PARTE I Rev 1 Introdução_conceitos

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 CET 253 ( UFRB ) : HIDRÁULICA E PNEUMÁTICA
PROF. EDILBERTO ANDRADE
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PARTE I: ESTUDO DOS SISTEMAS PNEUMÁTICOS 
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SISTEMAS PNEUMÁTICOS: INTRODUÇÃO E CONCEITOS 
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PROPRIEDADES FÍSICAS DO AR 
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UTILIZAÇÃO DE SISTEMAS PNEUMÁTICOS: 
1) Cargas de até 1ton
2) Movimentos de 2 posições ( início e fim ) limitadas por batentes mecânicos ( ex.: máquinas de fixação ou transporte de peças; etc ) 
3) Altas rotações ( fresadoras; brocas de dentistas ) 
 
 
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APLICAÇÕES DA PNEUMÁTICA NA INDÚSTRIA 
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COMPOSIÇÃO DE UM SISTEMA PNEUMÁTICO ( ELEMENTOS ) :
1) De Geração ( compressor )
2) De Comando ( válvulas; sistemas lógicos e unidades programáveis )
3) De potência ( válvulas direcionais; de vazão; de retenção; de pressão; especiais )
4) Atuadores ( motores pneumáticos (mov. rotação); cilindros(mov.translação)) > Trabalho Mecânico
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SISTEMA ELETROPNEUMÁTICO ( MISTO ) : Tem Atuadores Pneumáticos acionados por controladores elétricos ou eletrônicos ( bem como sensores elétricos ou pneumáticos ) 
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COMPARAÇÃO QUALITATIVA DE SISTEMAS
Força x Velocidade x Precisão
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COMPARAÇÕES PERFORMACE DE SISTEMAS: 
 PNEUMÁTICA X HIDRÁULICA X ELÉTRICA/ELETRÔNICA 
( FORÇA; TORQUE; REGULAGEM/CONTROLE; CUSTO DE ENERGIA; MANUTENÇÃO )
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COMPARAÇÃO QUANTITATVA DE SISTEMAS
Força x Velocidade x Precisão
Força x Velocidade x Precisão
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COMPARAÇÃO SISTEMAS: TECNOLOGIAS DE ENERGIA X DE COMANDO X DE ACIONAMENTO 
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COMPARAÇÃO SISTEMAS DE COMANDO
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COMPARAÇÃO SISTEMAS DE ACIONAMENTO
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PNEUMÁTICA – CONFIGURAÇÃO DE UM SISTEMA
PRODUÇÃO ( compressor ),
PREPARAÇÃO ( filtros; resfriadores; secadores; purgadores; etc ) 
DISTRIBUIÇÃO ( rede ) E
ARMAZENAMENTO DO AR COMPRIMIDO ( reservatório )
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CONFIGURAÇÃO DE UM SISTEMA 
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Definição : Elementos de Produção de Ar Comprimido 
	
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.
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Compressores
São equipamentos utilizados para proporcionar a elevação da pressão de um gás ou escoamento gasoso. Nos processos industriais, a elevação de pressão requerida pode variar desde cerca de 1,0 atm até centenas ou milhares de atmosferas.
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Compressores Tipos : Dinâmicos (ou Turbocompressores ) x Volumétricos ( Deslocamento Positivo e Rotativos )
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Tipos de Compressores
Dente
Pistão
Centrifugo
Parafuso isento de Óleo 
Parafuso Lubrificado
Scroll
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Tipos Principais ( mais aplicados na indústria )
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TIPOS e CARACTERÍSTICAS dos mais USADOS em PNEUMÁTICA : 
- Alternativos ( êmbolo ou pistão )
- De Parafusos 
- De Palhetas
- Tipo Roots ( lóbulos ) 
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Compressores Alternativos – Componentes 
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Principais Componentes 
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PRINCIPAIS COMPONENTES - continuação
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	Compressor de pistão (êmbolo)
 É o compressor mais utilizado. Ele é apropriado para baixas, médias e também altas pressões.
 Até 400 kPa (4 bar), 1 estágio
 Até 1500 kPa (15 bar), 2 estágios
 Acima de 1500 kPa (15 bar), 3 ou mais estágios.
 Obtém-se um rendimento consideravelmente mais elevado quando forem empregados compressores de dois ou mais estágios. O ar é resfriado em cada estágio da compressão
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Ciclo de operação de um compressor de pistão de simples efeito e simples estágio
Número de estágios = número de cilindros do compressor
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 Suporta pressões acima de 10 bar
 Contamina o ar com óleo
 Compressão pulsante
 Baixo custo
Compressores – Duplo pistão
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Ciclo de operação de um compressor de pistão de simples efeito e duplo estágio
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Compressor de Duplo Efeito - Compressor
Tipo Cruzeta
	Ciclo de trabalho de um compressor de pistão de duplo efeito
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ASPECTOS DE REFRIGERAÇÃO
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Refrigeração
 Provocado pela compressão do ar e pelo atrito, gera-se calor no compressor. Em compressores pequenos são suficientes algumas aletas de refrigeração. 
 Compressores pequenos e médios são equipados com um ventilador, acoplado na polia de transmissão para dissipar o calor.
 Compressores com uma potência de acionamento superior a 30 kW (40 HP), devem então ser equipados com refrigeração a água.
Neste exemplo, usa-se geralmente um bloco de ferro fundido com paredes duplas, para circulação da água.
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ALTERNATIVOS DE MEMBRANA ( ISENTOS DE ÓLEO ) 
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 De Parafuso : Tipos Com Lubrificação e Isento de Óleo (farmaceutico/alimentício ) 
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Compressor de Parafusos
Introduzido em 1958 pela Atlas Copco
Rotor macho e fêmea movem um sobre o outro, ao mesmo tempo o volume entre eles e o alojamento diminui.
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Como Funciona um Compressor a Parafuso?
O princípio de funcionamento do compressor a parafuso é simples: dois parafusos helicoidais giram entre si. Um rotor tem 4 lóbulos e o outro tem 6 sulcos. O primeiro gira 50% mais rápido do que o último. O ar é succionado do ambiente, sendo comprimido entre os rotores e a carcaça que os contém. O óleo é injetado no conjunto para selar as folgas entre rotores / carcaça e para lubrificar os rotores, minimizando o desgaste. 
1 - As extremidades dos rotores cobrem a admissão: o ar entra na câmara de compressão.
2 - O ar é preso no “compartimento” formado pelo lóbulo do rotor macho e pelo sulco do rotor fêmea.
3 - Assim que os rotores giram, este “compartimento” torna-se progressivamente menor, comprimindo o ar preso.
4 - O ar comprimido deixa o conjunto através de uma abertura de saída.
 1 2 3 4
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Diagrama Tipo x Aplicação 
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Diagrama Atlas Copco: Escolha de Compressores 
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Comparação: Compressores, Ventiladores, Sopradores e Bombas de vácuo
 Condições de Serviço:
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AJUSTE DAS CONDIÇÕES DE SUPRIMENTO DOS COMPRESSORES
Método de alívio nas válvulas de admissão
Partida e parada automática do motor elétrico (funcionamento intermitente) 
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MÉTODOS DE CONTROLE DE CAPACIDADE 
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Relação de Compressão
A relação de compressão ( ¶ ) é a relação entre a pressão absoluta de descarga e a pressão absoluta de admissão do gás (ar)
Quando ( ¶ ≥ 3 ) é necessário usar dois ou mais estágios com resfriamento intermediário, devido ao calor da compressão. Isento de óleo.
Aproximadamente 1% de potência é economizado para cada 2,8 oC absorvidos no resfriador intermediário
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EXIGÊNCIAS DA QUALIDADE DO AR COMPRIMIDO X CONFIABILIDADE X RENDIMENTO DO SISTEMA ( em especial as válvulas ) : 
- Pressão;
- Vazão;
 Teores de contaminantes :
- Água
- Óleo
- Partículas sólidas(poeiras)
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PNEUMÁTICA – CONFIGURAÇÃO DE UM SISTEMA
PRODUÇÃO ( compressor ),
PREPARAÇÃO ( filtros; resfriadores; secadores; purgadores; etc ) 
DISTRIBUIÇÃO ( rede ) E
ARMAZENAMENTO DO AR COMPRIMIDO ( reservatório )
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Sistema de distribuição de ar
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Sistema de distribuição de ar
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EXIGÊNCIAS DA QUALIDADE DO AR COMPRIMIDO X CONFIABILIDADE X RENDIMENTO DO SISTEMA ( em especial as válvulas ) : 
- Pressão;
- Vazão;
 Teores de contaminantes :
- Água
- Óleo
- Partículas sólidas(poeiras)
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Classe do Ar : Controles dos Contaminantes Água; Óleo e Partículas Sólidas 
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Aplicações x Grau de Exigências da qualidade do ar comprimido
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DADOS DA QUALIDADE DO AR NUMA REGIÃO INDUSTRIAL
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Sem dúvida o AR na forma que utilizamos tem uma desvantagem: 
SEMPRE CONTÉM ÁGUA
Água não é desejável em um sistema de ar comprimido.
O compressor aspira o ar atmosférico com um conteúdo de água determinado. depende de 
temperatura e umidade relativa. O processo de compressão produz:
 
- Aumento de pressão
- Redução do volume
Aumento da temperatura do ar
Apesar da diminuição do volume o conteúdo de vapor de água continua em seu estado de vapor, devido à temperatura do ar comprimido 
O ar comprimido ao passar pelo resfriador posterior é esfriado a uma temperatura menor produzindo condensação
O ar comprimido que sai do resfriador posterior está saturado (RH 100%). Portanto o resultado de qualquer diminuição adicional da temperatura será uma condensação de água no sistema.
Água no Ar
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Água no Ar
Saída do ar comprimido. Umidade relativa ?
100 %
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Ponto de Orvalho sob Pressão x Ar Atmosférico
Ar comprimido
Ponto de orvalho sob pressão: 2 0C
Conteúdo de água: 5,6 g/m3 
Pressão: 7 bar(g)
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Ponto de Orvalho
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Ábaco 
Temperatura admissão: 30 0C
Pressão admissão: 0 bar(g)
Umidade relativa 70 %
Pressão trabalho: 7 bar(g)
Temperatura saída do ar: 40 0C
Temperatura saída secador: 6 0C
30 g/m3
21 g/m3
6,5 g/m3
10,5 g/m3
17 g/m3
4 g/m3
Calcular o volume de condensado formado:
 ZR 200 8,6 vazão de 1848 m3/h
 Turno de 24 horas
 80% do tempo em carga
(24 x 80%) x 1848 x (10,5 + 4)
(19,2 x 1848 x 14,5) 1000 = 514,5 litros/dia
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CUSTOS RELATIVOS APROXIMADOS DE UM SISTEMA DE AR COMPRIMIDO ( em 10 anos ou 80 mil horas de operação ) 
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VAZAMENTOS: COMO MENSURAR CUSTOS ?
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Nenhum sistema é totalmente “sem vazamentos”
Os vazamentos são causados por:
conexões mal realizadas
danos na tubulação
falha de vedação
juntas danificadas
torneiras abertas
tubulação corroída
Vazamentos – Aspectos Práticos
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PERDAS ATÉ 40% !!!!!!!!!!!!!!!!!
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CUSTOS DAS PERDAS U$/ano :
 PROJETO DE INSTALAÇÃO ( queda de pressão x vazão )
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Tabela de Equivalência de Pressão
Existem muitas unidades de medida de pressão. As principais e suas equivalentes estão descritas na tabela abaixo:
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ASPECTOS DA CASA DOS COMPRESSORES :
Utilidades: Vapor/caldeiras; Tratamentos ( água e efluentes ); Ar Comprimido/compressores
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Sala dos Compressores : Locação ( lay out )
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Instalação de compressores
Condições do ar
Facilidade de água e energia elétrica
Solo em boas condições
Local ventilado
Proximidade dos pontos de consumo
Se necessário utilizar reservatórios de ar. 
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Temperatura de admissão do ar: Redução de 3ºC x Economia de 1 % de energia
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ASPECTOS DE PROJETO: 
IMPLANTAÇÃO X AMPLIAÇÃO DE SISTEMA / COMPRESSORES (prever folga de 20 a 50% na capacidade > USAR 2 COMPRESSORES) 
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	REDE DE DISTRIBUIÇÃO:
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:
 Pequena queda de pressão entre o compressor e os locais de consumo.
 Não apresentar escape de ar; pois é produzida dissipação de potência.
 Apresentar grande capacidade de realizar separação de condensado.
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Rede de Distribuição 
 Para interceptar e drenar a água condensada devem ser instaladas derivações com drenos na parte inferior da tubulação principal, fim de linha, ou onde houver elevação de linha;
 Nestes pontos, para auxiliar a eficiência da drenagem, podem ser construídos bolsões cujo diâmetro, idealmente, deve ser o mesmo da tubulação;
 Em redes extensas, drenos adicionais podem ser instalados a uma distância entre 20 e 30 metros uns dos outros;
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  Circuito aberto
  Circuito fechado (anel)
  Circuito combinado (válvulas de fechamento)
PROJETO DE REDES DE AR COMPRIMIDO: Tipos de Circuitos 
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Detalhes da rede de distribuição de ar comprimido
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Tubulações de Ar Comprimido (Anéis)
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Rede de Ar Comprimido : 
- Materiais Recomendados ( resistência à corrosão ) 
- Mais Utilizado: Aço Carbono Galvanizado
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Cálculo apurado do reservatório
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Produção, preparação, armazenagem e distribuição do ar 
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ESQUEMÁTICO: Sistemas de tratamento de Ar Comprimido
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Circuito / Componentes de um Secador por Refrigeração 
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Secagem por absorção
 O ar comprimido passa sobre uma camada solta de um elemento secador. A água ou vapor de água que entra em contato com esse elemento, combina-se quimicamente com ele e se dilui formando uma combinação elemento secador-água. 
 Com o tempo, o elemento secador é consumido e o secador deve ser reabastecido periodicamente (2 a 4 vezes/ ano).
Secador por adsorção
 Adsorver: processo físico que significa admitir uma superfície à superfície de outra.
 O elemento secador é conhecido pelo nome de sílica gel (SiO2).
 Cada vez que o elemento secador estiver saturado, poderá ser regenerado fazendo fluir ar quente pelo interior da câmara saturada.
 Mediante a montagem em paralelo de duas instalações de adsorção, uma delas pode ser disponibilizada para secagem enquanto a outra estiver sendo regenerada com ar quente.
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 Processo físico ( elemento secante regenerável
 Manutenção simples
 Não é preciso parar o fornecimento para
 regenerar o elemento secante
 Utiliza-se geralmente Sílica-Gel
Secadores - Secagem por ADSORÇÃO 
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Secador por adsorção (processo físico)
Ar quente para regeneração da sílica gel
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Resfriador Posterior
 Em decorrência da compressão, a capacidade de retenção de água pelo ar comprimido é proporcional ao volume final de ar (processo isotérmico). Contudo, a compressão gera elevação de temperatura e, com isto, a umidade continua presente no ar em forma de vapor.
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	Resfriador Posterior
 Instalação entre a saída do compressor e reservatório;
 O resfriador permite retirar entre 75 e 90% de umidade, além de vapores de óleo;
 Evita dilatação da linha de distribuição e compatibiliza a temperatura de operação às vedações sintéticas;
 O resfriador possui um dreno inferior;
	Secagem do ar
 A aquisição de um secador pode alcançar um valor de até 25% do valor total da instalação, contudo, seu custo é recuperado em um curto período de trabalho, considerando-se nesta avaliação, somente a redução de peças de produção refugadas;
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TIPOS DE FILTROS : Por retenção mecânica ( obstrução de passagem do contaminante através do elemento de retenção) e coalescência ( partículas líquidas unem-se para formar partículas maiores ) 
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Troca do Filtro Coalescente por Saturação ( vida útil )
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Porque filtrar o ar?
Os rotores e a carcaça tem uma folga menor que 0.05 mm entre eles
Qualquer sujeira entre os rotores e a carcaça resulta em uma perda de performance e danificação do elemento compressor
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Lubrificador
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Unidade de Condicionamento ou Lubrefil
Simbologia
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Filtro de ar
�
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Filtro de ar
 Um bom filtro de ar deve satisfazer os seguintes requisitos:
Alta eficiência de separação;
98% >0,001mm, 99,5% >0,002 mm e 99,9% >0,003;
Boa capacidade de acumulação;
Baixa resistência ao fluxo de ar;
Construção robusta.
 Os componentes que devemos evitar na admissão do compressor são:
Monóxido de carbono;
Dióxido de carbono;
Amoníaco;
Cloro.
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Qualidade
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Riscos de usar um pirata
Maiores custos de manutenção
Maior consumo de energia
Redução da vida útil do compressor
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Inspecione os elementos do filtro
de ar verificando se há ranhuras, 
furos ou rasgões no papel. Também
inspecione os novos componentes.
Limpeza com ar: Utiliza-se um bico de
ar com uma pressão máxima de 0,3 bar a
uma distância de 15cm. Na remontagem
defasar de 180 graus da antiga posição. 
Obs.: Deve-se ter sempre um filtro de ar reserva.
Limpeza do filtro de ar
2X
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Unidade de Tratamento/Condicionamento do ar comprimido
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Unidade de condicionamento do ar
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Filtro de ar: separa partículas normalmente abrasivas e auxilia na remoção da umidade remanescente pela ação centrífuga e por meio do elemento filtrante.
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Válvula reguladora de pressão com orifício de escape
 O regulador de pressão tem a função de manter constante a pressão de trabalho (secundária) independente da pressão da rede primária e consumo de ar. 
 Válvula NA, controle de pressão à jusante e elevada resposta dinâmica.
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PARTE II
- SIMBOLOGIA: CIRCUITOS PNEUMÁTICOS 
 - FLUIDSIM: SIMULAÇÃO DE CIRCUITOS
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Why Air filtration?
Rotors and housings are running with minimum clearance below 0.04 mm. Any dirt between rotors and housing will result in damage on the rotors and thus performance loss.A good air filtration is therefore needed. 
The picture shows clear signs of rotor damage due to dust ingress.
At the same time it also needs to be mentioned that a 25 mbar pressure drop at the air inlet due to a clogged filter or an improper sized filter will reduce the compressor output by 2%.
It becomes clear that the correct air filter needs to take both aspects in consideration: filtration efficiency (collecting the small dust particles) and filter life time (properly sized to allow sufficient dust collection before replacement). 
Air Filters : Quality aspects.
Separation efficiency >99.9%. As dust passing the air filter will have a negative effect on the life time of the compressor oil and oil separator, it is important to get even the smallest dust particles out of the air. A separation efficiency of 99.9% means that particles bigger than 3 microns will be trapped in the air filter with about 99.9% certainty. 
Absolute impermeability Virtually certain extraction of all particles larger than 3 micron in size 
Low delta P values. A high pressure drop over the air filter will reduce the compressor output. Genuine Atlas Copco air filter have low initial pressure drops and have long service life.
High dirt holding capacity. As dust gets collected in the air filter, the filter material contains more and more dust resulting in an increased pressure drop. By allowing more dust to be collected in the filter material before a significant increase in pressure drop the life time of the filter becomes longer.
High stability of paper pleats. When the filter gets clogged there will be higher pressure drop over the filter, at that time the paper pleats should stay stable and don‘t collapse.
High quality of the filter media and seals. One of the important facts is that the filter fixed perfectly on to the housing. If the seals are not sized properly or incorrectly glued unfiltered air will enter the compressor element.. 
High resistance against humidity. The filter paper of some pirate or competitors filters has a low resistance against humidity (the filter paper abosrns the water). This means that the humidity in the air will be absorbed in the filter paper and as a consequence the performance of the filter paper changes, the pore size becomes bigger and there will be bigger dirt particles going to the compressor element.
Air Filters : Risk of using non-genuine filters.
Of course the risk will depend a lot on the quality of the pirate part. However following common aspects can be mentioned:
Lower filter fineness. Higher amount of dust particles or bigger dust particles will enter in the air inlet system.
Inadequate impermeability. Causing intake of unfiltered air an results in a reduced service life of the oil separator, compressor oil and compressor oil filter.
Higher delta P values. This results in a reduced output fo the compressor element.
Shorter service life (Up to 50%) The service life of the pirate part is much lower than the genuine part. The customer would have to replace the pirate filter element twice before it would have to replace the original filter element.
Dimensional differences. Leading to incompatibility when fitting and intake of unfiltered air
The air filter is one of the most important filters in the compressor filtration system, if dust penetrates in the air inlet, it will be taken further down stream and will affect the lifetime of other filters and the complete compressor.
Non-genuine air filters reduce the service life of oil separator elements, oil filters and fine filters; resulting in higher servicing cost. 
Too high pressure drops result in increased fuel consumption to deliver the same compressor output.
Dust in the compressor oil will drastically reduce the life time of the compressor element.