Introdução a Pneumática - Compressores e Redes

Acionamentos Fludo - Mecnicos e EltricosAcionamentos Fludo - Mecnicos e Eltricos

HERIVELTO CALLES LOUZADAUNIVERSIDADE PAULISTA

Automao Pneumtica e Hidrulica


BIBLIOGRAFIA

.

1. Fialho, Ariveltro Bustamante . Automao Hidrulica - Projetos, Dimensionamento e Anlise de Circuitos.

6 edio, Editora rica, 2014.

2. Fialho, Ariveltro Bustamante . Automao Pneumtica - Projetos, Dimensionamento e Anlise

deCcircuitos. 7 edio, Editora rica, 2014.

3. Sol, Antonio Creus. Neumtica e Hidrulica. 1 edio, Ediciones Tcnicas Marcombo, 2007.

4. Stewart, Harry L. Pneumtica & Hidrulica . 4 edio, Editora Hemus, 2006.

5. Bonacorso, Nelso Gauze e Noll , Valdir. Automao Eletropneumtica. 11 edio, Editora rica, 2008

6. FESTO DIDATIC, Introduo a Pneumtica, So Paulo, Editora Festo Didact, 2004.

7. FESTO DIDATIC, Introduo a Sistemas Eletropneumticos, So Paulo, Editora Festo Didatic, 2004

8. FESTO DIDATIC, Introduo a Controladores Lgicos Programveis, So Paulo, Editora Festo Didact,

2004.

9. FESTO DIDATIC, Tcnicas de Automao Industrial -1, So Paulo, Editora Festo Didact, 2004.

10.HANNIFIN, PARKER, Tecnologia Eletropneumtica Industrial, So Paulo, Editora Parker Training, 2001


A automao industrial est presente no cotidiano e representa os sistemas onde h: medio, correo e

controle sem a interferncia humana.

Automatus, do latim, significa mover-se por si ou seja, a aplicao de tcnicas computadorizadas para

mitigar a mo-de-obra em qualquer processo e aumentar a velocidade da produo.

Ao automatizar uma mquina deve-se optar entre a tecnologia disponvel que melhor se adapta ao

processo alm de considerar a relao custo/beneficio, entre elas esto a pneumtica e hidrulica.


Foi o grego Ktesibios que iniciou os estudos sobre a pneumtica, isto , o uso do ar comprimido para

auxiliar um trabalho.

No sculo XIX que o ar comprimido adquiriu importncia industrial, entretanto sua utilizao anterior a

Da Vinci.

"Pneuma" do grego significa flego, vento que originou o conceito de pneumtica:



Pneumtica "O estudo dos movimentos e fenmenos dos gases"

Esta cincia utiliza o ar como fluido que uma mistura de gases abundantes, com a seguinte composio:

78% de Nitrognio

21% de Oxignio

1% de outras substncias (H, CO, CO2)

Atravs da pneumtica h transformao da energia pneumtica em energia mecnica

por meio de elementos de trabalho.

Os principais elementos de trabalho so:

atuadores e vlvulas, comuns tambm na hidrulica.


"Todas as leis e comportamentos relativos a gua ou outro fluido"

Bombas e turbinas

Obras de saneamento fluviais ou martimas

Usinas hidroeltricas

Portos e vias navegveis

Estaes de tratamento de gua e de esgotos

Guindastes e prensas

Automveis

Avies

Ferramentas e dispositivos

Etc.

Hidrulica provm do grego, "hidra" que significa gua e "aulos" cano, originando os conceitos:

Hidrulica "Estudo das caractersticas e uso dos fluidos confinado sob presso"

Entre as aplicaes de mquinas hidrulicas destacam-se:


Presso

FORA

REA

P = F

A

P= Presso

F= Fora

A= rea


Transmisso de presso

"A presso exercida em um lquido confinado em forma esttica atua em todos os sentidos e direes,

com a mesma intensidade, exercendo foras iguais em reas iguais"

Princpio de Pascal


Multiplicao de fora

1 = 2

P = F

A

1 = 1/1

2 = 2/2

11

=22


Energia e Potncia

Bombeamento

Este princpio aplicado a um macaco hidrulico tem por finalidade a reduo do esforo fsico uma vez que a

fora F1 realizada pelo usurio do equipamento e a fora F2 a resultante do principio de Pascal necessria

para elevar uma carga, por exemplo, o carro.

A fora aplicada para elevar uma carga ou massa remete a segunda lei de Newton conforme relao abaixo:

=

= (

2)

Obs:

O princpio descoberto e

enunciado por Pascal levou

construo da primeira

prensa hidrulica no incio da

Revoluo Industrial pelo

mecnico Joseph Bramah.


UNIDADES E CONVERSO

Exemplos:

1 mmHg = 0,5362 pol, H2O = 1,3332 m Bars

97 mmHg = 97 x (0,5362) = 52,0114 pol, H2O

97 mmHg = 97 x (1,3332) =129,3204 m Bars


Fora:

toda causa capaz de modificar o estado de movimento ou causar deformao, ou seja, uma grandeza vetorial

que para perfeita caracterizao deve-se conhecer:

intensidade, direo e sentido.

Unidade Kgf

Atual (kp)

kgf

(kp)

Dyn 1.10-8

2,2482.10-6 0,00001 1 1,0197.10

-6

N 0,001 0,2248089 1 100000 0,1019716

lbf 0,004448 1 4,44822 444822,2 0,4535924

KN 1 224,8089 1000 100000000 101,96798

Unidade Requerida

KN lbf N Dyn

0,009807 2,204623 9,80665 980665 1

Converso de Forca

1 kgf (kp) = 0,009807 KN = 2,204623 lbf = 9,80665 N = 980665 Dyn


VANTAGENS E DESVANTAGENS

DA

PNEUMTICA E HIDRULICA

NA INDSTRIA


QUANTIDADE

o ar para ser comprimido existe em quantidades ilimitadas. O ar encontra-se na atmosfera.

TRANSPORTE

Transporte fcil e possibilidade de condicionamento em reservatrios.

O ar comprimido transportado por meio de tubulaes, no existindo a necessidade de linhas

de retorno, como feito nos sistemas hidrulicos. A mangueira de transporte de ar comprimido

so mais baratas, devido a baixa presso de trabalho. A presso de trabalho na hidrulica pode

passar de 350 bar enquanto que na pneumtica a presso de trabalho de 6 a 12 bar, mxima

no passam de 15 bar.

MANUTENO

Fcil manuteno.


RESISTENTE

a ambientes hostis, como: poeira, atmosfera corrosiva, oscilaes de temperatura,

umidade, submerso em lquidos, raramente prejudicam os componentes pneumticos,

quando projetados para essa finalidade.

OPERAO

Simplicidade de manipulao, pois os controles pneumticos no necessitam de operrios

super especializados.

SEGURANA

Sistema seguro, dispensa instalao a prova de exploso, pois no apresenta perigos de

exploso ou incndio, e mesmo que houvesse exploso por falha estrutural de um

componente, tubulao, mangueira, ou mesmo do reservatrio de ar comprimido, a presso

do ar utilizado em pneumtica relativamente baixa (6 a 12 bar), enquanto que na hidrulica

trabalha-se com presses que chegam ordem de 350 bar.

Reduo do nmero de acidentes por incidncia de operaes repetitivas.


ARMAZENAGEM

Fcil armazenagem atravs de um compressor em um reservatrio, no sendo assim necessrio que o

compressor trabalhe continuamente, mas sim, somente, quando a presso cair a um determinado valor

ajustado em um pressostato. Ao contrario dos sistemas hidrulicos em que durante o funcionamento do

circuito faz-se necessrio o trabalho contnuo da bomba hidrulica (na maioria dos casos) para a circulao

do fluido que se encontra armazenado em um tanque anexo ao equipamento;

TEMPERATURA

Diferentemente do olo que tem sua viscosidade afetada pela variao da temperatura, o ar comprimido

insensvel s oscilaes desta, permitindo um funcionamento seguro, mesmo em condies extremas.

LIMPEZA

uma vez que o fluido de utilizao o ar comprimido, no h riscos de poluio ambientam, mesmo

ocorrendo eventuais vazamentos nos elementos mal vedados. Este fato torna a pneumtica um sistema

excelente e eficiente para aplicao na industria alimentcia e farmacutica.


CONSTRUO

Uma vez que as presses de trabalho so relativamente baixas quando comparadas hidrulica, seus

elementos de comando e ao so menos robustos e mais leves, podendo ser construdos em liga de

alumnio, tornando seu custo relativamente menor, portando mais vantajoso.

VELOCIDADE

Alta velocidade de trabalho, em condies normais entre 1 e 2 m/s, podendo atingir 10 m/s no caso de cilindros

especiais e 500.000 rpm no caso de turbinas pneumticas. Na hidrulica a velocidade de deslocamento, em

condies normais de 0,5 m/s.

REGULAGEM

A pneumtica no possuem escala de regulagem, isto , os elementos so regulados em velocidade e fora,

conforme a necessidade da aplicao, sendo da escala de zero o mximo do elemento.


SEGURANA CONTRA SOBRECARGA

Diferenemente dos sistemas puramente mecnicos ou eletroeletrnicos, os elementos pneumticos podem

ser solicitados, em carga, at parar, sem sofrer qualquer dano, voltando a funcionar normalmente to logo

cesse a resistncia. Em sistemas hidrulicos quando ocorre sobrecarga o sistema pode sofrer danos na

bomba, mangueiras e conexes.


As principais vantagens da pneumtica quanto a aplicao na indstria so:

O ar encontra-se na atmosfera.

Transporte fcil e possibilidade de condicionamento em reservatrios.

Alta velocidade de trabalho.

Sistema seguro porque dispensa instalao a prova de exploso.

Fcil manuteno.

Resistente a ambientes hostis, como: poeira, atmosfera corrosiva, oscilaes de temperatura, umidade,

submerso em lquidos, raramente prejudicam os componentes pneumticos, quando projetados para essa

finalidade.

Simplicidade de manipulao, pois os controles pneumticos no necessitam de operrios super

especializados.

Reduo do nmero de acidentes por incidncia de operaes repetitivas.

RESUMO


PREPARAO

A fim de que o sistema possa ter um excelente rendimento, bem como uma prolongada vida til de seus componentes, o ar comprimido

requer um boa preparao da qualidade do ar, isto , isento de impurezas e umidades, o que possvel com a utilizao de filtros e

purgadores. Dessa forma, variaes na umidade do ar e partculas suspensas afetam a qualidade de produo de ar comprimido.

COMPRESSIBILIDADE

A compressibilidade uma caracterstica no apenas do ar, mas tambm de todos os gases, que impossibilita a utilizao da pneumtica

com velocidades uniformes e constantes. Isto que dizer que diferentemente da hidrulica, ou mesmo da eletrnica, em controle de

servomotores para movimentos de preciso, a pneumtica no possibilita controle de velocidade preciso e constante durante vrios ciclos

seguidos. J na hidrulica por utilizar fluido incompressvel a velocidade dos atuadores so uniformes o que possibilita tambm a reverso de

rotao instantnea.

FORA

A pneumtica consegue aplicar foras pequenas, fato esse se considerarmos que a presso normal de trabalho nas redes pneumticas

industriais, ou seja, uso econmico (6 bar), com o uso direto de cilindros, chegar a foras de 4.825 N (capacidade para erguer uma massa

de 494 kg) com um atuador linear de dimetro de pisto de 320 mm. Se utilizarmos o mesmo atuador linear agora em um sistema

hidrulico cuja a bomba fornea uma presso de trabalho de 350 bar a fora pode chegar a 281.486 N (capacidade para erguer uma massa

de 28.723 kg).


ESCAPE DE AR

Sempre que o ar expulso de dentro de um atuador, aps seu movimento de expanso ou retrao, ao

passar pela vlvula comutadora, espalhando-se na atmosfera ambiente, provoca um rudo relativamente

alto, apesar de que nos dias de hoje, este problema foi quase totalmente eliminado com o desenvolvimento

de silenciadores.

CUSTOS

Quando levados em considerao os custos de implantao dentro de uma indstria (produo, preparao,

distribuio e manuteno), eles podem ser considerados significativos. Entretanto, o custo de energia em

parte compensado pelos elementos de preos vantajosos e rentabilidade do equipamento.


Energia cara e alto custo de implantao. O ar comprimido necessita de uma boa preparao para realizar o

trabalho proposto, remoo de impurezas, eliminao de umidade, etc.

As foras envolvidas so pequenas quando comparadas a outros sistemas.

Em velocidades muito baixa apresenta pouca preciso.

Como o ar um fluido altamente compressvel impossvel obter parada intermediria e velocidade

uniforme.

O ar comprimido um poluidor sonoro no momento da exausto para atmosfera. Esta poluio pode ser

evitada com o uso de silenciadores nos orifcios de escape.

RESUMO


As principais vantagens da hidrulica quanto a aplicao na indstria so:

Dimenses reduzidas e pequeno peso com relao a potncia instalada.

Reversibilidade instantnea.

Parada instantnea.

Proteo contra sobre carga.

Variao de velocidade com facilidade.

Possibilidade de comando por apalpador em copiadores hidrulicos.

Os sistemas hidrulicos so utilizados quando no possvel empregar outro sistema como:

mecnico, eltrico ou pneumtico.


Seu custo mais elevado que o eltrico e mecnico.

Baixo rendimento devido a fatores como:

transformao da energia eltrica em mecnica e mecnica em hidrulica para

posteriormente ser transformada em mecnica novamente.

Mais atrito interno e externo nos componentes e vazamentos.

Em relao a pneumtica o sistema hidrulico possui controle mais apurado na fora

e velocidade, alm de trabalhar a alta presso e transmisso de maior potncia.

O custo de instalao do sistema mais caro que a pneumtica.


Compressibilidade do Ar

Ar submetido a umvolume inicial V

0

Ar submetido a umvolume inicial Vf

Vf< V

0

F

1 2

f

O ar ocupa todo o volume de qualquer recipiente e assume a forma deste, assim como os outros gases.

Ao confinar o ar em um recipiente qualquer, possvel provocar a reduo deste volume por compressibilidade atravs da ao de uma fora

externa.

Na Figura o atuador contm em sua cmara um determinado volume inicial (V0) que desloca a haste no sentido do avano. Quando uma fora

externa (F) paralela a haste aplicada no sentido oposto ao deslocamento inicial, ocorre reduo do volume, representado por Vf.


Elasticidade do Ar

Ar submetido a um

volume inicial V

Ar submetido a um

volume inicial V

f

Vf> V

0

1 2

F

1 2

Ao segurar um elstico e pux-lo com uma determinada fora, nota-se um aumento do comprimento. Ao cessar a fora aplicada o elstico tende a

conservar o estado inicial, sem apresentar deformao permanente.

Esta propriedade, tambm aplicada na pneumtica, possibilita o ar voltar ao seu volume inicial uma vez extinto o efeito da fora responsvel pela

reduo do volume.

Na Figura o volume inicial (V1) reduzido atravs da fora aplicada (F) retornando a haste do atuador. Quando esta mesma fora extinta, ovolume final (V2) retoma a condio inicial e provoca o deslocamento da haste no sentido de avano.


Difusibilidade do Ar

Volumes contendo

ar e gases;

vlvula fechada

Vlvula aberta

temos uma

mistura homognea

1 2

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

A Figura representa dois reservatrios interligados por uma vlvula central contendo ar e gs. Na condio inicial

a vlvula um permanece fechada e o contedo dos reservatrios isolado, ou seja, ar e gs. Quando a vlvula

dois aberta ocorre mistura homognea dos gases (ar+gs).


Expansibilidade do Ar

Possumos um recipiente contendo ar;

Quando a vlvula aberta o ar expande,

assumindo o formato dos recipientes;

1

2

porque no possui forma prpria

a vlvula na situao 1 est fechada

Como o ar no tem forma ele

adquire a geometria do

reservatrio que o contm e

ocupa o volume de qualquer

recipiente.

A Figura apresenta vrios

reservatrios interligados de

geometria distinta.

Quando a vlvula aberta o

ar ocupa todos os reservatrios e

assume a forma e volume

correspondente.


Peso do Ar


Atmosfera


Variveis do Ar

Acionamentos Fludo - Mecnicos e Eltricos

O ANSI (American National Standard Institute) padroniza as cores a seremutilizadas em circuitos hidrulicos e pneumticos.

VERMELHO: Indica presso de alimentao

VIOLETA: Indica que a presso do sistema foi intensificada

LARANJA: Indica linha de comando, pilotagem ou que a presso foi reduzida

Cores Tcnicas

AMARELO: Indica uma restrio no controle de passagem do fluxo.

AZUL: Indica fluxo em descarga, escape ou retorno.

VERDE: Indica suco ou linha de drenagem.

BRANCO: Indica fluido inativo. Ex: armazenagem.


Cores Tcnicas


Compressores


Deslocamento Volumtrico (positivo):

Baseia-se na reduo de volume. O volume diminuido, aumentando a

presso at que ocorra a abertura de vlvulas de sada do compressor.

Deslocamento dinmico:

obtido atravs do aumento da velocidade, tendo em seguida seu

escoamento retardado obrigando a uma elevao da presso.

Compressores: classificao


PRODUO DE AR COMPRIMIDO

Compressor de

deslocamento fixo unidirecional.

Simbolo geral



Volume de ar Fornecido

Volume terico

Volume efetivo

Presso

Presso de regime

Presso de trabalho

Acionamento

Motor eltrico

Mortor a exploso

Sistema de regulagem

Regulagem por descarga

Regulagem por fechamento

Regulagem por garras

Regulagem por rotao

Regulagem intermitente

CARACTERSTICAS IMPORTANTES NA ESCOLHA DE UM COMPRESSOR


COMPRESSOR DE PISTO OU MBOLOEste compressor um dos mais

usados e conhecidos, pois, ele

apropriado, no s para

compresso a presses baixas e

mdias, mas, tambm, para

presses altas. O campo de

presso de um bar at milhares

de bar. , tambm, conhecido

como compressor de pisto.

O movimento alternativo

transmitido para o pisto atravs

de um sistema biela-manivela,

fazendo, assim, ele subir e

descer.

Iniciando o movimento

descendente, o ar aspirado por

meio de vlvulas de admisso,

preenchendo a cmara de

compresso. A compresso do ar

tem incio com o movimento de

subida. Aps obter-se uma

presso suficiente para abrir a

vlvula de descarga, o ar

expulso para o sistema.


dotado de apenas uma cmara de compresso, onde o ar admitido e comprimido.

Compressor de simples efeito



O ar aspirado ser comprimido peloprimeiro mbolo (pisto),

Refrigerado, intermediariamente e,

Novamente, comprimido peloprximo mbolo, que possui menor

dimetro.

Na compresso a altas presses,faz-se necessria uma refrigerao

intermediria, pois se cria alto

aquecimento.

Os compressores de mbolo eoutros so fabricados em execues

refrigeradas a gua ou a ar.


Compressor de membrana

Este tipo pertence ao grupo dos compressores de mbolo. Mediante uma membrana, o mbolo fica separado da cmara de suco e

compresso, quer dizer, o ar no ter contato com as partes deslizantes. O ar, portanto, ficar sempre livre de resduos do leo.

Estes compressores so os preferidos e mais empregados na indstria alimentcia, farmacutica e qumica. Usados, tambm, em

pequenas instalaes de ar, com presses moderadas ou na obteno de vcuo.

Compressor de Membrana

Fonte: Festo Didactic (2001, p. 16).


Smbolo


COMPRESSOR ROOTS OU LBULOS

Isento de lubrificao;

No atinge alta presso;

Compresso contnua;

Grandes vazes;

Alto nvel de rudo.

Smbolo


Bomba de palhetas com regulagem de vazo

Smbolo

Bomba de palhetas com regulagem de vazo


DUPLO PARAFUSO

Isento de lubrificao;

Baixa manuteno;

Grande aplicao na indstria; Altas vazes;

Custo elevado.


Compressor de Parafusos Fonte: Howden (2010).

dotado de uma carcaa onde giram dois rotores helicoidais, em sentidos opostos.

Um dos rotores possui lbulos convexos, o outro uma depresso cncava (rotor macho e fmea).

Os rotores so sincronizados por meio de engrenagens.

O processo mais comum acionar o rotor macho, obtendo-se uma velocidade elevada do rotor fmea.

O ar presso atmosfrica ocupa espao entre os rotores e, conforme eles giram, o volume compreendido entre os mesmos isolado da admisso e transportado para a descarga.

Por no possui vlvulas de admisso, de descarga e foras mecnicas desbalanceadas, opera com altas velocidades no eixo,resultando em combinaes de capacidades elevadas, com pequenas dimenses externas.


SELEO E INSTALAO DE COMPRESSORES

Volume de ar

O volume de ar fornecido a quantidade de ar que est sendo fornecido pelo compressor.

Volume de ar fornecido terico aquele obtido por clculos,

Volume de ar fornecido efetivo pelo compressor que interessa, pois, com este, que so acionados e

comandados os aparelhos pneumticos.

Presso

Presso de regime a presso fornecida pelo compressor.

Presso de trabalho a presso necessria nos pontos de trabalho.

A presso de trabalho , geralmente, de 6 bar, que tida como presso normalizada ou presso

econmica.

Obs:

Uma presso constante uma exigncia para um funcionamento seguro e preciso dos componentes de sistemas

industriais. Na dependncia da presso constante esto: velocidade, foras e movimentos temporizados dos

elementos de trabalho e de comando.


Acionamento - O acionamento dos compressores, conforme as necessidades fabris, ser por:

motor eltrico ou motor a exploso.

Em instalaes industriais, aciona-se, na maioria dos casos, com motor eltrico.

Refrigerao - Provocado pela compresso do ar e pelo atrito, cria-se calor no compressor, o qual deve ser

dissipado.

Compressores pequenos, utilizada a refrigerao ar, atravs de ventiladores.

Compressores grandes, usa-se a refrigerao gua, circulante com torre de refrigerao ou gua corrente

contnua.

SELEO E INSTALAO DE COMPRESSORES


Lugar de montagem - A estao de compressores deve ser montada:

dentro de um ambiente fechado, com proteo acstica para fora.

O ambiente deve ter boa aerao.

O ar sugado deve ser fresco, seco e livre de poeira, ou seja ser filtrado.

O ingresso na sala deve ser permitido apenas ao pessoal autorizado, portando os EPI's mnimos exigidos por lei, como o protetor auricular.

O arrefecimento de compressores resfriados a ar deve ser realizado por dutos de entrada e sada, procurando-se obter a menortemperatura ambiente possvel

SELEO E INSTALAO DE

COMPRESSORES


Fonte: Manual de Ar Comprimido - Metalplan (2010, p. 16).


Modelo do Compressor Presso (bar) Vazo (m3/h)

10 (1 estgio) 120

30 (2 estgio) 600

10 (1 estgio) 120

30 (2 estgio) 600

Diafragma Baixa Pequeno

Palhetas 16 4500

Parafuso 22 750

Lbulos ou Roots 1,6 1200

Turbo Axial 10 200000

Turbo Radial 10 200000

Simples Pisto

Pisto em "V"

Principais tipos e caractersticas dos compressores


Comparao Entre os Compressores Alternativos e Rotativos

Compressor alternativo de pisto:

Conceito de mecnica simples e requer pouca especializao em manuteno

Baixo custo de manuteno

Preo mais acessvel

Possibilidade de instalar somente o bloco compressor sobre base

Facilidade de relocao

Permite alteraes com mais facilidade

Maior disponibilidade no mercado em produto

e ps-venda

Possibilidade de adaptao emoutros equipamentos

Compressor rotativo de parafuso:

Efetividade volumtrica ligeiramente superior

Menor consumo de energia em quilowatts

Mais silencioso, quando comparado a potncia

equivalente

Fornece ar comprimido em temperatura mais

baixa

Retomadas de produo mais rpida

Manuteno corretiva mais espaada

Possvel incorporar recursos e comandos de

alta tecnologia


DISTRIBUIO DE AR COMPRIMIDO

1. Compressor

2. Resfriador posterior ar/ar

3. Separador de condensados

4. Reservatrio

5. Purgador automtico

6. Pr-filtro coalescente

7. Secador

8. Purgador automtico eletrnico

9. Pr-filtro coalescente grau x

10.Pr-filtro coalescente grau y

11.Pr-filtro coalescente grau z

12.Separador de gua e leo


DISTRIBUIO DE AR COMPRIMIDO


SECAGEM DO AR COMPRIMIDO


IMPLANTAO DA REDE DE DISTRIBUIO


Esse dimensionamento deve considerar uma queda de presso de 0,3 a 0,5 kgf/cm2 do

reservatrio (adotar 0,5 a partir de 500 m) at o consumidor. No dimensionamento da linha

tronco, devem ser considerados os seguintes itens:

Volume de ar corrente (vazo)

Comprimento total da linha tronco

Queda de presso admissvel

Nmero de pontos de estrangulamento

Presso de regime

1. DIMENSIONAMENTO DA LINHA PRINCIPAL (TRONCO)



a quantidade de m de ar por hora que ser consumida da rede, pelos automatismos,

supondo todos em funcionamento em um mesmo momento.

Para efeito de dimensionamento seguro e recordando a possibilidade de futura ampliao dos

pontos de consumo, deve-se somar a esse volume o percentual estimado para a futura

ampliao.


1.2 VOLUME DE AR CORRENTE


Q..............m/h


a soma do comprimento linear da tubulao tronco com o comprimento equivalente originado

dos pontos de estrangulamento.

Lt.................m

Lt = L1 + L2

L1 = comprimento retilneo (m)

L2 = comprimento equivalente (m)


1.3 Comprimento total da linha tronco



A presso de um fluido, ao deslocar-se atravs de uma tubulao, sofre gradual reduo ao

longo do comprimento, em funo dos atritos internos e dos possveis estrangulamentos

(curvas, registros, vlvulas, etc.) que existam ao longo dela.

Essa queda de presso, tambm conhecida como perda de carga, para um satisfatrio

desempenho da rede, no deve exceder 0,3 kgf/cm. Em caso de grandes redes pode chegar ao

mximo de 0,5 kgf/cm2.

P....................kgf/cm


1.4 Queda de presso admitida



Como j fora visto anteriomente, a presso na qual o ar se encontra armazenado no

reservatrio (7 a 12 kgf/cm). Lembrando que a presso de trabalho considerada econmica

industrialmente de 6 kgf/cm.


1.5 Presso de Regime

P........................kgf/cm



A determinao do dimetro mnimo necessrio para atender demanda, inclusive j prevendo

expanso futura, pode ser obtida ento pelo seguinte equacionamento das variveis citadas:



1.6 Equacionamento

Onde:

Lt = Comprimento de tubulao linear (retilneo) (m)

P = Perda de carga admitida (kgf/cm)

P = Presso de regime (kgf/cm)

Q = Volume de ar corrente (vazo em m/h)

Aumento de capacidade prevista nos prximos anos % (Entra multiplicando a vazo)


ASTM A 120

in in mm mm in mm Kg/m Kg/m Kgf/cm

1/4 0,54 13,7 9,2 0,088 2,24 0,63 0,66 50

3/8 0,675 17,2 12,6 0,091 2,31 0,85 0,88 50

1/2 0,84 21,3 15,8 0,109 2,77 1,27 1,29 50

3/4 1,05 26,7 21 0,113 2,87 1,68 1,72 50

1 1,315 33,4 26,1 0,133 3,38 2,5 2,56 50

1.1/4 1,66 42,2 35,1 0,14 3,56 3,38 3,45 70

1.1/2 1,9 48,3 40,9 0,145 3,68 4,05 4,18 70

2 2,375 60,3 52,5 0,154 3,91 5.43 5,6 70

2.1/2 2,875 73 62,7 0,203 5,16 8,62 8,76 70

3 3,5 88,9 77,9 0,216 5,49 11,28 11,6 70

3.1/2 4 101,6 90,1 0,226 5,74 13,56 14,11 85

4 4,5 114,3 102,3 0,237 6,02 16,06 16,81 85

5 5,563 141,3 128,2 0,258 6,55 21,76 22,67 85

6 6,625 168,3 154,1 0,28 7,11 28,23 29,59 85

8 8,625 219,1 202,7 0,322 8,18 42,49 44,66 90

10 10,75 273 254,5 0,365 9,27 60,23 - 85

Dimetro

Espessura de

ParedePontas

Lisas

Presso

de

EnsaioExterno

Peso Terico do

Tubo Preto

Nominal Interno

Com

Roscas e

Luvas17

ASTM A 120


ASTM A 120

So as singularidades j mencionadas (curvas, registros, ts, etc.), necessrias para distribuio

da linha tronco por dentro de toda a planta industrial. Essas singularidades devem ser

transformadas em comprimento equivamente (L2)


1.7 Nmero de Pontos de Estrangulamento


PRODUO DE AR COMPRIMIDO 1. DIMENSIONAMENTO DA LINHA PRINCIPAL (TRONCO)

TABELAS DE PERDAS DE CARGA POR SINGULARIDADE EM METROS


Determinar o dimetro necessrio tubulao da linha tronco de uma rede com as seguintes

caractersticas:

Comprimento de tubulao linear (retilneo) ->300 m

Perda de carga admitida -> 0,3 kgf/cm

Presso de regime -> 9 kgf/cm

Volume de ar corrente -> 300 m/h

Aumento de capacidade prevista nos prximos 10 anos -> 60%

Singularidades:

10 ts roscados com fluxo em ramal

5 ts roscados com fluxo em linha

7 vlvulas do tipo gaveta, roscadas

6 curvas de 90 de raio longo

1. EXEMPLO PRTICO

DIMENSIONAMENTO DA LINHA PRINCIPAL (TRONCO)


Em primeiro lugar necessrio dispor da tabela com todas as singularidades com seus respectivos

comprimentos equivalentes, porm, ao consultarmos verificaremos que h a necessidade do

conhecimento de um dimetro nominal. Esse dimetro ser obtido de uma primeira aplicao da

equao do dimetro mnimo, sem, no entanto, considerar a existncia das singularidades, ou seja,

ser considerado apenas o comprimento da tubulao retilnea. Assim, teremos:

1. EXEMPLO PRTICO



De acordo com a Tabela da norma ASTM a 120 o dimetro interno equivalente de 70 mm de 3 in.

Este valor de 3 in um valor de referncia que deve ser utilizado para consultar as perdas de carga

por singularidades. Dessa forma, teremos,

SINGULARIDADE QUANTIDADE

COMPRIMENTO

EQUIVALENTE

(m)

TOTAL

(m)

T roscado com fluxo em ramal 10 5,2 52

T roscado com fluxo em linha 5 3,7 18,5

Vlvula do tipo gaveta, roscada 7 0,58 4,06

Curva de 90 de raio longo 6 1,2 7,2

Comprimento equivalente total (L2) 81,76

1. EXEMPLO PRTICO



Reaplicando a equao e substituindo as variveis, teremos:

1. EXEMPLO PRTICO



Supondo que a rede calculada anteriormente tenha a vista superior, conforme demonstrado na

figura a seguir:

2. EXEMPLO PRTICO

DIMENSIONAMENTO DA LINHA SECUNDRIA

Linha secundria


Os dados referentes s linhas secundrias, conforme a

Figura, so os seguintes:

Comprimento de tubulo linear (cada linha) = 11 m

Perda de carga admitida = 0,3 kgf/cm2

Presso de regime = 9 kgf/cm2

Volume de ar corrente total da fbrica = 300 m/h

Aumento de capacidade prevista nos prximos 10

anos = 60%

So dez linhas secundrias de igual comprimento.

Singularidades:


1 vlvula do tipo gaveta roscada

1 curva de 90 de raio longo roscada

1 cotovelo comum de 90 roscado

2. EXEMPLO PRTICO

DIMENSIONAMENTO DA LINHA SECUNDRIA


Ajustando o volume de ar corrente por linha secundria, teremos na equao:


Verificando o dimetro calculado na Tabela ASTM A 120, teremos um dimetro interno nominal de

1/2 in. Utilizando o valor do dimetro nominal de 1/2 in, pode-se encontrar os valores das

singularidades na tabela, desta forma teremos:

SINGULARIDADE QUANTIDADE

COMPRIMENTO

EQUIVALENTE

(m)

TOTAL

(m)

T roscado com fluxo em ramal 3 1,3 3,9

Vlvula do tipo gaveta, roscada 1 0,17 0,17


Cotovelo comum de 90 roscado 1 1,1 1,1



Reaplicando a equao e substituindo as variveis, tem-se:

Lembrando que 16,80 o dimetro interno necessrio tubulao da linha, e buscando na Tabela ASTM

A 120, tem-se dimetro interno igual ou imediatamente superior ao obtido, verificaremos que o mais

prximo superior tem dimetro interno de 21 mm e corresponde ao tubo de dimetro nominal 3/4 in.


Alm da equao que oferece resultados bastante precisos, a FMA Pokorny, de Frankfurt,

na Alemanha, desenvolveu um nomograma o qual permite obter o dimetro da tubulao

da linha tronco, de forma um pouco mais rpida, com clculo simples, porm no to

precisos. A seguir apresentado um exemplo com a aplicao do nomograma, e as

instrues de uso.

DIMENSIONAMENTO DA LINHA TRONCO A PARTIR DE UM NOMOGRAMA


Determinar o dimetro necessrio tubulao da linha tronco de uma rede com as seguintes

caractersticas:

Comprimento de tubulao linear (retilneo) ->300 m

Perda de carga admitida -> 0,3 kgf/cm2

Presso de regime -> 9 kgf/cm2

Volume de ar corrente -> 300 m/h

Aumento de capacidade prevista nos prximos 10

anos -> 60%

Singularidades:


5 ts roscados com fluco em linha

7 vlvulas do tipo gaveta, roscadas

6 curvas de 90 de raio longo

PRODUO DE AR COMPRIMIDO EXEMPLO PRTICO - linha tronco


1) Traa-se uma reta pelos pontos do Comprimento de

tubulao (300 m) e o Volume de ar a ser aspirado (300 m/h)

at atingir o eixo 1;

2) Traa-se uma reta entre o ponto da queda de presso

(Perda de carga admitida = 0,3 kgf/cm) e a Presso de

regime = 9 kgf/cm) at atingir o eixo 2;

3) Traa-se uma reta entre os pontos do eixo 1 e do eixo 2,

determinando o dimetro da tubulao no ponto que cruzar

com o eixo do dimetro.

Com o dimetro da linha tronco calcula-se a perda de carga

em metros das singularidades atravs da tabela ASTM A 120,

conforme a seguir;


SINGULARIDADE QUANTIDADECOMPRIMENTO

EQUIVALENTE (m)TOTAL (m)

T roscado com fluxo em ramal 10 3,9 39

T roscado com fluxo em linha 5 2,8 14

Vlvula do tipo gaceta, roscada 7 0,52 4,63



Lt = L1 +L2

Lt = 300m + 63,24m

Lt = 363,24m

O comprimento total da linha tronco ser:


4) Com o novo valor do comprimento Traa-se uma nova

reta (4) pelos pontos do Comprimento de tubulao (363,24

m) e o Volume de ar a ser aspirado (300 m/h) at atingir o

eixo 1;

5) Traa-se uma nova reta entre o novo ponto do eixo 1 e do

eixo 2, determinando o dimetro da tubulao considerando

as perdas de cargas pelas singularidades

Esse dimetro resulta, conforme pode

ser analisado, 60 mm, que de acordo

com a Tabela ASTM A 120, continua

correspondendo a um tubo de

dimetro nominal 2.1/2 in.

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Introdução a Pneumática - Compressores e Redes