
ITABIRA
2018
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO	4
2 OBJETIVOS	4
3 DESENVOLVIMENTO	4
3.1 Reservatórios e Armazenamento do Ar Comprimido	4
3.2 Instrumentação e Segurança dos Reservatórios de Ar Comprimido	5
3.3 Tipos de Reservatórios de Ar Comprimido	7
3.4 Dimensionamento de um Reservatório de Ar Comprimido	9
4 CONCLUSÃO	9
5 REFERÊNCIAS	10
1 INTRODUÇÃO
	A tecnologia do ar comprimido é utilizada em grande parte das indústrias, tanto no desenvolvimento de produtos, quanto como mercadoria final para venda, para as mais diversas aplicações. O princípio do funcionamento de um sistema de ar comprimido é que a energia é armazenada através do produto do volume por unidade de tempo e da pressão. 
Historicamente o ar comprimido vem sendo usado pelos mais diversos povos, evidenciando sua eficiência e simplicidade, segundo Galvão (1979) “as zarabatanas são uma arma que utiliza do ar comprimido para projetar um pequeno dardo, em alta velocidade e precisão.” , a evolução da tecnologia nos proporcionou utilizar fluidos condutores para que diversas tarefas que necessitam de alto custo de energia, pudessem ser cumpridas de forma mais fácil e viável.
O estudo dos fundamentos físicos do ar comprimido é essencial para que se possa dimensionar dispositivos de armazenamento que atenderão aos esforços empregados, mantendo a segurança dos indivíduos operadores e sempre buscando um aumento na eficiência, neste trabalho buscamos recolher informações sobre reservatórios de ar comprimido, com intuito de se familiarizar com o assunto que faz parte da ementa de EMEI33 (Sistemas Térmicos II), reforçando o aprendizado no assunto.
2 OBJETIVOS
	Realizar um estudo sobre as características, funções, tipos, aplicações e fundamentos teóricos que englobam reservatórios de ar comprimido.
3 DESENVOLVIMENTO
3.1 Reservatórios e Armazenamento do Ar Comprimido
	O reservatório de ar comprimido influencia diretamente no desempenho e na produtividade de um compressor. Segundo Buck (2004), a presença do reservatório de ar em uma rede de ar comprimido é indispensável, pois desempenha funções importantes em um sistema de ar comprimido, tais como: a redução no consumo energético com intervalos maiores entre alívio/carga dos compressores; diminuição da temperatura do ar e a separação de parte da umidade gerada pelo compressor; armazenamento de ar para suprir picos de consumo na rede; além de reduzir o desgaste de peças, aumentando a vida útil dos compressores e diminuindo os gastos com manutenção.
Os reservatórios suprem as necessidades instantâneas de ar comprimido da instalação, que no momento em que o ar está sendo distribuído, permite que o compressor permaneça desativado ou funcionando de forma contínua, sem que haja quedas bruscas de pressão. Em instalações de grande porte o emprego de vários reservatórios torna-se necessário.
Como dito, os reservatórios de ar comprimido são de extrema importância em sistemas onde há compressores em funcionamento intermitente, por exemplo, se existir uma pressão muito grande dentro dos reservatórios, é provável ocorrer problemas estruturais no reservatório. Por esse motivo, quando sistemas forem de alta pressão, os reservatórios usados devem ter uma condição de construção especial.
3.2 Instrumentação e Segurança dos Reservatórios de Ar Comprimido
	
	Os reservatórios de ar comprimido são considerados vasos de pressão, e por esse motivo, quando construídos e instalados no Brasil, devem seguir uma norma de segurança que nesse caso é a Norma Regulamentadora 13 (NR13). 
	Os reservatórios possuem orifícios, onde são fixadas as conexões de tubulações, e para instalação de instrumentos de controle, que facilite a inspeção e manutenção regulares. Na Figura 1, podemos observar todos os diversos acessórios que contêm em um reservatório de ar comprimido.
FIGURA 1 - RESERVATÓRIO DE AR COMPRIMIDO
Fonte: Eletrobrás (2005)
Observamos que nesse exemplo de um reservatório de ar comprimido contém diversos acessórios posicionados sobre ele, que são:
1) Pressostato;
2) Válvula de retenção (não retorno);
3) Válvula de segurança;
4) Flange de controle;
5) Manômetro;
6) Válvula de bloqueio de esfera;
7) Dreno de condensado; 
8) Base para conexões; 
9) Abertura de inspeção;
10) Mangueira flexível de alta pressão.
3.3 Tipos de Reservatórios de Ar Comprimido
Os vasos de pressão são estruturas fechadas contendo líquidos ou gases sob pressão como, por exemplo, tanques, tubos e cabines pressurizadas em aeronaves e veículos espaciais. Quando a relação , são chamados de vasos de pressão de paredes finas, onde é o raio e é a espessura da parede.
Um reservatório de ar comprimido, a partir da definição acima, é um vaso de pressão de paredes finas. Na figura 2, temos uma seção transversal em um reservatório de ar comprimido, onde pode-se observar a pressão p (que é maior que a pressão externa) atuando na parede do reservatório e a diferença das dimensões entre variáveis r e t.
FIGURA 2 - SEÇÃO DE UM RESERVATÓRIO DE AR COMPRIMIDO
Fonte: Gere (2003)
Os reservatórios de ar comprimidos podem ser cilíndricos ou esféricos, sendo o primeiro muito utilizado em configurações industriais. Outros exemplos que podemos citar são os extintores de incêndio e latas de aerosol.
FIGURA 3 - RESERVATÓRIOS DE AR COMPRIMIDO CILÍNDRICOS DE SEÇÃO TRANSVERSAL CIRCULAR
 
Fonte: Gere (2003)
FIGURA 4 - RESERVATÓRIO DE AR COMPRIMIDO ESFÉRICO
Fonte: Gere (2003)
Nos reservatórios esféricos, devido à simetria, as paredes estão sob tensões de tração uniformes em todas as direções. Nos cilíndricos, as tensões atuam nas direções longitudinal e circunferencial. Como a tensão longitudinal é sempre maior, então, esta é considerada a tensão crítica nesse caso.
3.4 Dimensionamento de um Reservatório de Ar Comprimido
O dimensionamento de um reservatório de ar comprimido é feito pelo cálculo do volume do reservatório, e isso depende do compressor que atua no sistema e do regime de funcionamento. O reservatório deve ter capacidade de atender as necessidades do sistema mesmo estando com cargas muito elevadas. 
De acordo com Bortolin (2014), para dimensionar o volume do reservatório de ar comprimido utilizando um compressor de pistão, adota-se a seguinte regra:
Volume do reservatório = 20% da vazão total do sistema (em m³/min).
	Na literatura da Eletrobrás (2005), recomenda algumas regras práticas, as mais importantes estão listadas abaixo: 
Volume de 10 a 100% da vazão em m³/min que o sistema deve atender (VR = 0,1 a 1 x Q), onde Q é a demanda do sistema.
Para sistemas em consumo constante, compressores a parafuso, VR = DLE/3. 
Para sistemas em consumo intermitente, compressores a pistão, VR = DLE.
Temos que VR = DLE.F / Tc., é a fórmula que representa uma regra prática comum por fabricantes de reservatórios de ar comprimido, onde: 
DLE - vazão dos compressores em m³/min;
F - 5 para compressores de parafuso e 15 para compressores a pistão;
Tc - taxa de ciclos seguidos do motor, 1/h;
- diferença de pressão inicial
e final do reservatório ou de acionamento do compressor.
Quanto maior a diferença de pressão final e inicial, menor será o reservatório ou por menos tempo o compressor irá trabalhar.
4 CONCLUSÃO
A presença de um reservatório de ar em um sistema pneumático é de extrema importância, pois reduz o consumo energético, diminui a temperatura do ar, reduz o desgaste das peças e diminui os gastos com manutenção. Além disso, também são essenciais em sistemas onde há compressores em funcionamento intermitente, pois eles suprem as necessidades instantâneas de ar comprimido na instalação.
Por serem considerados vasos de pressão, deve-se seguir a Norma Regulamentadora 13 (NR13) para contruir e instalar reservatórios de ar comprimido no Brasil. O dimensionamento deve ser realizado de acordo com o volume do reservatório, de modo que ele atenda as necessidades do sistema mesmo estando com cargas muito elevadas.
5 REFERÊNCIAS
BORTOLIN, Eduardo. Dimensionamento de Um Sistema de Ar Comprimido para uma Empresa de Pequeno Porte. TCC (Graduação) - Curso de Engenharia Mecânica, Faculdade Horizontina, Horizontina, 2014.
BUCK, B. Manual de ar comprimido e gases. São Paulo: Prentice Hall, 2004.
ELETROBRÁS. Eficiência energética em sistemas de ar comprimido. Rio de Janeiro, 2005.
GALVÃO, Eduardo (1921-1976). Encontro de sociedades: Índios e brancos do Brasil. Prefácio de Darci Ribeiro. Rio de Janeiro, Paz e Terra. 1979, 300 p. 
GERE, J. M. Mecânica dos Materiais, Editora Thomson Learning, 2003. 
ROCHA, Newton Ribeiro; MONTEIRO, Marco Aurélio Guimarães. Eficiência Energética em Sistemas de Ar Comprimido. Rio de Janeiro: 2005. 208 p.