aula 001 produÇÃo e distribuiÇÃo do ar comprimido recuperado[salvo automaticamente]

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Prof. Rafael koppe 
Produção e Distribuição 
do Ar Comprimido 
MEC045 
SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 
1 
- Ótima força 
- Baixas velocidades 
- Boa precisão 
 - Boa força 
 - Ótimas velocidades 
 - Ótima precisão 
 - Força limitada 
 - Boas velocidades 
 - Precisão limitada 
Tecnologias para Automação 
Hidráulica 
 
Mecânica 
Pneumática 
2 
Vantagens e desvantagens 
1) Investimento relativamente pequeno. 
 
2) Redução dos custos operacionais. 
A rapidez nos movimentos pneumáticos e a libertação do 
operário (homem) de operações repetitiva possibilitam o 
aumento do ritmo de trabalho, aumento de produtividade e, 
portanto, um menor custo operacional. 
 
 
 
 
3 
3) Robustez dos componentes pneumáticos. 
Insensíveis a vibrações e golpes, permitindo que ações mecânicas 
do próprio processo sirvam, de sinal para as diversas seqüências de 
operação; são de fácil manutenção. 
 
4) Facilidade de implantação. 
Pequenas modificações nas máquinas convencionais, aliadas à 
disponibilidade de ar comprimido, são os requisitos necessários 
para implantação dos controles pneumáticos. 
4 
5) - Resistência a ambientes hostis. 
Poeira, atmosfera corrosiva, oscilações de temperatura, umidade, submersão em 
líquidos raramente prejudicam os componentes pneumáticos, quando projetados 
para essa finalidade. 
 
6) - Simplicidade de manipulação. 
Os controles pneumáticos não necessitam de operários especializados para sua 
manipulação. 
 
7) - Segurança. 
Como os equipamentos pneumáticos envolvem sempre pressões moderadas, 
tornam-se seguros contra possíveis acidentes, quer no pessoal, quer no próprio 
equipamento, além de evitarem problemas de explosão. 
 
8) - Redução do número de acidentes. 
A fadiga é um dos principais fatores que favorecem acidentes; a implantação de 
controles pneumáticos reduz sua incidência (liberação de operações 
repetitivas) 
 
 
5 
 
Limitações 
 
1) - O ar comprimido necessita de uma boa preparação 
para realizar o trabalho proposto: remoção de impurezas, eliminação 
de umidade para evita corrosão nos equipamentos, engates ou 
travamentos e maiores desgastes nas partes móveis 
do sistema. 
 
2) - Os componentes pneumáticos são normalmente projetados e 
utilizados a uma pressão relativamente baixa . 
Portanto, as forças envolvidas são pequenas se comparadas a outros 
sistemas. 
 
 
 
 
 
 6 
3) Velocidades muito baixas são difíceis de ser obtidas 
com o ar comprimido devido às suas propriedades físicas. Neste caso, 
recorre-se a sistemas mistos (hidráulicos e pneumáticos). 
 
4) O ar é um fluido altamente compressível, portanto, é difícil se 
obterem paradas intermediárias e velocidades uniformes. 
 
5) O ar comprimido é um poluidor sonoro quando são efetuadas 
exaustões para a atmosfera. Esta poluição pode ser evitada com o uso 
de silenciadores nos orifícios de escape. 
7 
AC /Produção e Distribuição 
Compressores 
8 
AC /Produção e Distribuição 
9 
Central de Compressão 
Na Figura é possível observar a estrutura de uma central de compressão . 
10 
Na Figura a seguir mostra a sua representação com símbolos conforme a 
norma DIN ISO 1219. 
Central de Compressão 
11 
Tipos de Compressores 
12 
Em linhas gerais, os compressores volumétricos são utilizados para 
pequenas vazões e elevados valores de pressão, ao contrário, os 
turbocompressores são utilizados para grandes vazões e pequenos 
valores de pressão. 
13 
Compressores volumétricos 
Com os compressores volumétricos normalmente operam em pressões máximas 
de 10-12 bar. Nas aplicações normais de automação, a pressão de trabalho dos 
atuadores é de 6-8 bar. Para aplicações particulares empregando compressores 
volumétricos alternativos a dois ou mais estágios, podemos atingir valores de 
pressão de algumas centenas de bar. 
14 
Compressor Volumétrico Alternativo 
Esse tipo de compressor conta com a presença de válvulas de admissão e 
de válvulas de descarga que se abrem e fecham alternadamente (veja a 
Figura). 
15 
16 
Compressor Volumétrico Alternativo de Membrana 
17 
Compressor Volumétrico de Palhetas 
18 
Compressor Volumétrico de Parafuso 
 
 
Pode atingir a valores de pressão de até 13 bar, com possibilidade 
de um elevado valor da vazão, e seu funcionamento é silencioso. 
19 
20 
Compressor Volumétrico de Lóbulos (Tipo Roots). 
 21 
Turbocompressores Axial e Radial 
São chamados às vezes de compressores dinâmicos e caracterizam-se 
por um eixo ao longo do qual está sistematizada uma série de lâminas 
rotativas com uma conformação geométrica particular, conforme a 
Figura. 
 
Axial Radial 
22 
 
Seleção de um Compressor Volumétrico 
 
A escolha do tipo de compressor tem com base: 
• vazão; 
• pressão; 
• tipo de acionamento. 
Os compressores geralmente são acionados por 
motores elétricos ou por motores a explosão 
(gasolina ou diesel). 
 
23 
Gráfico de escolha do compressor 
24 
25 
O Reservatório 
 
Os reservatórios têm as seguintes funções: 
• armazenar o ar comprimido para depois ser utilizado. 
• permitir ao compressor uma regulagem intermitente. 
• eliminar as pulsações de fluido induzidas na tubulação devido ao 
aumento da demanda de carga pneumática. 
Tipo de reservatórios: 
 
• reservatório de pequeno 
porte horizontal (Figura 
A) 
 
• reservatório de grande 
porte vertical (Figura B). 
26 
No cálculo da capacidade de um reservatório, deve-se considerar a 
vazão do compressor e o próprio sistema de regulagem. 
Uma prática muito utilizada: 
Capacidade de um Reservatório 
27 
O reservatório de ar comprimido é um vaso de pressão? 
 
Capacidade de um Reservatório 
28 
O reservatório de ar comprimido é um vaso de pressão. 
 
Capacidade de um Reservatório 
29 
Reservatório NR-13 
13.2.Abrangência 
 
 
 
13.2.1 Esta NR deve ser aplicada aos seguintes equipamentos: 
a)todos os equipamentos enquadrados como caldeiras conforme 
item 13.4.1.1; 
b)vasos de pressão cujo produto P.V seja superior a 8 (oito), onde P é 
a pressão máxima de operação em kPa e V o seu volume interno em 
m3; 
 
30 
Reservatório NR-13 
13.5Vasos de Pressão 
 
 
c)Os vasos de pressão são classificados em grupos de potencial de 
risco em função do produto P.V, onde P é a pressão máxima de 
operação em MPa e V o seu volume em m3, conforme segue: 
Grupo 1 - P.V = 100 
Grupo 2 - P.V < 100 e P.V = 30 
Grupo 3 - P.V < 30 e P.V = 2,5 
Grupo 4 - P.V < 2,5 e P.V = 1 
Grupo 5 - P.V < 1 
 
31 
Reservatório NR-13 
Os vasos de pressão abrangidos por esta NR estão classificados em categorias de acordo 
com o Anexo IV 
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Reservatório NR-13 
Os vasos de pressão abrangidos por esta NR estão classificados em categorias de acordo 
com o Anexo IV 
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Reservatório NR-13 
Os vasos de pressão abrangidos por esta NR estão classificados em categorias de acordo 
com o Anexo IV 
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Reservatório NR-13 
Os vasos de pressão abrangidos por esta NR estão classificados em categorias de acordo 
com o Anexo IV 
13.5.1.4Todo vaso de pressão deve ter afixado em seu corpo, em local de fácil acesso e bem 
visível, placa de identificação indelével com, no mínimo, as seguintes informações: 
a)fabricante; 
b)número de identificação; 
c)ano de fabricação; 
d)pressão máxima de trabalho admissível; 
e)pressão de teste hidrostático de fabricação; 
f)código de projeto e ano de edição. 
35 
Reservatório NR-13 
13.5.1.6 Todo vaso de pressão deve possuir (categoria IV e V são isentas - 13.5.4.4)13.5.1.6 Todo vaso de pressão deve possuir, no estabelecimento onde estiver instalado, a 
seguinte documentação devidamente atualizada: 
a)Prontuário do vaso de pressão a ser fornecido pelo fabricante, contendo as seguintes 
informações: 
- código de projeto e ano de edição; 
- especificação dos materiais; 
- procedimentos utilizados na fabricação, montagem e inspeção final; 
- metodologia para estabelecimento da PMTA; 
- conjunto de desenhos e demais dados necessários para o monitoramento da sua vida útil; 
- pressão máxima de operação; 
- registros documentais do teste hidrostático; 
- características funcionais, atualizadas pelo empregador sempre que alteradas as originais; 
- dados dos dispositivos de segurança, atualizados pelo empregador sempre que alterados os originais; 
- ano de fabricação; 
- categoria do vaso, atualizada pelo empregador sempre que alterada a original; 
b)Registro de Segurança em conformidade com o item 13.5.1.8; 
c)Projeto de Instalação em conformidade com os itens 13.5.2.4 e 13.5.2.5; 
d)Projeto de alteração ou reparo em conformidade com os itens 13.3.6 e 13.3.7; 
e)Relatórios de inspeção em conformidade com o item 13.5.4.13; 
f)Certificados de calibração dos dispositivos de segurança, onde aplicável. 
36 
Reservatório NR-13 
13.5.2Instalação de vasos de pressão. 
13.5.2Instalação de vasos de pressão. 
13.5.2.2Quando os vasos de pressão forem instalados em ambientes 
fechados, a instalação deve satisfazer os seguintes requisitos: 
a)dispor de pelo menos 2 (duas) saídas amplas, 
b)dispor de acesso fácil e seguro para as atividades de manutenção, 
operação e inspeção, 
c)dispor de ventilação permanente com entradas de ar que não 
possam ser bloqueadas; 
e)possuir sistema de iluminação de emergência. 
 
13.5.2.5 O projeto de instalação deve conter pelo menos a planta 
baixa do estabelecimento, com o posicionamento e a categoria de 
cada vaso e das instalações de segurança. 
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Reservatório NR-13 
Rio Branco- Acre -2014 
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Reservatório NR-13 
Rio Branco- Acre -2014 
39 
Sistema de Regulagem nos Compressores 
 
Para o uso correto do compressor, deve-se regular a vazão, devido às 
mudanças que ocorrem a cada hora na instalação. Em poucas palavras, é 
necessário efetuar uma regulagem automática. As regulagens mais 
frequentes são: 
 
 
• Regulagem com marcha sem carga (vazio); 
 
• Regulagem com marcha em carga parcial; 
 
• Regulagem com marcha intermitente. 
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• Regulagem com Marcha sem Carga 
(Vazio) 
 
 
Com essa solução, o compressor está 
sempre em funcionamento. Ocorre que 
determinados dispositivos atuam com 
alívio do ar, de tal forma que o ar não 
seja ulteriormente comprimido quando 
a pressão chega a um determinado valor. 
41 
 Regulagem por fechamento 
 
 
Nesse sistema, conforme a Figura , utiliza-se 
uma válvula de controle direcional (5) que 
permite o bloqueio do circuito de aspiração. 
De fato, quando o sinal proveniente da rede 
(linha tracejada) supera um determinado 
valor, há o acionamento da válvula de 
controle direcional (5), que, comutando, 
bloqueia o fluxo de ar em aspiração. Quando 
a pressão em rede diminui, a válvula retorna 
à situação inicial, e o compressor (2) retoma 
a fase de aspiração do ar. 
 
42 
 Regulagem por garras 
 
Nesse sistema, a válvula de aspiração é utilizada nos compressores de 
pistão em que um mecanismo 
mantém permanentemente a 
válvula de aspiração aberta, de 
modo que o ar aspirado 
seja reejetado sem ser 
comprimido. Claramente, 
se a pressão desce a um 
valor mínimo, temos um novo 
reabastecimento do reservatório. 
43 
 Regulagem por rotação 
Atravéa do controle da rotação do motor do compressor, naturalmente 
quanto maior é o número de rpm (rotações por minuto), maior é a vazão 
efetiva e vice-versa; a diminuição das rpm diminui a vazão efetiva. 
 
44 
• Regulagem com Marcha Intermitente 
45 
Tratamento do ar comprimido. 
46 
O resfriador posterior: 
Sua função é reduzir a temperatura do ar que deixa o 
compressor para níveis próximos da temperatura ambiente. Com 
isso, obtém-se uma grande condensação dos contaminantes 
gasosos, especialmente do vapor de água. 
47 
Purgador automático: 
Um purgador automático deve ser instalado sob o separador de 
condensados para garantir a eliminação desta contaminação 
líquida para a atmosfera, com perda mínima de ar comprimido. 
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O filtro de ar comprimido : 
O filtro de ar comprimido aparece geralmente em três posições 
diferentes: 
• Antes secador de ar comprimido; 
• Depois do secador de ar comprimido; 
• Junto ao ponto-de-uso. 
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O filtro de ar comprimido : 
O pré-filtro: filtro instalado antes do secador: 
 
Sua função é separar a contaminação sólida e 
líquida (~30%) protegendo os trocadores de 
calor do secador de ar contra o excesso de óleo 
oriundo do compressor de ar, o que poderia 
impregná-los, prejudicando sua eficiência. 
50 
O filtro de ar comprimido : 
O pós-filtro: instalado após o secador por 
refrigeração retém apenas partículas sólidas. 
51 
TRATAMENTO DE AR COMPRIMIDO 
 
 
• No caso de sistemas dotados de secadores por 
adsorção, o pós-filtro destina-se à retenção das 
partículas sólidas produzidas pela abrasão do 
material adsorvedor (poeira do adsorvedor). 
52 
TRATAMENTO DE AR COMPRIMIDO 
• Os filtros instalados no ponto-de-uso. 
 
• Os filtros instalados no ponto-de-uso são utilizados para evitar 
que os contaminantes presentes ao longo da tubulação de ar 
comprimido atinjam a aplicação final do mesmo. 
Em alguns casos o filtro esta 
associado a outros elementos 
condicionadores de ar sendo o 
conjunto denominado Lubrifil ou 
condicionador de ar. 
53 
TRATAMENTO DE AR COMPRIMIDO 
 
 
• Os filtros para ar comprimido 
comumente são do tipo coalescente 
e adsorvedor. 
 
54 
TRATAMENTO DE AR COMPRIMIDO 
• O mecanismo de operação de um filtro coalescente baseia-se 
em dois processos distintos: 
 a retenção mecânica e a coalescência. 
55 
TRATAMENTO DE AR COMPRIMIDO 
• A retenção mecânica é a simples obstrução da passagem do 
contaminante através do elemento, permitindo apenas que o 
ar comprimido siga adiante. Esse processo está contido no 
primeiro efeito que produz a coalescência (Interceptação 
Direta). 
 
 
56 
TRATAMENTO DE AR COMPRIMIDO 
• Três fenômenos se somam para produzir o efeito da 
coalescência: 
• Interceptação Direta: efeito de filtração no qual uma gota ou 
uma partícula sólida colide com um componente de um meio 
filtrante que está em seu caminho ou é capturada por poros 
de diâmetros menores do que o diâmetro da gota ou da 
partícula. 
57 
TRATAMENTO DE AR COMPRIMIDO 
• Impacto Inercial: processo no qual uma partícula colide com 
uma parte do meio filtrante devido à inércia da partícula. 
58 
TRATAMENTO DE AR COMPRIMIDO 
• Difusão: movimento de moléculas gasosas ou de partículas 
pequenas causado por uma variação de concentração. 
59 
TRATAMENTO DE AR COMPRIMIDO 
• A nanofibra de borossilicato é o componente principal do 
meio filtrante, sendo responsável pela ação coalescente. Essas 
nanofibras são inertes e impermeáveis, o que significa que 
não reagem quimicamente com outras substâncias e também 
não adsorvem ou absorvem líquidos. 
60 
TRATAMENTO DE AR COMPRIMIDO 
• Pode-se observar que a coalescência não impede a 
contaminação líquida de atravessar todo o meio filtrante. Ao 
contrário, ela permite que isso ocorra para que os 
contaminantes coalescidos possam dirigir-se ao fundo da 
carcaça do filtro pela ação da gravidade e sejam drenados 
para o exterior a partir desse ponto. 
61 
TRATAMENTO DE AR COMPRIMIDO 
• Vidaútil do meio filtrante 
62 
Alguns acessórios costumam fazer 
parte deste equipamento, como um 
purgador automático e um 
manômetro indicador da saturação 
do elemento filtrante (perda de 
carga). 
horas 
TRATAMENTO DE AR COMPRIMIDO 
• Filtros adsorvedores: destinam-se à remoção dos 
vapores de hidrocarbonetos (óleo) do fluxo de ar comprimido. 
 
• Em geral, estão posicionados depois do último filtro 
coalescente, pois ficam assim protegidos de qualquer 
contaminação na forma líquida que poderia atingi-los. 
 
• Também podem permanecer junto ao ponto-de-uso do ar 
comprimido, uma vez que seu uso é limitado à aplicações 
especiais. 
63 
TRATAMENTO DE AR COMPRIMIDO 
• O meio filtrante de um filtro adsorvedor é, via 
de regra, o carvão ativado, 
 
• Obs. não se costuma realizar a 
regeneração/reativação do carvão ativado de 
um filtro adsorvedor. 
64 
TRATAMENTO DE AR COMPRIMIDO 
65 
• NORMA INTERNACIONAL ISO - 8573-1 
 
AR COMPRIMIDO PARA USO GERAL 
Parte 1: 
Contaminantes e classes de qualidade 
TRATAMENTO DE AR COMPRIMIDO 
66 
• 2.17.2 Taxa de Filtração ß: É a proporção para 
cada classe de tamanho da partícula, entre o 
número de partículas a montante do filtro e o 
número de partículas a jusante (depois do filtro). 
Também pode ser expresso assim: 
 
 
• 2.17.3 Penetração P: É a relação entre a 
concentração de partículas a jusante e a 
montante do filtro. 
TRATAMENTO DE AR COMPRIMIDO 
67 
• A classe de tamanho da partícula é usada 
como um índice. 
 
• Por exemplo, ß10 = 75 significa que o número 
de partículas de 10μm e maiores é 75 vezes 
maior a montante do filtro do que a jusante. 
TRATAMENTO DE AR COMPRIMIDO 
68 
TRATAMENTO DE AR COMPRIMIDO 
69 
TRATAMENTO DE AR COMPRIMIDO 
70 
Secadores de Ar 
Métodos de secagem 
TRATAMENTO DE AR COMPRIMIDO 
Ponto de orvalho positivo Ponto de orvalho negativo 
Mecânico Arrefecimento Físico Químico 
Sobre pressão Refrigeração Adsorção Absorção 
Condensação Sorção 
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Secagem por refrigeração 
O arrefecimento do ar comprimido até 
temperaturas próximas de 0ºC permite a 
máxima cond ã d d á ól ( densação de vapores 
de água e óleo (sem risco de congelamento) 
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Secagem por refrigeração 
73 
Condensado
Dreno
Separador
Ar Seco
Ar Úmido
Pré-Resfriador
Resfriador Principal
Freon
Compressor 
Refrigeração
By-Pass
TRATAMENTO DE AR COMPRIMIDO 
• Em qualquer secador por refrigeração, o ar comprimido sofre 
um reaquecimento antes de voltar à tubulação. Esse 
reaquecimento é intencional (economiza energia e evita que a 
tubulação fique gelada), mas provoca a completa 
reevaporação da umidade residual que não foi removida pelo 
separador de condensados. No estado gasoso, essa umidade 
não pode ser eliminada pelo pós-filtro. 
74 
Secagem por Adsorção 
Processo consiste em fazer passar o ar 
comprimido através de um reservatório 
repleto de um dessecante como: 
• silica-gel: ponto de orvalho -20 Cº 
• alumina activada: ponto de orvalho -40 ºC 
• seiva molecular: ponto de orvalho -70 C 
75 
Secagem por Absorção 
Processo consiste em fazer passar o ar comprimido através de um 
reservatório repleto de um dessecante (cloreto de cálcio ou cloreto de 
lítio) capaz de fixar por absorção a humidade contido no fluido sob 
pressão. 
 
 
 
76 
Nesse sistema, conforme a Figura, utiliza-
se uma válvula de segurança do tipo de 
alívio (5) que determina quando no 
interior do reservatório (4) e na rede um 
determinado valor é superado. Nesse 
caso, temos a descarga no ambiente da 
pressão em excesso. A presença da 
válvula auxiliar, chamada normalmente de 
válvula de retenção sem mola (3), impede 
que o reservatório seja esvaziado de ar. 
 
Essa técnica é utilizada somente em insta-
lações de pequeno porte. 
 Regulagem por descarga 
77