Seu caminho para o sucesso!

Equipamentos Industriais II

Prof. Msc. Izael Pinho dos SantosINTRODUO

Seu caminho para o sucesso!

341 - Trocadores de Calor Transmisso de calorTransmisso de calor e a denominao dada a passagem de energia trmica (que durante a transferncia recebe o nome de calor) de um corpo para o outro ou de uma parte para outra de um mesmo corpo.

Mecanismo de troca de calorConduo: contato entre dois corposConveco: Mistura de fluidosRadiao: Ondas de calor

Conduo: o processo em que a energia passa de um local para o outro atravs das partculas do meio que os separam: Ocorre da seguinte maneira: na regio mais quente, as partculas tem mais energia, vibrando com mais intensidade, com est vibrao cada partcula transmite energia para a partcula vizinha, que passa a vibrar mais intensamente, est transmite energia para a seguinte e assim sucessivamente. A conduo no ocorre no vcuo.

Conveco: um movimento de massas de fluidos, trocando de posio entre si. Por isto que no tem significado em falar em conveco no vcuo ou em um slido, isto conveco ocorre nos fluidos.

Radiao: o processo de transmisso de calor atravs de ondas eletro magnticas (ondas de calor). A energia emitida por um corpo (energia radiante) se propaga at o outro, atravs do espao que os separam, a radiao no exige a presena do meio material para ocorrer, isto , a radiao ocorre no vcuo e tambm em meios materiais.

Trocador de calor o dispositivo que efetua a transferncia de calor de um fluido para o outro.

A transferncia de calor pode ser efetuada de quatro maneiras principais:Pela mistura de fluidos;Pelo contato entre fluidos;Com armazenagem intermediria;Atravs de uma parede que separa os fluidos quente e frio.

Principais tipos de trocadores de calorCasco e tubos: mais comum na indstria boa relao custo/beneficio.Duplo Tubos: menor eficincia.Placas: necessidade de maior rea de contato. Casco e Tubos constitudos de pequenos tubos dispostos lado a lado no interior de uma carcaa, um fluido percorre por esses tubos enquanto outro fluido forado a escoar atravs da carcaa.A carcaa possui chicanas dispostos transversalmente aos tubos com a finalidade de gerar uma maior taxa de transferencia.

Tubos espirais:Rolos aspiras; Coaxiais;Alta taxa de transferncia de calor devido a turbulncia.

Duplo tubosUm tubo passa por dentro do outro de modo que seus eixos coincidam e um espao anular entre eles seja formado.

Tubos aletadas (escoamento cruzada)

Torres de arrefecimento

Condutividade dos materiais

Fluxo de calor

2 - CompressoresO compressor um equipamento concebido para aumentar a presso de um fluido em estado gasoso (ar, vapor de gua, hidrognio etc). Possui o mesmo princpio de funcionamento que as bombas e as diferenas entre eles so decorrentes das diferenas existentes nas propriedades dos lquidos (incompressveis, mais densos) e dos gases (compressveis, menos densos).

Propriedades dos gases Compressibilidade O ar permite reduzir o seu volume quando sujeito ao de uma fora exterior.

ElasticidadePropriedade que possibilita ao ar voltar ao seu volume inicial uma vez extinto o efeito (fora) responsvel pela reduo do volume.

Difusibilidade Propriedade do ar que lhe permite misturar-se homogeneamente com qualquer meio gasoso que no esteja saturado.

Expansibilidade Propriedade do ar que lhe possibilita ocupar totalmente o volume de qualquer recipiente, adquirindo o seu formato.

Peso do Ar Como toda matria concreta, o ar tem peso. Um litro de ar, a 0C e ao nvel do mar, pesa 1,293 x 10-3 kgf.

A presso atmosfrica varia proporcionalmente altitude.

Lei Geral dos Gases Perfeitos:As leis de Boyle-Mariotte, Charles e Gay Lussac referem-se a transformaes de estado, nas quais uma das variveis fsicas permanece constante.

TIPOS DE COMPRESSORES:Classificao quanto s aplicaes As caractersticas fsicas dos compressores podem variar profundamente em funo dos tipos de aplicaes a que se destinam. Dessa forma, convm distinguir pelo menos as seguintes categorias de servios: Compressores de ar para servios ordinrios So fabricados em srie, visando baixo custo inicial. Destinam-se normalmente a servios de jateamento, limpeza, pintura, acionamento de pequenas mquinas pneumticas etc.Compressores de ar para sistemas industriais Destinam-se s centrais encarregadas do suprimento de ar em unidades industriais. Embora possam chegar a serem mquinas de grande porte e custo aquisitivo e operacional elevados, so oferecidos em padres bsicos pelos fabricantes. Isso possvel porque as condies de operao dessas mquinas costumam variar pouco de um sistema para outro, h exceo talvez da vazo. Compressores de gs ou de processo Podem ser requeridos para as mais variadas condies de operao, de modo que toda a sua sistemtica de especificao, projeto, operao, manuteno etc. dependem fundamentalmente da aplicao. Compressores de refrigerao So mquinas desenvolvidas por certos fabricantes com vistas a essa aplicao. Operam com fluidos bastante especficos e em condies de suco e descarga pouco variveis, possibilitando a produo em srie e at mesmo o fornecimento incluindo todos os demais equipamentos do sistema de refrigerao. Compressores para servios de vcuo (ou bombas de vcuo) So mquinas que trabalham em condies bem peculiares. A presso de suco subatmosfrica, a presso de descarga quase sempre atmosfrica e o fluido de trabalho normalmente o ar. Face anormalidade dessas condies de servio, foi desenvolvida uma tecnologia toda prpria, fazendo com que as mquinas pertencentes a essa categoria apresentem caractersticas bastante prprias. Quanto ao princpio de operao Os compressores podem ser classificados em dois tipos principais, conforme seu princpio de operao: Compressores volumtricos, tambm de chamados de estticos ou de deslocamento positivo. Compressores dinmicos ou turbo compressores.

No primeiro caso a elevao da presso conseguida por meio da reduo do volume ocupado pelo fluido. J no segundo caso, a elevao da presso obtida pela transformao da energia cintica do gs, que foi acelerado pelo impelidor (ou rotor), em energia de presso, quando o gs passa por elemento interno denominado difusor. Compressores Volumtricos:So subdivididos em Alternativos e Rotativos. Compressores Alternativos:Compressores Alternativos de Pisto:

Nos compressores com mais de um estgio de compresso, a taxa de compresso total dada pelo produto das taxas de compresso em cada estgio.

Caractersticas dos compressores de alternativos: - capaz de atingir as mais altas presses de descarga entre todos os demais tipos de compressores; - Possui vazo pulsante; - Possui grande nmero de peas mveis; - o nico tipo de compressor que possui vlvulas; - Podem ser de simples ou duplo efeito.

Compressores Alternativos de Diafragma:

Compressores Rotativos:Compressores Rotativos de Palhetas:

Compressores Rotativos de Parafusos:

Compressores tipo roots:

Compressores scroll:

Compressores Dinmicos:Esta classificao engloba todos os tipos de compressores rotativos que no utilizam a reduo de volume como forma de aumentar a presso. Nesta categoria esto includos os compressores centrfugos e os axiais. Os compressores dinmicos tambm so denominados turbocompressores.Compressores Centrfugos:

Compressores axiais:

Faixa de aplicao dos compressores.

3 - BombasBomba um equipamento que transfere energia de uma determinada fonte para um liquido, em consequncia do que, este liquido pode deslocar-se de um ponto para outro, inclusive vencer desnvel.Bomba de Deslocamento No Positivo: Nestas bombas no existe vedao entre a entrada e a sada; um pequeno aumento da presso reduz a vazo na sada. Exemplo: Bombas centrfugas que possuem fluxo radial. Existe tambm as que possuem fluxo axial, so constitudas por uma hlice rotativa.

Bomba de Deslocamento Positivo: O Princpio de Funcionamento das Bombas de Engrenagem com o desengrenamento das engrenagens motora e movida, o fluido conduzido da entrada para a sada nos vos formados pelos dentes das engrenagens e as paredes internas da carcaa da bomba; com o reengrenamento das engrenagens, o fluido espremido e forado para a sada.Caractersticas: Possuem construo bem simples, pois existem, normalmente, somente duas peas mveis; So de fcil manuteno; So de vazo fixa; Preo mais baixo em relao aos outros tipos de bombas; Presso de operao at 250 Kgf/cm; Rendimento de 80 a 85%; Elevado rudo (reduzido nas bombas de engrenagens helicoidais); Tolerncia impurezas maior que as demais bombas.Bombas de PalhetasCaractersticas: Construo simples, porm possui maior nmero de peas mveis. (Palhetas); So de fcil manuteno; Podem ser de vazo fixa ou varivel; Presso de trabalho: at 210 kg/cm para bombas de anel elptico (Balanceadas); 70 kg/cm para bombas autocompensadoras; Rendimento 75 a 80%; Baixo rudo; Pouca tolerncia s impurezas.

Bombas de palhetas flexveis (flexible vane pumps)O rotor possui ps de borracha de grande flexibilidade, que, durante o movimento de rotao, se curvam, permitindo que entre cada duas delas seja conduzido um volume de liquido da boca de aspirao ate a de recalque. Devem girar com baixa rotao, e a presso que alcanam reduzida. Na parte superior interna da carcaa existe um crescente para evitar o retorno do liquido ao lado da aspirao.

Bombas de lbulosAs bombas de lbulos tem dois rotores, cada qual com dois ou trs e ate quatro lbulos, conforme o tipo. O rendimento volumtrico das bombas de trs lbulos e superior ao das de dois, e por isso as primeiras so mais usadas.

Bombas de parafusosAs bombas de parafusos ou de helicoides (screw pumps) constam de dois ou trs parafusos helicoidais, conforme o tipo, e equivalem teoricamente a uma bomba de pisto com curso infinito.

Bombas de Pistes:Caractersticas: Possuem construo muito precisa; So de difcil manuteno; Podem ser de vazo fixa ou varivel (varivel somente as de pistes axiais); Presso de operao at 700 Kg/cm; So as que tm melhor rendimento que gira em torno de 95%; Baixo rudo; So as que menos toleram impurezas.Bomba de pistes radiais:Neste tipo de bomba, o conjunto gira em um piv estacionrio por dentro de um anel ou rotor. Conforme vai girando, a forca centrifuga faz com que os pistes sigam o contorno do anel, que e excntrico em relao ao bloco de cilindros. Quando os pistes comeam o movimento alternado dentro de seus furos, os prticos localizados no piv permitem que os pistes puxem o fluido do prtico de entrada quando os pistes so forcados pelo contorno do anel, em direo ao piv.

Bomba de pistes axiais:So classificadas em funo do tipo de acionamento, a saber: Eixo inclinado, Disco (placa) inclinado ou Placa de balano.

Eixo inclinado:Um tambor de cilindro gira de encontro a uma placa entalhada que conecta os pistes aos portos de entrada e sada. Neste tipo de bomba, o bloco de cilindros e unido ao eixo atravs de uma ligao universal. ,Disco inclinado:Neste modelo de bomba, o eixo e o bloco de cilindros esto alinhados. O movimento alternado dos pistes e causado por uma placa guia inclinada.

Curvas das bombas:

Associao de Sistemas:Sistemas de bombeamento muitas vezes so compostos por vrias tubulaes interligadas, cada uma com os respectivos acessrios (curvas, redues, vlvulas, etc.). A combinao de sistemas deve ser feita de modo separado, ou seja, a obteno da curva de cada trecho e aps isso, faz-se as devidas associaes. Srie Paralelo Associao em Srie:Para cada vazo, o valor de altura manomtrica total ser a SOMA das alturas de cada sistema.

Associao em ParaleloPara cada altura manomtrica, o valor da vazo total do sistema ser a soma da vazo de cada tubulao.

4 - Rotores:O rotor, tambm chamado impulsor ou impelidor, comunica massa lquida acelerao, adquirindo energia cintica para a transformao da energia mecnica. um disco de formato cnico dotada de ps, que pode ser fechado ou aberto. fechado quando, alm do disco onde se fixam as ps, existe uma coroa circular tambm presa s ps. Pela abertura dessa coroa, o lquido penetra no rotor. Usa-se para lquidos sem substncias em suspenso. J o rotor aberto, caracterizado quando no existe essa coroa circular anterior. Usa-se para lquidos contendo pastas, lamas, areia, esgotos sanitrios e para outras condies. TIPOS DE ROTORES:Rotor fechado:O rotor possui dois discos, um dianteiro e outro traseiro entre os quais so alojadas as palhetas. So usadas para o bombeamento de lquidos limpos e de baixa viscosidade. Com esse tipo de rotor evita-se a recirculao de lquido da regio de descarga boca de suco, havendo a necessidade, na maioria dos casos, do uso de anis de desgastes.

Semi-aberto:O rotor constitudo apenas pelo disco traseiro onde so fixadas as ps. So usados para o bombeamento de fluidos pastosos ou lquidos com slido em suspenso.

Aberto:So eliminados os dois discos, dianteiro e traseiro, e as palhetas so fixadas no cubo do prprio rotor. Possui pequena resistncia mecnica, obrigando a colocao de um anteparo traseiro, quando as palhetas forem muito largas. So usadas para bombeamento de lquidos abrasivos.

NOMENCLATURA DOS ROTORES:

1- OLHAL DE SUCO: a parte de entrada do rotor, localizada antes das ps.2- CUBO DO ROTOR: parte que serve de alojamento ao eixo, onde fixada a chaveta que tem por funo evitar o giro do motor sobre o eixo.3- PORCA DO ROTOR: uma porca que se acopla no parafuso da ponta do eixo, que impede que o rotor se desloque axialmente.4- CUBO EXTERNO DO ROTOR: superfcie que serve de apoio aos anis de desgastes.Sentido de rotao de um rotor:

5 - Selo mecnico:Em algumas condies de servio de uma bomba centrfuga, impraticvel o uso de gaxetas como elemento de vedao, como no caso de lquidos corrosivos, muito caros ou txicos. Para se obter uma vedao mais eficiente, emprega-se os selos mecnicos, que so constitudos de duas superfcies polidas que deslizam uma sobre a outra (entre elas h lquido), estando uma fixa ao eixo e outra carcaa da bomba.As superfcies polidas dos anis (sede e anel de selagem) so de materiais diferentes (materiais iguais tendem a se unir e aumentar o atrito), sendo pressionadas, uma contra a outra, atravs de mola, conectada ao anel de selagem.A combinao de materiais mais frequentes :- Carvo grafite e ferro fundido;- Carvo grafite e carbureto de tungstnio;- Carvo grafite e cermica.Os vrios mtodos de montagem tm como consequncia uma grande variedade de selos mecnicos, que requerem um espao livre entre as faces dos anis sede e de selagem, onde introduzida uma pelcula lquida. Essa pelcula ajuda na refrigerao e na lubrificao. Quando comparados com as gaxetas, a relao de vazamentos dos selos mecnicos de 1 para 100.

De acordo com as presses atuantes nas faces seladoras, os selos mecnicos so classificados em balanceados e desbalanceados. Nos desbalanceados, a presso da mola e a presso hidrulica atuam contra as faces seladoras, enquanto que nos balanceados somente a fora da mola atua contra as faces seladoras.Do ponto de vista de aplicao, os desbalanceados so limitados pela presso no interior da caixa de gaxeta, geralmente em torno de 10 Kgf/cm2 e lquidos com densidade acima de 0,65. J os selos balanceados podem ser usados para presses at 85 Kgf/cm2.Os selos mecnicos no devem funcionar a seco, pois o calor gerado pelas faces devido ao atrito ocasiona falhas e desgaste prematuro. Para evitar esse inconveniente, deve-se fazer circular pela caixa de gaxetas um lquido adequado com a finalidade de penetrar entre as faces seladoras e mant-las afastadas entre si, substituindo o atrito slido pelo fluido, onde o lquido lubrifica e refrigera o selo.Os principais fatores agressivos para um selo mecnico so alta temperatura e os abrasivos, que devem ser controlados para no penetrarem entre as superfcies seladoras, enquanto a temperatura deve ser controlada e mantida dentro de valores aceitveis. Isso possvel graas ao emprego de sistemas auxiliares que mantm o selo operando dentro de condies satisfatrias.Os principais sistemas auxiliares so:1) Refrigerao ou aquecimento da caixa de gaxeta: feita pela introduo de um lquido circulante em cmaras ou camisas projetadas para essa finalidade.

2) Refrigerao da sede estacionaria do selo: o lquido circulante envolve a sede estacionaria

3) Lubrificao das faces seladoras: o lubrificante chega at as faces seladoras atravs dos orifcios existentes na sobreposta e na face estacionaria.

4) Lavagem ou circulao: consiste em injetar um lquido no interior da caixa de gaxeta, sendo o jato dirigido para as faces seladoras, podendo ser de fonte externa ou interna, quando retirado da prpria descarga da bomba.

5) Recirculao com anel bombeador: consiste de um circuito fechado onde o lquido sai da caixa de gaxeta forado pela ao de bombeamento de um anel dentado montado sobre o eixo, passa por um permutador de calor, alimentado com gua para refrigerao, e retorna caixa de gaxeta com fluxo incidente sobre as faces seladoras.

6) Selo duplo: a montagem constituda de dois selos montados em sentidos opostos, onde se recircula um lquido secundrio limpo e lubrificante.

7) Abafamento: consiste em injetar lquido no lado oposto face seladora da sede e, posteriormente, dren-lo. As sobrepostas tm construo especial, sendo dotadas de uma cmara anelar e dois orifcios diametralmente opostos. Emprega-se gua, leo, vapor dgua, etc.

8) Suspiro e dreno: no caso de lquidos perigosos (txicos, inflamveis, etc.) o selo pode incorporar uma conexo para suspiro e outra para dreno, independente de outros dispositivos auxiliares utilizados.

A escolha do tipo de sistema mais adequado, depende das condies operacionais e do tipo de selo usado, mas pode-se fazer a seguinte orientao genrica:1- lquido abrasivo:- lavagem com lquido da bomba: deve-se instalar na linha de injeo filtro Y ou um separador centrfugo tipo ciclone para limpeza do lquido;- lavagem com lquido secundrio;- lubrificao das faces seladoras;- selo duplo.2- controle de temperatura do selo:- lavagem com lquido da bomba;- lavagem com lquido secundrio;- recirculao com anel bombeador;- refrigerao da caixa de gaxeta;- refrigerao da sede;- abafamento;- selo duplo.3- lquido inflamvel, txico ou sujeito a cristalizao ou a solidificao:- abafamento;- suspiro e dreno.

6 - Turbinas:Turbinas hidrulicas: Mquinas com a finalidade de transformar a maior parte da energia de escoamento contnuo da gua que atravessa em trabalho mecnico.Classificao:Segundo a variao de presso estticaTurbinas de Ao ou Impulso. Nestas a presso esttica permanece constante entre a entrada e sada do rotor. Ex: Turbinas Pelton Turbinas Turgo Turbinas Michell-Banki

Turbinas de Ao ou Impulso. (a) Pelton (b) Turgo (c) Michell-Banki

Turbina de reao: A presso esttica diminui entre a entrada e sada do rotor. Ex: Turbinas Francis, Turbina Deriaz, Turbina Kaplan e de Hlice. Turbinas de reao. (a) Francis (b) Kaplan (c) Hlice

Segundo a direo do fluxo atravs do rotor. Turbinas de fluxo tangencial, radial semi-axial e de fluxo axial.Segundo a admisso do rotor Turbinas de admisso parcial e total.Componentes de Uma turbina HidrulicaDistribuidor: Elemento esttico cuja finalidade : Acelerara o fluxo de gua transformando a energia Dirigir a gua para o rotor Regular da vazo Pode ser do tipo injetor em turbinas de ao ou de forma axial ou semi axial em turbinas de reao.Rotor: Elemento fundamental das turbinas. Formado por uma serie de ps palhetas ou labes Neste elemento se produz ao transformao de energia hidrulica da queda de gua em energiamecnica, originada pela acelerao e desvio do fluxo atravs dos seus labes.Tubo de Aspirao: Apresenta forma de duto divergente e instalado aps do rotor nas turbina de reao.Pode ser rotor ou com curvas Recupera a altura entre a sada do rotor e o nvel da gua na descarga. Recupera parte da energia cintica da velocidade residual da gua na sada do rotor, a partir do desenhodo tipo de difusor. Tambm chamado de tubo de aspirao e se utiliza em turbinas de reao.Corpo - Carcaa - Voluta: Elemento que contem os componentes da turbina. Nas turbinas Francis e Kaplan apresenta a forma de um espiral semelhante ao corpo de bombas centrifugas.

Turbina Pelton

Corpos de Turbina Michell-Banki e Turbina FrancisFluxo de Energia e Rendimentos nas Turbinas Hidrulicas:

Esquema de Micro Central Hidreltrica:

Turbinas Pelton Inventada por Lester A. Pelton (1829-1808). Trata-se de uma turbina de ao de fluxo tangencial e de admisso parcial. Opera eficientemente para condies de grandes saltos e baixas vazes. O processo do escoamento se realiza a presso atmosfrica.Distribuidor Formado por vrios injetores. Um injetor consta de um bocal de seo circular com uma agulha de regulao a qual move-se axialmente variando a seo do fluxo.Rotor Trata-se de um rotor de admisso parcial que depende do nmero de jatos ou de injetores. As ps podem ser fixadas ao rotor parafusadas fundidas ou soldadas. Podem ser instaladas num eixo horizontal com 1 a 2 injetores. Podem ser instaladas num eixo vertical com 3 a 6 injetores. Se utilizam em grandes e pequenas centrais hidreltricas.

Turbina Pelton mostrando o injetor e o detalhe do rotor.

7 - Vasos de pressoDefinio:Designa genericamente todos os recipientes estanques, de qualquer tipo, dimenses, formato ou finalidade, capaz de conter um fluido pressurizado.Os vasos de presso so todos os reservatrios destinados ao armazenamento e processamento (transformao fsica ou qumica) de lquidos e gases sob presso ou sujeitos a vcuo total ou parcial. Aplicao:Os vasos de presso so empregados em trs condies distintas:Armazenamento de gases sob presso: os gases so armazenados sob presso para que se possa ter um grande peso em um volume relativamente pequeno.Acumulao intermediria de lquidos e gases: isto ocorre em sistemas onde necessria armazenagem de lquidos ou gases entre etapas de um mesmo processo ou entre processos diversos.Processamento de gases e lquidos: Inmeros processos de transformao em lquidos e gases precisam ser efetuados sob presso.

Classificao dos Vasos de Presso: Quanto a funo:Vasos no sujeitos a Chama-Vasos de armazenamento e de acumulao-Torres de destilao fracionadora, retificadora, absorvedora e etc.-Reatores diversos-Esferas de Armazenamento de gases-Permutadores de calor

Vasos de armazenamento Torre de destilao

Auto claves Esferas de armazenamento

Permutador de calor

Vasos sujeitos a chama-Caldeiras-Fornos

Quanto a presso de operao:

Quanto a posio de instalao (dimenso em relao do solo): Cilndrico Vertical;

Quanto a posio de instalao (dimenso em relao do solo): Cilndrico inclinado

Quanto a posio de instalao (dimenso em relao do solo): Cilndrico horizontal

Quanto a posio de instalao (dimenso em relao do solo): Esfrico

Componentes estruturais Casco: parede e calotas.

Componentes estruturais Tampos.

Abertura e Reforos Bocais e bocais de visita

Abertura e Reforos Reforos

Componentes de Vasos de Presso Acessrios externos dos vasos de presso

Suportes

Noes sobre projetos de vasos de Presso Presso de operaoPoperao < PMTA Temperatura de operaoToperao = Tsupeficie Presso de projetoDeterminao da espessura mnima da parede do vaso,Devera ser considera as condies mais severas. Temperatura de projetoLeva em considerao o efeito do isolamento trmico, resfriamento pela atmosfera e etc.Considerar a maior temperatura. Presso Mxima Admissvel de TrabalhoDevem ser considerados a espessura da parede e temperatura. Espessura de parede de um vasoEspessura MnimaSobre-espessura de corrosoEspessura de ProjetoEspessura Nominal

8 - CaldeirasO mais importante gerador de vapor a caldeira, que , basicamente um trocador de calor que trabalha com presso superior presso atmosfrica, produzindo vapor a partir da energia trmica fornecida por uma fonte qualquerClassificao das caldeiras:a) Quanto ao uso: a) para produzir fora ou aquecimento (direto ou indireto);b) estacionrias ou mveis.Obs.: As grandes unidades usadas para gerar eletricidade so denominadas de centrais termoeltricas quando usam combustveis convencionais, nucleares quando usam combustveis atmicos.

b) Quanto s presses de trabalho:a) Subcrticas - abaixo da presso crtica da gua:a.1 - Baixa presso: