OPERAES MINEIRAS II_

2010Universidade Agostinho Neto/Faculdade Engenharia Osvaldo Silva

[DIMENSIONAMENTO DE UMA REDE DE AR COMPRIMIDO]

Dimensionamento de uma rede de ar comprimidoU.A.N/faculdade de Engenharia Osvaldo Silva

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AgradecimentosAgradeo antes de mais a DEUS todo-poderoso por me dar a oportunidade de levantar todos os dias. Agradeo ao senhor professor Eng Carvalho pelo trabalho de investigao proposto com o objectivo de nos levar a unir as aulas terico-prticas com o mundo do ar comprimido. Agradeo tambm a minha famlia em particular minha esposa pela compreenso, aos meus colegas pela troca de ideias, a todos aqueles que directa ou indirectamente tornaram esse trabalho possvel.

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ndice Introduo Desenvolvimento Compressores e sua classificao Lubrificao dos compressores 3 4 5 5

O critrio de instalao dos compressores depende dos seguintes factores 6 Medio do caudal de ar comprimido Localizao dos compressores Redes de distribuio de ar comprimido Condies de uma base de rede de A.C Vazamento de A.C Quantidade de Compressores Tratamento de A.COperaes Mineiras II 2010Dimensionamento de rede A.C Eng MINAS U.A.N

7 7 8 8 9 10 11

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Dimensionamento da rede AC Clculo do caudal total (produo da fonte) Qt.

12 13Pgina | 4

Clculo da perda de carga e dos dimetros em cada troo. Correco de caudal Tabela dos clculos Concluso Referncias bibliogrficas Introduo 19 22 23 24

O ar comprimido uma importante forma de energia, insubstituvel em diversas aplicaes resultado da compresso do ar ambiente (atmosfrico), cuja composio uma mistura de oxignio (~20,5%), nitrognio (~79%) e alguns gases raros. Actualmente, cerca de 5 bilhes de toneladas de ar so comprimidas por ano em todo o planeta. Gerando um consumo de 400 bilhes de kWh a um custo de 20 bilhes de dlares. So nmeros astronmicos, que provocam um grande impacto no meioambiente, mas que poderiam ser substancialmente reduzidos com medidas racionais. Nas indstrias, um metro cbico de ar presso de 7 barg custa em torno de meio centavo de dlar (1,0 m ar ~ US$ 0,005) apenas em energia. Em funo das perdas decorrentes da transformao de energia, o ar comprimido (energia pneumtica) pode custar de sete a dez vezes mais do que a energia elctrica para uma aplicao similar, embora isso seja normalmente compensado pelas vantagens de flexibilidade, convenincia e segurana apresentadas pela energia pneumtica.

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Desenvolvimento

Nas minas o ar comprimido pode ser utilizada quer a altas e abaixas presses

A baixas presses (0,5 0,7MPa) A altas presses (15 20MPa)

A baixa presso usada em martelo perfurador, transporte de material solido e liquido, pulverizador de gua para iliminao de poeira, enchimentos de cavidades minerais. As altas presses so utilizadas nas locomutivas, nas escavaes de rochas brandas. O ar comprimido tem muitas vantagens em comparao com a energia electrica no que concerne a: Robustez Segurana (quanto a exploses, incndios, etc.) Benefcios ambientais Podese citar algumas desvantagens como: Rendimento baixo Ruido dos motores Fonte de poeira Baixa visibilidade devido o vapor dos motoresOperaes Mineiras II 2010Dimensionamento de rede A.C Eng MINAS U.A.N

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Interrupo dos motores devido a congelao. Gases nocivos apesar de raros.

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Compressores e sua classificao

Os compressores de mbolo so os mais utilizados na indstria mineira, em instalaes fixas de grande capacidade. Quanto ao nmero de fases ou andares de compresso ou compressores podem ser monofasicos e bifasicos. de lembrar que na indstria mineira importa as compresses de dois andares ou bifsico. Quanto as disposies que podem assumir os cilindros de compressores de mbolo temos: Horizontais Verticais Forma de V Forma de L, ou ngulo recto Em forma de estrela

Lubrificao dos compressores

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A lubrificao dos compressores quando produzem o ar comprimido deve ser feita por:

Bombas de leo (lubrificaco forada) Chapilhagem ( como nos automveis) Copos de gota a gota( lubrificaco na vlvulas)

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A lubrificaco deve ser executada e vigiada periodicamente para evitar que haja inflamaco. Na prtica sabe-se que convem lubrificar a menos do que a mais, visto que a quantidade excessiva de leo pode provocar infamaces e o vapor transformase num motor de combusto interna. Deve ser evitada a limpeza dos cilindros com petrleo, gasolina e empregando panos em vez de desperdicio. E de reterquir:

Os compressores de mbolo so usados para capacidade superior a 10m3/min podendo nos compressores modernos atingir capacidade de 300m3/min Alguns modelos com disposico de L ou V, com a capacidade de 10m3/min bem equilibrado exigem uma pequenas fundaces.

O critrio de instalao dos compressores depende dos seguintes factores:

Tempo de utilizaco do do ar comprimido Produco ou consumo exigido Fonte de energia desponivel Preco ou custo de produco (imposto e depreciaco) A natureza da rede de distribuico A natureza das maquinas

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Estes e outros factores que permitem determinar, caso se montarmos estalaces ficxas ou moveis.

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Medio do caudal de ar comprimido

E uma operaco nessecaria nos compressores e faz-se da seguinte maneira: Contador volumetrico da turbina Metodo do reservatorio Metodo das turbinas comvergentes( e o metodo mais adequado), basease na medico da diferenca de presso entre dois pontos de uma turbina sepados por um extrangulante.

Localizao dos compressores

A localizao dos compressores depende dos seguintes factores: A natureza dos compressores. Se for semi-permanente os locais de instalaco so determinados pelas despezas . para semi-permanenete as centrais so sinplificadas para facilitar as reparaces. Os factores sero ainda maiores como o caso de que a alimentaco dos compressores tem de ser feita por ar limpo (puro) isento de poerasn e de outras particulas que podem provocar os desgatos dos silindros e outros assecorios e dai se pode verificar o incremento das despezas.Operaes Mineiras II 2010Dimensionamento de rede A.C Eng MINAS U.A.N

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Para se evitar, deve se colocar as instaces longe das calderas britadeiras e em locais onde a muita produco de poeras. Deve-se evitar tambem que o ar livre entra com material corrosivo. O numero de compressores depende muito das instalaces, no emtanto, pode-se instalar um e manter outros em reserva ou tambem no minimo pode-se usar 3 compressores; se for ficxa geralmente por regra multiplica-se o caudal.

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Redes de distribuio de ar comprimido

Quando se instala redes de ar comprimido (A.C) preciso simplificar para evitar a complexidade. As redes devem ser bem concebidas para que o ar comprimido chega em perfeitas condies para os consumidores.

Condies de uma base de rede de A.C

A perda de carga deve ser (pequena perda de carga ou de presses nas canalizaces) Rigoroza estafucidade, boa montagen, pequenas despezas de comservaces, boa eguranca na utlizaco. Eliminaco comveniente da agua de condessaco e de particulas de oleo comtido no ar comprimido. Custos de instalaces ou mais baixo sem compremeter as restantes condioes.

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Vazamento de A.C

Todos os sistemas de ar comprimido tm vazamentos e so comuns perdas de at 40% de todo o ar comprimido produzido. Portanto, identificar, eliminar e reduzir os vazamentos de ar comprimido uma das maneiras mais simples e eficientes de economizar a energia necessria para a compresso. Alm da reduo da presso do ar comprimido provocada por uma rede de distribuio inadequada (dimetro da tubulao inferior ao necessrio, layout incorrecto da tubulao, curvas e conexes em excesso, etc.), um sistema de ar comprimido tambm pode estar operando numa presso muito superior exigida pela aplicao. O clculo correcto das redes de distribuio principal e secundrias, a manuteno (substituio) peridica de elementos filtrantes saturados, a regulagem precisa da presso de cada ponto de consumo, a escolha de componentes e acessrios com menor restrio ao fluxo de ar, bem como a seleco correcta do compressor em funo das necessidades de presso do sistema, podero contribuir de forma fundamental para a reduo do consumo de energia associado perda de carga.

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Quantidade de Compressores

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Assim que a vazo total do sistema for definida, estabelea um factor entre 20% e 50% para futuras ampliaes e seleccione dois compressores que, somados, atendam essa vazo. Um terceiro compressor, da mesma capacidade, pode ser adicionado ao sistema como stand by. Em conjunto, os trs compressores podem ser programados para operar num sistema de rodzio, proporcionando o mesmo nvel de desgaste para todos. Essa configurao , sob qualquer aspecto, a mais vantajosa para o usurio, pois garante o suprimento de ar comprimido, presente e futuro, com o menor risco de falha. Verifique a potncia e a vazo efectivamente produzida pelo compressor. Cuidado com informaes do tipo. Volume deslocado., pois costumam omitir as perdas ocorridas no processo de compresso.

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Tratamento de A.CPgina | 4

A contaminao do ar comprimido a soma da contaminao do ar ambiente com outras substncias que so introduzidas durante o processo de compresso. O ar ambiente contaminado por partculas slidas (poeira, microrganismos, etc.), vapor d'gua (humidade relativa), vapores de hidrocarbonetos (fumaa de leo diesel, etc.), dixido de carbono, monxido de carbono, xido nitroso, dixido de enxofre, etc. Durante o processo de compresso, o ar comprimido tambm contaminado pelo leo lubrificante do compressor e por partculas slidas provenientes do desgaste das peas mveis do mesmo. Na tubulao de distribuio, o ar comprimido ainda pode arrastar ferrugem e outras partculas. A presso e a temperatura do ar comprimido potencializam os efeitos prejudiciais de todos esses contaminantes. A reduo gradual da temperatura do ar comprimido ao longo da tubulao causa a condensao de alguns contaminantes gasosos. Ao atingirem a fase lquida (condensado), esses contaminantes estaro presentes no fluxo de ar comprimido sob diferentes aspectos, desde um conjunto amorfo (filete de condensado) depositado nas partes inferiores da tubulao e dos equipamentos, passando por pequenas gotas e chegando at a aerossis microscpicos dispersos entre as molculas do ar comprimido.

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Dimensionamento da rede ACPgina | 4

LEGENDA:

Ponto E: Maquina carregadora com 50m3/min Ponto D: 4 martelos com 5,5m3/min para cada Ponto C: 2 Vagon-drills com 10m3 /min para cada Distancia para cada troo em metro.

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DADOS: Ps = 7kgf/ cm2 = 700kPa hmax = 0,1kgf/ cm2 = 10 kPaPgina | 3

Clculo do caudal total (produo da fonte) Qt.

Dados: QE = 50m3/min QD =5,5m3/min QC = 10m3 /min Qt - ? Qt = QE + 4*QD + 2*QC Qt = 50 + 4*5,5 + 2*10 = 92m3/min = 1,53 m3/s Qt = 1,53 m3/s

Clculo da perda de carga e dos dimetros em cada troo.Operaes Mineiras II 2010Dimensionamento de rede A.C Eng MINAS U.A.N

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Troo K - A: LK-A = 100m QK-A = 1,53m /s PK-A = 700kPa3

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Clculo da perda de carga hKA =6,67 kPa

hmaxhKA = LkeLkA 10kPahKA = 150m100m

Clculo de dimetro utilizando a frmula

Di= 5f*li*Q1.852hi*Ps

DK-A = 51.6*1012*100*1.531.8526.67*700 =150mm

1 25.4mm X 150mm

X = 5,91 Dk-A = 5.91 Dk-A 6

Troo A - E: LA-E = 50m QA-E = 50m3/min = 0,833m3/s PA-E = (Ps - hKA) = 700 6,67 PA-E = 693,33 kPaOperaes Mineiras II 2010Dimensionamento de rede A.C Eng MINAS U.A.N

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Clculo da perda de cargaPgina | 4

hA-E = (hmax - hKA) = (10 6.67) hA-E = 3,33 kPa

Clculo de dimetro utilizando a frmula

DA-E = 51.6*1012*50*0.8331.8523.33*693.33 = 119.825mm DA-E = 119.825mm

1 25.4mm X 119,825mm

X = 4,72 DA-E = 4.72 DA-E 5

Troo A - B:

LAB = 30m QAB = QKA QAE = 92 50 = 42m3/min = 0,70m3/s QAB = 0,70m3/sOperaes Mineiras II 2010Dimensionamento de rede A.C Eng MINAS U.A.N

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Clculo da presso

PAB = PAE - hAE

PAB = 693,33 3,33

PAB = 690kPa

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Calculo da perda de cargahmaxhAB = LkBLAB 10kPahAB = 130m30m

hKA

=

2,3077kPa hKA = 2,31kPa

Calculo de diametro utilizando a formula

DA-E = 51.6*1012*30*0.701.8522.31*690 = 109mm

1 25.4mm X DA-B

109mm

X = 4,29 DA-B = 4.29

5

Troo B - D: LBD = 20m QBD = 22m3/min = 0,367m3/s

Clculo da presso

PBD = PAB - hAB

PBD = 690 2,31

PBD = 687,69kPa

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Clculo da perda de carga

hmaxhBD = LkDLBD 10kPahBD = 150m20m

hBD = 1,33kPa

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Calculo de diametro utilizando a formula

DB-D = 51.6*1012*20*0.3671.8521,33*687,69 = 88,6mm

1 25.4mm X 88,6mm DA-B 4

X = 3,49 DA-B = 3,49

Troo B - C: LBC = 70m QBC = 10m3/min = 0,667m3/s

Calculo da preso PBC = PBD - hBD

PBD =687,69 1,83

PBC = 686,36kPa

Calculo da perda de cargaOperaes Mineiras II 2010Dimensionamento de rede A.C Eng MINAS U.A.N

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hmaxhBC = LkCLBC 10kPahBC = 200m70m

hBC = 3,5kPaPgina | 4

Calculo de diametro utilizando a formula

DB-C = 51.6*1012*70*0.6671.8523,5*687,36 = 117mm

1 25.4mm X 117mm

X = DB-C = 4, 61

DB-C

5

Correco de caudal

Q = K1 * K2 *K 3 * K 4 * K 5 *(

qi+qs)

K1 coeficiente de utilizao da instalao; k1 = 1. K2 coeficiente de utilizao quando o material conservado; K2 = 1.05. K 3 coeficiente que depende do grau de utilizao (GU); GU= 90%, K 3 = 0,97. K 4 coeficiente relativo a fuga das tubagensOperaes Mineiras II 2010Dimensionamento de rede A.C Eng MINAS U.A.N

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1,10 < K 4