Download - Eduardo Bortolin
-
7/23/2019 Eduardo Bortolin
1/45
Eduardo Bortolin
DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA DE AR
COMPRIMIDO PARA UMA EMPRESA DE PEQUENO PORTE
Horizontina
2014
-
7/23/2019 Eduardo Bortolin
2/45
Eduardo Bortolin
DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA DE AR COMPRIMIDO PARA
UMA EMPRESA DE PEQUENO PORTE
Trabalho Final de Curso apresentado comorequisito parcial para a obteno do ttulo de
Bacharel em Engenharia Mecnica, pelo Cursode Engenharia Mecnica da FaculdadeHorizontina.
ORIENTADOR: Anderson Dal Molin, Mestre.
Horizontina2014
-
7/23/2019 Eduardo Bortolin
3/45
FAHOR - FACULDADE HORIZONTINA
CURSO DE ENGENHARIA MECNICA
A Comisso Examinadora, abaixo assinada, aprova a monografia:
Dimensionamento de um sistema de ar comprimido para uma empresa de
pequeno porte
Elaborada por:
Eduardo Bortolin
Como requisito parcial para a obteno do grau de Bacharel em
Engenharia Mecnica
Aprovado em: 19/11/2014Pela Comisso Examinadora
________________________________________________________Me. Anderson Dal Molin
Presidente da Comisso Examinadora - Orientador
_______________________________________________________Dr. Ademar Michels
FAHORFaculdade Horizontina
______________________________________________________Dr. Fabiano Cassol
FAHORFaculdade Horizontina
Horizontina2014
-
7/23/2019 Eduardo Bortolin
4/45
-
7/23/2019 Eduardo Bortolin
5/45
AGRADECIMENTO
Agradeo principalmente a Deus, por ter iluminado meu caminho para que eu
pudesse concluir mais esta etapa da minha vida pessoal e profissional.
Em especial aos meus pais, Aristeu e Helena por todo o suporte, amor e pelo apoio
em todos os momentos da minha formao acadmica, enfim pelos conselhos e
pela confiana em mim depositada.
As minhas irms, Renata e Roberta pelo apoio e ateno que sempre dedicaram a
mim torcendo para que meus objetivos fossem alcanados.
Aos amigos, companheiros de trabalho e irmos na amizade que fizeram parte de
minha formao e que vo continuar presentes em minha vida com certeza.
Ao meu Orientador, Professor Anderson Dal Molin, por me conduzir na elaborao
deste trabalho, pelos ensinamentos e dedicao concedida em todos os momentos
solicitados.
A todos os demais Professores da Faculdade, pela orientao e conhecimentos
passados durante todo o curso, o meu muito obrigado.
Por fim, a Faculdade Horizontina - FAHOR que me acolheu e me oportunizou
concluir este curso de graduao, realizando um grande sonho.
-
7/23/2019 Eduardo Bortolin
6/45
Se fracassar, ao menos que fracasse ousando
grandes feitos, de modo que a sua postura no
seja nunca a dessas almas frias e tmidas queno conhecem nem a vitria nem a derrota.
Theodore Roosevelt
http://pensador.uol.com.br/autor/theodore_roosevelt/http://pensador.uol.com.br/autor/theodore_roosevelt/ -
7/23/2019 Eduardo Bortolin
7/45
RESUMO
O ar comprimido uma importante fonte de energia, sendo o resultado dacompresso do ar atmosfrico. O ar comprimido vem sendo amplamente utilizado na
indstria, aplicado em diversos processos que necessitam de fora e movimento, porexemplo, em mquinas pneumticas. No presente trabalho, desenvolveu-se odimensionamento de um sistema de ar comprimido para uma empresa de pequenoporte. O objetivo geral do estudo dimensionar um sistema de ar comprimido,contemplando todas as etapas de produo, distribuio e preparao de arcomprimido, para que este chegue aos pontos de aplicao em condies dequantidade e qualidade suficientes, possibilitando um bom funcionamento dasmquinas e ferramentas pneumticas. Para a realizao do trabalho foi necessrioinformaes obtidas da literatura e coleta de dados realizada no mbito da empresa, tais como: seleo das mquinas que faro uso do ar comprimido, comprimento dastubulaes de distribuio e de alimentao e escolha das singularidades. Nos
resultados esto apresentados os clculos dos dimetros das linhas de distribuioe alimentao, a escolha do reservatrio e do compressor e a apresentao dolayout da rede de ar comprimido. Conclui-se que o sistema de ar comprimidodimensionado poder produzir ar com caractersticas adequadas para atender snecessidades das mquinas, proporcionando um bom desempenho e uma maiorvida til dos automatismos pneumticos.
Palavras-chave:Ar comprimido. Compressor. Dimensionamento.
-
7/23/2019 Eduardo Bortolin
8/45
ABSTRACT
The compressed air is an important energy font, being the compression result of theatmospheric air. The compressed air has been widely used in industry, applied invarious processes that need force and movement, for example, in pneumaticmachines. In the present paper, was developing a compressed air system for a smallCompany. The general objective of the study is to dimension a compressed airsystem, contemplating all the production, distribution and preparing stages of thecompressed air, to reach the point in conditions and quantities enough to a goodperformance of the pneumatic machines and tools. To carry out the work wasnecessary information obtained from the literature and database collection inside thecompany, like: selection of the machines that will use the compressed air, straight ofthe feeding and distribution tubing and the singularities choices. The results arepresenting the calculation of the diameter in the distribution lines and feeding, thechoice of the tank and compressor, the layout of the compressed air network.Concluding that the air compressed system dimensioned can produce air withappropriate characteristics to attend the needs of the machines, providing a good
performance and a greater useful life of the pneumatic automation.
Keywords:Compressed air. Compressor. Dimensioning.
-
7/23/2019 Eduardo Bortolin
9/45
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Compressibilidade do ar ....................................................................................... 15
Figura 2: Produo, distribuio e tratamento do ar comprimido ......................................... 16
Figura 3: Classificao dos compressores ........................................................................... 17
Figura 4: Reservatrio e seus principais componentes ........................................................ 22Figura 5: Tipos de redes de distribuio .............................................................................. 24
Figura 6: Instalao da linha de alimentao ....................................................................... 25
Figura 7: Layout da linha de distribuio ............................................................................. 38
Figura 8: Layout da linha de alimentao ............................................................................. 38
Figura 9: Layout geral .......................................................................................................... 39
-
7/23/2019 Eduardo Bortolin
10/45
SUMRIO
1. INTRODUO ............................................................................................................................. 10
1.1.JUSTIFICATIVA .............................................................................................................................. 10
1.2.OBJETIVOS .................................................................................................................................... 11
2.
REVISO DA LITERATURA ...................................................................................................... 12
2.1.ARCOMPRIMIDO .......................................................................................................................... 12
2.2.PROPRIEDADESFSICASDOAR ................................................................................................ 14
2.3.PRODUOEPREPARAODOARCOMPRIMIDO ................................................................. 15
2.4.COMPRESSORDEAR .................................................................................................................. 16
2.4.1.COMPRESSORES DE DESLOCAMENTO POSITIVO OU VOLUMTRICOS.................................................. 17
2.5.RESFRIADORPOSTERIOR .......................................................................................................... 19
2.6.FILTRODEAR ................................................................................................................................ 19
2.7.SECADORDEAR ........................................................................................................................... 20
2.8.
RESERVATRIO ........................................................................................................................... 22
2.9.REDESDEDISTRIBUIO ........................................................................................................... 24
2.10.UNIDADEDEPREPARAODOARCOMPRIMIDO ................................................................. 26
2.11.DIMENSIONAMENTODASTUBULAES ................................................................................ 27
3. METODOLOGIA ........................................................................................................................... 28
3.1 .MTODOSETCNICASUTILIZADOS........................................................................................ 28
4. APRESENTAO E ANLISE DOS RESULTADOS ................................................................ 32
4.1.DIMENSIONAMENTODALINHADEDISTRIBUIO .................................................................. 32
4.2.DIMENSIONAMENTODALINHADEALIMENTAO .................................................................. 34
4.3.PARMETROSPARASELEODORESERVATRIODEAR .................................................. 36
4.4.ESCOLHADOCOMPRESSORDEAR .......................................................................................... 36
4.5.DEFINIODOLAYOUT ............................................................................................................... 37
5. CONSIDERAES FINAIS ......................................................................................................... 40
REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS..................................................................................................... 41
ANEXO ACAMPO DE ATUAO DE CADA COMPRESSOR EM FUNO DA PRESSO XVAZO .................................................................................................................................................. 42
ANEXO BDIMETRO COMERCIAL PARA TUBOS DE AO PRETO OU GALVANIZADOASTM A 120 SCHEDULE 40 ................................................................................................................ 43
ANEXO CCOMPRIMENTO EQUIVALENTE DAS SINGULARIDADES.......................................... 44
-
7/23/2019 Eduardo Bortolin
11/45
10
1. INTRODUO
O ar comprimido uma importante forma de energia, sendo o resultado da
compresso do ar ambiente, que composto por oxignio, nitrognio e gases raros. O ar
comprimido est presente em empresas de diferentes setores, como por exemplo:
alimentcio, metalmecnico, moveleiro, entre outros.
A histria demonstra que a utilizao do ar comprimido anterior a Da Vince, que
em diversos inventos dominou e utilizou o ar. No antigo testamento, so encontradas
referncias do uso do ar comprimido na fundio da prata, ferro, chumbo e estanho. No
entanto, somente na segunda metade do sculo XIX que o ar comprimido adquiriu
importncia industrial (PARKER, 2006).O ar comprimido vem sendo amplamente utilizado na indstria, aplicado como
energia em diversos processos que necessitam de movimento, fora ou ambos em
mquinas e ferramentas pneumticas. O ar comprimido bastante aplicado nas indstrias
como condutor de energia, possuindo um excelente grau de eficincia, sendo
insubstituvel em diversas reas, executando operaes com flexibilidade, gerando
racionalizao do trabalho, economia, alm de proporcionar segurana ao trabalho.
No presente trabalho, desenvolveu-se um dimensionamento de um sistema de arcomprimido para uma empresa de pequeno porte, localizada na cidade de Santa
Rosa/RS. Tal empresa, no possui um sistema de ar comprimido em uma de suas
unidades, sistema essencial para a realizao de determinadas atividades de produo,
como a soldagem de lonas, rebitamento e aplicao de ilhs. Para um bom
funcionamento das mquinas, o ar comprimido produzido deve ser limpo e seco.
1.1. JUSTIFICATIVA
A empresa atua no ramo de materiais e servios para revestimento, atendendo a
rea residencial, industrial e comercial. No segmento de lonas, apresenta um portflio de
produtos seriados e no seriados. No ramo no seriado atua na fabricao de toldos,
coberturas, cortinas, entre outros. J no ramo seriado, desenvolve produtos para o
segmento do agronegcio, sendo o principal, a cobertura de lona para tanque graneleiro
de colheitadeiras de gros.
Atualmente a empresa possui trs unidades de produo, sendo duas destas
alugadas. Para diminuir os custos com os aluguis dos pavilhes, a empresa ir
-
7/23/2019 Eduardo Bortolin
12/45
11
permanecer com apenas duas unidades. Decidiu-se, portanto, que a empresa manter
sua sede e uma de suas unidades com maior rea construda, que possui espao
suficiente para acomodar uma nova produo. O problema d-se justamente por essa
unidade ser a nica, dentre as trs, que no possui um sistema de ar comprimido
instalado.
Em vista disso, o dimensionamento do sistema ar comprimido justifica-se pelo fato
da empresa utilizar o ar em vrios processos de fabricao, como a soldagem das lonas,
aplicao de ilhs, rebitamento, entre outros.
A implantao do sistema de ar comprimido fundamental, pois um sistema bem
dimensionado pode atender a demanda atual de ar comprimido das mquinas
pneumticas e oportunizar futuras ampliaes dos pontos de consumo. Assim, aempresa poder aumentar sua produo com a aquisio de mais mquinas, sem
precisar substituir componentes do sistema, como o compressor, reservatrio ou as
prprias tubulaes, o que implicaria em custos, devido aquisio destes componentes,
mo-de-obra para a instalao, tempo sem produzir por falta de ar comprimido, entre
outros.
1.2. OBJETIVOS
O objetivo geral do estudo dimensionar um sistema de ar comprimido,
contemplando todas as etapas de produo, distribuio e preparao de ar comprimido,
para que este chegue aos pontos de aplicao em condies de quantidade e qualidade
suficientes, possibilitando um bom funcionamento das mquinas e ferramentas
pneumticas. Os objetivos especficos so:
Dimensionar a rede de distribuio de ar; Selecionar os acessrios da rede pneumtica;
Planejar um sistema de ar comprimido que atenda s necessidades atuais,
bem como necessidades futuras;
Selecionar o reservatrio, de modo a garantir uma reserva de ar para o
sistema;
Selecionar o compressor, a partir da presso e vazo requeridas pelo
sistema; Criar um layout para distribuio do ar comprimido.
-
7/23/2019 Eduardo Bortolin
13/45
12
2. REVISO DA LITERATURA
No referencial terico so levantados os conceitos referentes pneumtica e
identificados os componentes que fazem parte da produo, distribuio e
tratamento do ar comprimido.
2.1. AR COMPRIMIDO
O ar comprimido o resultado da compresso do ar ambiente, que composto por uma mistura de oxignio (20,5%), nitrognio (79%) e alguns gases
raros. Atualmente, cerca de 5 bilhes de toneladas de ar so comprimidas no mundo
anualmente, produzindo um consumo de 400 bilhes de kWh, com um custo de 20
bilhes de dlares (METALPLAN, 2010).
Karmouche (2009) afirma que quase todas as plantas industriais, da pequena
grande empresa, tem algum tipo de sistema de ar comprimido. O ar comprimido
utilizado em vrias aplicaes como: ferramentas pneumticas, acionamentosmecnicos, controle de equipamentos e transporte de materiais. Entre os muitos
processos industriais, os sistemas de ar comprimido tem um significativo papel na
produo, correspondendo a uma parcela expressiva dos gastos com energia em
uma unidade industrial.
A palavra pneumtica derivada da raiz grega pneuma, que significa vento,
flego, sopro. A pneumtica definida como a matria que se ocupa dos
movimentos e fenmenos dos gases (FIALHO, 2011). Nesta mesma linha depensamento Parker Training (2006) sustenta que a pneumtica conceituada como
a parte da fsica que abrange a dinmica e os fenmenos fsicos ligados aos gases
ou vcuos.
A pneumtica apresenta algumas vantagens, tais como:
O ar comprimido no sofre oscilaes de temperatura, proporcionando
um funcionamento seguro, mesmo quando as condies forem
extremas (FIALHO, 2011).
-
7/23/2019 Eduardo Bortolin
14/45
13
Uma importante vantagem da pneumtica, conforme Bosch (2008) a
quantidade, pois o ar existe em abundncia.
Ainda segundo Fialho (2011) outra vantagem a limpeza, pois o ar
comprimido utiliza o ar como fluido e por isso no h risco de poluio
ambiental, mesmo que ocorram vazamentos no sistema.
Outro privilgio do ar comprimido o transporte, pois ele pode ser
conduzido por grandes distncias em tubulaes e nenhuma linha de
retorno necessria, pelo fato de que a exausto de ar realizada
atravs da abertura de descarga ao ambiente (BOSCH, 2008).
O ar comprimido no possui perigo de incndio ou exploso. Mesmo se
um componente falhar e acontecer uma exploso, a presso do ar
usada em pneumtica considerada baixa (6 12 bar), j na hidrulica
as presses de trabalho podem atingir at 350 bar (FIALHO, 2011).
O ar comprimido pode ser armazenado em reservatrio. O reservatrio
possui reserva de presso disponvel por algum tempo, permitindo que
um trabalho seja executado, mesmo com o compressor no
funcionando (BOSCH, 2008).
Tambm necessrio mencionar outras vantagens da pneumtica
como: a dimenso dos elementos de comando e ao pneumticos
so menores e mais leves; permite alta velocidade de deslocamento e;
os elementos pneumticos possuem segurana contra sobrecarga, ou
seja, no sofrem nenhum dano, se solicitados em carga, at parar,
funcionando normalmente quando a resistncia parar (FIALHO, 2011).
preciso reconhecer que a pneumtica tambm apresenta algumas
desvantagens:
Uma das desvantagens do ar comprimido, citada por Silva (2002) que
o ar apresenta umidade (vapor dgua). Esse vapor pode se condensar
ao longo das tubulaes, dependendo das condies de temperatura e
presso da linha pneumtica. Em vista disso, deve-se instalar um
sistema para que o condensado seja retirado evitando danos ao
sistema pneumtico.
-
7/23/2019 Eduardo Bortolin
15/45
14
O ar, assim como todos os gases, compressvel. Essa caracterstica
impossibilita que a pneumtica trabalhe com velocidades uniformes e
constantes durante seu curso (FIALHO, 2011).
Para Silva (2002) o ar possui baixa viscosidade. A viscosidade indica a
velocidade com que o fluido se movimenta. Se um fluido apresenta
baixa viscosidade, a possibilidade de acontecer vazamentos grande.
Em virtude disso, comum acontecer vazamentos em sistemas de ar
comprimido.
imprescindvel destacar, os custos expressivos da energia eltrica
consumida em sistemas de ar comprimido. Muitas vezes, as indstrias
consomem mais energia eltrica do que deveriam, em razo da
deficincia de seu sistema. Portanto, promover a eficincia em
sistemas de ar comprimido um desafio para as indstrias de
transformao (KARMOUCHE, 2009).
2.2. PROPRIEDADES FSICAS DO AR
O ar apresenta caractersticas que merecem ser abordadas, pois, para que se
possa dimensionar uma rede de ar comprimido preciso, antes de qualquer coisa,
entender quais as caractersticas deste gs para prever seu comportamento
mediante situaes diversas.
Pode-se dizer que a compressibilidade, identificada na Figura 1, uma
caracterstica que o ar apresenta de reduzir o seu volume quando sujeito aplicao
de foras opostas, ou seja, foras essas que produzem um aumento de presso e
uma diminuio do volume ocupado por ele. Esta propriedade fsica relacionada ao
ar atmosfrico, talvez seja para a pneumtica a mais significativa, pelo fato de que
por meio da compresso do ar atmosfrico que produzida a energia pneumtica,
que em seguida transformada em transmisso de potncia ou trabalho pelos
atuadores (FARIA, 2007).
Nesta mesma linha de pensamento, Parker Training (2006) diz que a
compressibilidade uma importante propriedade do ar.
-
7/23/2019 Eduardo Bortolin
16/45
15
O ar, assim como todos os gases, tem a propriedade de ocupar todo ovolume de qualquer recipiente, adquirindo seu formato, j que no temforma prpria. Assim, podemos encerr-lo num recipiente com volumedeterminado e posteriormente provocar-lhe uma reduo de volume usandouma de suas propriedades - a compressibilidade. Podemos concluir que oar permite reduzir o seu volume quando sujeito ao de uma fora exterior(PARKER TRAINING, 2006, p.5).
Figura 1Compressibilidade do ar
Fonte:Parker Training, 2006, p. 5.
A elasticidade uma propriedade que possibilita ao ar retornar ao seu volume
inicial, quando terminada a fora responsvel pela diminuio do volume (CORADI,
2011).
Parker Training (2006) salienta que a difusibilidade uma propriedade que o
ar possui de misturar-se homogeneamente com gases que no estejam saturados.
Fialho (2011) afirma que a expansibilidade uma caracterstica do ar, de
adquirir a forma do recipiente que o contm, ocupando totalmente seu volume,
mudando sua forma ao menor esforo.
2.3. PRODUO E PREPARAO DO AR COMPRIMIDO
Cabe destacar que o ar comprimido passa por um conjunto de etapas antes
de ser utilizado. Estas etapas compreendem a produo e o tratamento do ar at ser
distribudo nas mquinas. O ar sofre um tratamento aps ser comprimido, para que
chegue aos pontos de consumo com qualidade (JESUS, 2012). A Figura 2
apresenta um tpico sistema de ar comprimido.
Segundo Silva (2002) o sistema apresentado na Figura 2, contm os
equipamentos essenciais para fornecer ar comprimido de qualidade. O ar
-
7/23/2019 Eduardo Bortolin
17/45
16
comprimido produzido de forma centralizada e distribudo na fbrica. Aps ser
comprimido, o ar sofre um tratamento que pode envolver diversos processos para a
separao de impurezas a fim de atender as exigncias de qualidade do sistema
que ele se destina.
Figura 2Produo, distribuio e tratamento do ar comprimido
Fonte:Silva, 2002, p. 25.
Como visto na Figura 2, o ar aspirado passa pelo filtro que tem a funo de
reter as partculas slidas existentes no ambiente, com o objetivo de proteger ocompressor. Depois de filtrado, o ar chega ao compressor onde comprimido. Aps
sua compresso, o ar aquece, elevando sua temperatura, sendo necessrio resfria-
lo com o auxlio de um resfriador. Na etapa seguinte, o ar passa por um processo de
secagem com o objetivo de retirar a umidade presente no ar. O prximo passo o
armazenamento do ar num reservatrio, para garantir uma reserva de ar,
assegurando uma presso constante na linha, afim de que o compressor no
necessite ser ligado e desligado diversas vezes. Por fim, o ar distribudo nafbrica, onde ele ser ajustado de acordo com as necessidades de cada mquina,
com o auxlio de unidades de preparao de ar (JESUS, 2012).
2.4. COMPRESSOR DE AR
Compressor pode ser definido como uma mquina na qual a energia
mecnica ou eltrica transformada em energia pneumtica (ar comprimido), por
meio da compresso do ar ambiente (JESUS, 2012).
-
7/23/2019 Eduardo Bortolin
18/45
17
Os compressores so mquinas industriais que tem a finalidade de aumentar
a energia dos gases atravs da elevao da presso. O compressor aspira ar
atmosfrico e o comprime, elevando sua presso at um valor determinado
realizao de trabalho. (CORADI, 2011).A Figura 3 mostra a classificao dos
compressores existentes no mercado.
Figura 3Classificao dos compressores
Fonte:Parker Training, 2006, p. 12.
Metalplan (2010) destaca que um sistema de ar comprimido eficiente comea
pela definio do tipo de compressor mais adequado para realizar cada atividade. A
escolha do compressor feita em funo da vazo e presso e pode ser identificada
atravs do Grfico (vide anexo A).
2.4.1. Compressores de deslocamento positivo ou volumtricos
Nos compressores volumtricos ou de deslocamento positivo, o aumento de
presso obtido com a diminuio do volume ocupado pelo gs. O ciclo de
funcionamento destas mquinas inicia quando uma quantia de gs admitida dentro
de uma cmara de compresso, que cerrada e sofre diminuio do volume.
Posteriormente, aberta a cmara e o gs disponibilizado para o consumo
(FIALHO, 2011).
-
7/23/2019 Eduardo Bortolin
19/45
18
Enquanto os compressores dinmicos (ou turbocompressores) ocupam a
gama das grandes vazes e das grandes potncias, em virtude de seu alto
rendimento e suas dimenses moderadas, os compressores de deslocamento
positivo, sobretudo os de pisto, dominam a faixa das mdias e pequenas vazes.
Conforme o tipo de movimento do elemento que interage com o fluido, enquanto
este passa pela mquina, os compressores de deslocamento positivo so
classificados em compressores alternativos e compressores rotativos (HENN, 2006).
Henn (2006) afirma que o compressor de deslocamento positivo alternativo
utiliza um sistema biela-manivela, que converte o movimento rotativo do motor de
acionamento em movimento retilneo alternativo do pisto. Assim, um ciclo de
operao se d a cada rotao do acionador. A cada ciclo, o pisto efetua um
movimento de ida e de vinda em direo ao cabeote.
O compressor alternativo de pisto um compressor de deslocamento
oscilante, que comprime o ar atravs do movimento retilneo do pisto. O controle do
ar na cmara de compresso realizado atravs de vlvulas de admisso e
descarga (BOSH, 2008).
Parker Training (2006) apresenta dois tipos de compressores alternativos de
pisto:
Compressor alternativo de pisto de simples efeito: Apresenta somente
uma cmara de compresso, ou seja, apenas a face superior do pisto
aspira e comprime o ar. Com o pisto em movimento descendente, a
vlvula de admisso aberta, dando passagem ao ar que preenche a
cmara de admisso. No movimento ascendente, o pisto comprime o
ar at que se obtenha uma presso suficiente para abrir a vlvula dedescarga e liberar o ar para o sistema.
Compressor de pisto de duplo efeito: Apresenta duas cmaras de
compresso, ou seja, as duas faces do pisto aspiram e comprimem o
ar. Quando o pisto est em movimento descendente, o ar admitido
na cmara superior e comprimido e expulso na cmara inferior. No
movimento ascendente, a cmara superior que havia admitido ar
realiza sua compresso e a cmara inferior que havia realizado acompresso efetua a admisso e assim sucessivamente.
-
7/23/2019 Eduardo Bortolin
20/45
19
2.5. RESFRIADOR POSTERIOR
O resfriador posterior, tambm chamado de After Cooler, um trocador de
calor que resfria o ar comprimido aps sua compresso. Neste processo tem-se o
surgimento do condensado, que deve ser retido evitando que a gua permanea nas
tubulaes, o que prejudicial para um bom funcionamento do sistema. O
resfriamento do ar comprimido pode ser feito de duas maneiras: por ar ou gua
(ELETROBRS, 2005).
Buck (2004) sustenta ser fundamental que o resfriador posterior esteja
instalado antes dos secadores, para que a temperatura do ar comprimido possa ser
reduzida para um nvel aceitvel. Neste processo, 50 a 75% do vapor de gua
presente no ar retirado. As condies de admisso do compressor e o tipo de
resfriador posterior vo determinar a quantidade exata de vapor de gua retirado.
Nesta etapa de tratamento do ar comprimido, medida que reduzida a
temperatura do ar, o vapor de gua condensa, sendo retirado em forma lquida.
Somente na etapa que compreende o resfriamento e a secagem do ar
comprimido, cerca de 80 a 90% do condensado devero ser precipitados.
Atualmente, o resfriador posterior e o compressor esto reunidos em um nico
conjunto (ELETROBRS, 2005).
2.6. FILTRO DE AR
Filtros so dispositivos aplicados na filtragem do ar sendo extremamentenecessrios para o bom funcionamento e vida til do sistema de ar comprimido. Eles
so capazes de reter umidade e partculas presentes no ar (CORADI, 2011).
oportuno lembrar que, o filtro de ar empregado em trs posies
diferentes na rede de distribuio. Um filtro antes e um depois do secador de ar
comprimido e outro no ponto de uso (METALPLAN, 2010).
Metalplan (2010) afirma que o filtro instalado antes do secador (pr-filtro) tem
a funo de separar o restante do condensado e sujeira que no foram totalmenteeliminadas pelo resfriador posterior, aumentando assim a capacidade do secador de
-
7/23/2019 Eduardo Bortolin
21/45
20
resfriar o ar comprimido. J o filtro instalado aps o secador de ar (ps-filtro) tem a
funo de eliminar a umidade residual e as partculas slidas, nos secadores por
refrigerao. Nos secadores por adsoro, o ps-filtro retm apenas as partculas
slidas.
O ar procedente da rede de distribuio pode conter umidade, impureza e
contaminantes. A grande parte dessas impurezas contida no processo de
tratamento do ar, mas as partculas pequenas que no foram retidas nesse processo
ficam suspensas no interior da canalizao e so levadas pelo fluxo do ar
comprimido, chegando s partes mveis das mquinas pneumticas, agindo como
abrasivos, prejudicando seu funcionamento. O filtro instalado no ponto de uso
empregado para minimizar esse problema, proporcionando uma melhor qualidade
do ar (CORADI, 2011).
Buck (2004) destaca ainda o filtro de ar de admisso empregado junto ao
compressor, pois, durante seu funcionamento, os compressores movimentam
volumes significativos de ar e, embora no se perceba, o ar apresenta sujeira que
pode acumular-se em quantidade considervel se o ponto de entrada de ar no
estiver em um local adequado. O filtro de ar tem a funo de deixar a qualidade do
ar dentro de limites aceitveis, retendo uma quantidade de sujeira e materiais
abrasivos que poderiam ser admitidos facilmente pelo compressor.
2.7. SECADOR DE AR
O ar possui vapor dgua que pode condensar devido variao da presso e
temperatura ao longo da rede de distribuio do ar comprimido. Drenos e filtrosseparadores de gua tm o papel de retirar esse condensado da linha pneumtica.
Porm, tais componentes no so capazes de retirar vapor dgua, por isso torna -se
conveniente o uso de secadores de ar (SILVA, 2002).
Gresh apud Coradi (2011) afirma que a compra de um secador de ar
comprimido um alto investimento para a empresa. Um secador pode representar
25% do valor total da instalao do ar comprimido. No entanto, o custo da aquisio
do secador compensado pelos inmeros benefcios que ele traz, minimizando osprejuzos causados pelo ar mido, como por exemplo: substituio de componentes
-
7/23/2019 Eduardo Bortolin
22/45
21
pneumticos, impossibilidade de utilizar o ar em algumas operaes e o refugo
gerado na produo de produtos. Diante do exposto, pode-se concluir que o uso do
secador torna-se benfico ao sistema.
Conforme faz notar Coradi (2011) so mltiplos os meios de secagem do ar
comprimido. Os trs mais utilizados no mercado industrial e com melhores
resultados finais so:
Secagem por refrigerao: O secador de ar por refrigerao o tipo
mais utilizado nas indstrias atualmente. Neste secador, o ar
comprimido quente entra e atravessa um trocador de calor ar/ar, onde
pr-resfriado pelo ar frio que est saindo do secador. Depois
deslocado para outro trocador de calor fazendo com que sua
temperatura diminua para cerca de 3 C. Isso faz com que o vapor
dgua presente no ar seja condensado e eliminado do sistema. Para
que o ar possa ser filtrado ele deve ser aquecido, passando novamente
pelo trocador de calor ar/ar, resfriando o ar que est entrando e,
consequentemente, aumentando sua temperatura (ELETROBRS,
2005).
Secagem por absoro: Os secadores por absoro utilizam um
dessecante (agente de secagem) para absorver a umidade. O
dessecante possui inmeros pequenos poros nos quais a gua
retida. Assim, uma pequena parte do dessecante pode coletar uma
grande quantidade de gua. Suas vantagens so: baixo ponto de
orvalho e custo de operao moderado (BUCK, 2004).
Secagem por adsoro: Os secadores por adsoro atuam atravs de
substncias secadoras que adsorvem (ou seja, admitem uma
substncia superfcie da outra) o vapor dgua, que com o auxlio do
ar quente podem ser regeneradas. Para efetuar a limpeza do elemento
secador, o sistema de adsoro possui um arranjo de circulao de ar
quente em paralelo. Enquanto um lado regenerado (limpo) o outro
pode ser utilizado. A substncia normalmente usada o dixido de
silcio, conhecida como slica gel. O secador por adsoro mais caro
-
7/23/2019 Eduardo Bortolin
23/45
22
que os demais porm, o sistema mais efetivo para reter a umidade
(SILVA, 2002).
2.8. RESERVATRIO
Segundo Buck (2004) em uma rede de ar comprimido indispensvel a
presena do reservatrio de ar (Figura 4), que possua ampla capacidade de atender
o consumo do sistema. Cabe destacar que o reservatrio tem vrias funes:
Amortece as oscilaes da tubulao de descarga, resultando numa
presso estvel no sistema; serve como reservatrio para tomar conta deconsumos repentinos ou no usuais pesados, mas mais elevados que acapacidade do compressor; elimina ou reduz a troca muito frequente dasoperaes em carga ou em alvio do compressor. Adicionalmente servepara condensar alguma umidade que possa estar presente no arcomprimido que sai do compressor ou que no foi separada no resfriadorposterior (BUCK, 2004, p. 227).
Figura 4Reservatrio e seus principais componentes
Fonte:Reis apudFaria, 2007, p. 42.
imprescindvel destacar que, na seleo de reservatrios de ar comprimido,
deve-se ter ateno especial a segurana. Muitos so os casos de acidentes fatais
que envolvem reservatrios fora de normas tcnicas e que no so inspecionados
-
7/23/2019 Eduardo Bortolin
24/45
23
periodicamente, sendo tais inspees obrigatrias pela legislao brasileira
(METALPLAN, 2010).
O reservatrio um vaso de presso e, portanto, deve ser calculado,
projetado e construdo conforme as normas dos pases em que foram
desenvolvidos. A norma de segurana brasileira NR-13 acompanha a norma
americana da ASME (American Society of Mechanical Engineers) (ELETROBRS,
2005).
Segundo NR-13 (2008), constitui-se risco grave e eminente a falta de
qualquer um dos itens abaixo no vaso de presso:
Vlvula ou outro dispositivo de segurana com presso de abertura
ajustada em valor igual ou inferior Presso Mxima de Trabalho
Admissvel (PMTA), instalada diretamente no vaso ou no sistema que o
inclui;
Dispositivo de segurana contra bloqueio inadvertido da vlvula quando
esta no estiver instalada diretamente no vaso;
Instrumento que indique a presso de operao.
Ainda, conforme NR-13 (2008) os reservatrios de ar comprimido devem ser
instalados de forma que sua inspeo e manuteno sejam facilitadas, de modo que
os drenos, respiros, indicadores de nvel, presso e temperatura sejam acessveis.
Parker Training (2006) afirma que para dimensionar o volume de um
reservatrio de ar comprimido, necessrio adotar a seguinte regra:
Para compressores de pisto: volume do reservatrio = 20% da vazo
total do sistema (em m/min);
Para compressores rotativos: volume do reservatrio = 10% da vazo
total do sistema (em m/min).
A presso de regime tambm deve ser identificada. A presso de regime a
presso em que o ar se encontra armazenado no reservatrio (7 a 12 kgf/cm) e
deve ser maior do que a presso de trabalho utilizada pelos automatismos
pneumticos, geralmente 6 kgf/cm (FIALHO, 2011).
-
7/23/2019 Eduardo Bortolin
25/45
24
2.9. REDES DE DISTRIBUIO
Coradi (2011) afirma que utilizar um compressor prprio para cada mquina
pneumtica possvel somente em casos isolados. Em lugares com muitos pontos
de uso, a distribuio do ar comprimido feita pelas tomadas prximas aos
utilizadores. Basicamente a rede de distribuio do ar comprimido composta por
tubulaes que ligam o reservatrio aos pontos de utilizao. Para uma melhor
eficincia na distribuio do ar comprimido importante definir um layout que
apresente a rede de distribuio principal, as ramificaes e os pontos de consumo.
Assim, torna-se mais fcil definir o tipo de rede de distribuio a ser implantada, com
o menor percurso possvel, a fim de diminuir a perda de carga e os custos.
As tubulaes pneumticas devem ser instaladas em locais adequados para
facilitar a realizao de manutenes peridicas, auxiliando a deteco de fugas de
ar. Pequenos vazamentos podem parecer insignificantes, mas provocam
expressivas perdas de presso. H trs tipos principais de redes de distribuio:
Rede em circuito aberto, rede em circuito fechado e rede combinada, apresentadas
na Figura 5 (JESUS, 2012).
Figura 5Tipos de redes de distribuio
Fonte:Adaptado de Silva, 2002, p. 36 e p. 37.
-
7/23/2019 Eduardo Bortolin
26/45
25
Segundo Fialho (2011) a rede em circuito aberto utilizada quando se deseja
alimentar pontos localizados a um maior distncia ou isolados. Como o ar
comprimido flui em uma nica direo neste tipo de rede de distribuio, os pontos
de consumo dificilmente sero alimentados de maneira uniforme.
Cabe destacar que o tipo de rede mais utilizado nas indstrias o sistema de
rede em circuito fechado. Nesse sistema, a rede de distribuio ocupa toda a
extenso da indstria, fazendo com que ocorra uma distribuio uniforme de ar
comprimido em todos os pontos, pelo fato do ar fluir nos dois sentidos. Esse sistema
tm ainda a vantagem de poder instalar novos pontos de consumo, que no foram
previstos no projeto (FIALHO, 2011).
A rede combinada descrita por Silva (2002) como sendo tambm um
sistema em circuito fechado. O que difere a presena de vlvulas de fechamento
que provocam o bloqueio de determinadas linhas de ar comprimido, quando estas
estiverem em manuteno ou no forem usadas.
Como faz notar Fialho (2011) a linha de alimentao de cada mquina deve
estar localizada na parte superior da linha de distribuio, conforme apresentado na
Figura 6. Tal procedimento recomendado para evitar que o condensado presente
na linha de distribuio seja arrastado para a linha de alimentao.
Figura 6Instalao da linha de alimentao
Fonte:Parker Training, 2006, p. 53.
-
7/23/2019 Eduardo Bortolin
27/45
26
O ar que circula pela tubulao da rede pneumtica, sofre o efeito da
condensao, devido s variaes de temperatura ambiente, que ocorrem ao longo
do ano. Para que a condensao no prejudique o funcionamento dos componentes
pneumticos, ela retirada do sistema atravs de purgadores instalados no final das
linhas verticais de alimentao (FIALHO, 2011).
As tubulaes devem possuir uma inclinao de 0,5 a 2% do comprimento do
tubo no sentido do fluxo, para que eventuais condensaes e impurezas presentes
ao longo da tubulao sejam recolhidas com maior facilidade, sendo eliminadas por
meio de drenos (FARIA, 2007).
Segundo Coradi (2011) muito importante presena de vlvulas de
fechamento na rede de distribuio de ar comprimido, em especial para redes
maiores, para permitir que ela possa ser dividida em sees, ficando assim isoladas,
possibilitando sua inspeo e manuteno. Dessa maneira, evita-se que outras
sees sejam atingidas, paralisando a produo da empresa.
2.10. UNIDADE DE PREPARAO DO AR COMPRIMIDO
O ar comprimido, antes de ser utilizado em uma mquina ou ferramenta
pneumtica, passa por uma unidade de conservao ou unidade de preparao, que
composta por um filtro, uma vlvula reguladora de presso e um lubrificador. Estas
unidades contribuem para uma melhor eficincia nas mquinas, pois ajustam as
caractersticas do ar de forma especfica para ser usado em cada mquina (SILVA,
2002).
A aplicao da unidade de condicionamento ou lubrefil fundamental emvrios sistemas, do mais simples ao mais sofisticado, que utilizam o ar comprimido
como fonte de energia. A utilizao dessa unidade possibilita maior vida til dos
componentes pneumticos, pois permite que eles funcionem em condies ideais de
trabalho. O bom funcionamento dos componentes pneumticos depende, antes de
tudo, da filtragem, da umidade, da presso de alimentao da mquina e da
lubrificao das partes mveis (BLOCH apudCORADI, 2011).
-
7/23/2019 Eduardo Bortolin
28/45
27
2.11. DIMENSIONAMENTO DAS TUBULAES
Fialho (2011) afirma que o dimetro mnimo da tubulao principal de ar
comprimido, pode ser obtido pela Equao 1. O dimetro das linhas de alimentao
tambm pode ser encontrado aplicando a mesma equao. Mas, para isso, deve-se
ajustar os valores das variveis vazo e comprimento total.
Onde:
d = Dimetro interno da tubulao, em mm;
Q = Volume de ar corrente: Vazo total das mquinas + Futura
ampliao, em m/h;
Lt = Comprimento total da linha: Somatrio do comprimento linear da
tubulao e do comprimento equivalente originado das singularidades
(ts, curvas, registros, etc.), em m;
P = Queda de presso admitida: Perda de carga em funo dos
atritos internos da tubulao e singularidades, em kgf/cm;
P = Presso de regime: Presso do ar armazenado no reservatrio, em
kgf/cm.
O dimetro comercial dos tubos pode ser estabelecido por meio do
Quadro (vide anexo B) para tubos de ao preto ou galvanizado ASTM A 120
SCHEDULE 40 (FIALHO, 2011).
-
7/23/2019 Eduardo Bortolin
29/45
3. METODOLOGIA
3.1 . MTODOS E TCNICAS UTILIZADOS
Um sistema de ar comprimido bem dimensionado poder proporcionar um menor
custo de produo para a empresa, em virtude do menor consumo de energia, alm de
um melhor rendimento e maior vida til dos equipamentos pneumticos. Diante disso,
procurou-se determinar da maneira mais simples possvel o melhor caminho para efetuar
o dimensionamento do sistema de ar comprimido.
O primeiro passo foi o levantamento das mquinas que faro uso do ar
comprimido. Nesta etapa foi identificado o volume total de ar que ser consumido pelosequipamentos pneumticos, bem como a presso necessria que deve chegar a cada
mquina para seu correto funcionamento.
A etapa 2 serviu para determinar a localizao das linhas de alimentao e
distribuio de ar comprimido. Aps, estimou-se os comprimentos retilneos das linhas
pneumticas. Tambm, levantaram-se as singularidades necessrias para a construo
das tubulaes.
Na sequncia, identificou-se a queda de presso admitida para o sistema edeterminou-se a presso de regime. Com os dados levantados partiu-se para a prxima
etapa do trabalho: Anlises e discusses.
CAPACIDADE DE AR REQUERIDA
Cabe destacar a importncia de se conhecer a exata necessidade de ar
comprimido que ser consumida pelas mquinas pneumticas, pois uma avaliaoprecisa, no s ir proporcionar uma capacidade apropriada para hoje, mas, tambm,
garantir uma capacidade adicional para futuras ampliaes dos pontos de consumo.
preciso tomar cuidado, pois, uma avaliao abaixo da necessidade de consumo
ir fazer com que o ar chegue com presso e vazo insuficiente nos equipamentos e
impossibilite ampliaes futuras. Por outro lado, uma avaliao acima das reais
necessidades de consumo ocasionar em um investimento de capital excessivo para a
empresa.
-
7/23/2019 Eduardo Bortolin
30/45
29
A capacidade de ar requerida depende do volume de ar corrente e da
presso. O volume de ar corrente ou vazo o volume de ar por hora que ser
consumido pelos equipamentos pneumticos, supondo que todos eles estejam em
funcionamento ao mesmo tempo. Para determinar a vazo, deve-se somar o
consumo total de ar de cada equipamento pneumtico.
O conhecimento da presso que cada mquina necessita outro importante
fator a ser identificado. A maioria dos equipamentos pneumticos industriais operam
a uma presso de 6 bar.
Para efeito dos clculos de dimetro da tubulao, investigaram-se os
equipamentos pneumticos que devem ser alimentados pelo sistema de ar
comprimido e descritas algumas funes bsicas que cada equipamento realiza na
empresa, o resultado pode ser observado a seguir:
01 rebitador pneumtico: usados principalmente para fixar a lona na
estrutura metlica de toldos e cortinas.
01 ilhoseira: usados para perfurar e aplicar ilhs em lonas.
05 mquinas de solda eletrnica: Utilizadas para solda de alta
frequncia. Tem a funo de unir as lonas sem a necessidade de
costura.
O Quadro 1 resume de maneira simplificada a vazo, presso e a quantidade
de cada equipamento pneumtico da empresa:
Quadro 1Mquinas pneumticas
Equipamentos Qtde Presso Vazo Unitria Vazo Total
Mquina de solda 6 6 kgf/cm 17 m/h 102 m/h
Rebitador 1 6 kgf/cm 22 m/h 22 m/h
Ilhoseira 1 6 kgf/cm 26 m/h 26 m/h
TOTAL 150 m/h
Como visto, a vazo total das mquinas pneumticas de 150 m/h. de
fundamental importncia, somar vazo total um percentual estimado para umafutura ampliao dos pontos de consumo.Estudos mostram que, se a expanso no
-
7/23/2019 Eduardo Bortolin
31/45
30
estiver precisamente definida, deve-se estimar cerca de 50% para futuras
ampliaes. Em vista disso, o percentual estimado foi de 50%.
Somando-se a vazo total das mquinas e o percentual de futura ampliao
chegou-se a vazo total de 225 m/h. Essa vazo ser utilizada para os clculos de
dimensionamento das tubulaes, do reservatrio e do compressor.
COMPRIMENTO DAS LINHAS E SINGULARIDADES
Para esta etapa, foram feitas diversas medies a fim de se determinar o
comprimento da linha de distribuio e da linha de alimentao, bem como a
localizao destas.
A linha de distribuio, que leva o ar comprimido da casa do compressor at
as linhas de alimentao, ficou com comprimento de 90 m.
As linhas de alimentao, que conduzem o ar comprimido da linha de
distribuio aos pontos de uso, obteve um comprimento de 2,70 m.
As singularidades (curvas, registros, ts), necessrias s linhas de
distribuio tambm foram identificadas nesta etapa. preciso destacar que, para o
planejamento da rede, adotaram-se as singularidades com menor restrio ao fluxo,
ou seja, com menor perda de carga.
QUEDA DE PRESSO ADMITIDA
O ar comprimido, ao deslocar-se pela tubulao sofre uma perda de carga, ou
queda de presso, em virtude das perdas pelo atrito ao longo da tubulao e pelas
singularidades. Estudos apontam que, para um bom desempenho do sistema, a
queda de presso no deve ultrapassar 0,3 kgf/cm.
PRESSO DE REGIME
Para o dimensionamento das tubulaes de ar comprimido necessrio
conhecer a presso de regime. As mquinas pneumticas identificadas na empresaoperam a uma presso de trabalho de 6 kgf/cm. Porm, para que o ar chegue com
-
7/23/2019 Eduardo Bortolin
32/45
31
esta presso nas mquinas preciso que o ar comprimido esteja a uma presso
superior a esta no reservatrio, em virtude das perdas de carga e eventuais picos de
consumo.
Como visto, a presso de regime gira em torno de 7 a 12 kgf/cm. Em vista
disso, para os dimensionamentos das tubulaes optou-se por utilizar uma presso
de regime de 9 kgf/cm.
-
7/23/2019 Eduardo Bortolin
33/45
4. APRESENTAO E ANLISE DOS RESULTADOS
Aps o estudo detalhado do ar comprimido e dos elementos que compem o
sistema de produo, distribuio e preparao do ar e a definio da metodologia a ser
seguida, partiu-se para o dimensionamento das linhas de distribuio e de alimentao, o
clculo do reservatrio, a escolha do compressor e por fim, a apresentao do layout das
tubulaes pneumticas.
4.1. DIMENSIONAMENTO DA LINHA DE DISTRIBUIO
A linha de distribuio conduz o ar comprimido da casa do compressor s linhas dealimentao. Para obter suas caractersticas, realizaram-se diversas medies na
empresa e coletadas informaes fundamentais para efetuar o dimensionamento da
tubulao. As caractersticas da linha de distribuio esto apresentadas abaixo:
Comprimento da tubulao linear........................................... 90 m;
Queda de presso admitida ................................................... 0,3 kgf/cm;
Presso de regime ................................................................. 9 kgf/cm;
Volume de ar consumido + previso de ampliao................ 225 m/h.
Singularidades:
11 curvas de 90 raio longo
9 ts roscados com fluxo em linha
1 t roscado com fluxo em ramal
4 vlvulas do tipo gaveta roscadas
necessrio conhecer o comprimento equivalente de todas as singularidades para
realizar o dimensionamento da tubulao. Porm, ao analisarmos o Quadro (vide anexo
C), constatamos que h a necessidade de um dimetro nominal.
O dimetro nominal encontrado pela Equao 1. Primeiramente, no se
considerou a existncia das singularidades, ou seja, somente considerou-se o
comprimento da tubulao retilnea.
-
7/23/2019 Eduardo Bortolin
34/45
33
Pode-se notar que o dimetro interno obtido foi de 41,6 mm. No entanto, para
encontrar o comprimento equivalente das singularidades preciso conhecer o
dimetro nominal correspondente, que pode ser encontrado no Quadro (vide anexo
B) para tubos de ao preto ou galvanizado ASTM A 120 SCHEDULE 40.Examinando o Quadro (vide anexo B) no se constatou dimetro interno igual
a 41,6mm, ento, optou-se por escolher um dimetro ligeiramente superior. O
dimetro interno encontrado foi de 52,5 mm que corresponde ao dimetro nominal
de 2 pol.
O dimetro nominal 2 pol um dimetro de referncia usado para consulta do
comprimento equivalente das singularidades.
Utilizando o dimetro de 2 pol e conhecendo as singularidades da linha dedistribuio, pode-se encontrar o comprimento equivalente. O comprimento obtido foi
de 38,34 m e pode ser visto no Quadro 2.
Quadro 2 - Singularidades da linha de distribuio e seus comprimentos
equivalentes
Qtde Comprimento equivalente (m) Total (m)
Curva 90 de raio longo roscada 11 1,1 12,1
T roscado com fluxo em linha 9 2,3 20,7
T roscado com fluxo em ramal 1 3,7 3,7
Vlvula do tipo gaveta, roscada 4 0,46 1,84
Comprimento Equivalente Total (L1) 38,34 m
Singularidades
-
7/23/2019 Eduardo Bortolin
35/45
34
Assim, o comprimento total da linha tronco (Lt) ser:
Aplicando novamente a Equao 1, temos:
Analisando o Quadro (vide Anexo B) pode-se notar que, mesmo considerando
a queda de presso devido s singularidades o dimetro ainda corresponde ao tubo
de dimetro 2 pol.
4.2. DIMENSIONAMENTO DA LINHA DE ALIMENTAO
Vale notar que o dimensionamento da linha de alimentao pode ser feito
utilizando tambm a Equao 1. No entanto, deve-se ajustar o valor da varivelcomprimento (Lt) e da varivel vazo (Q).
So oito as linhas de alimentao, portanto, deve-se dividir a vazo total pelo
n de linhas de alimentao.
A linha de alimentao apresenta as seguintes caractersticas:
Comprimento da tubulao linear......... 2,70 m; Queda de presso admitida ................. 0,3 kgf/cm;
Presso de regime ............................... 9 kgf/cm;
Volume de ar ........................................ 28,125 m/h.
Singularidades:
2 ts roscados com fluxo em ramal
1 curva 180 raio longo roscada
2 curvas 45 roscadas
1 vlvula do tipo gaveta roscada
-
7/23/2019 Eduardo Bortolin
36/45
35
Aplicando a Equao 1, temos:
Analisando o Quadro (vide anexo B), percebe-se que h o dimetro nominal
3/8 pol, que seria usado no clculo. No entanto, o Quadro (vide anexo C) no possuital dimetro.
Em vista disso, adotou-se o dimetro 1/2 pol, ligeiramente superior a 3/8 pol e
que consta no Quadro (vide anexo C).
Utilizando o dimetro de 1/2 pol e sabendo quais so as singularidades da
linha de alimentao, pode-se encontrar o comprimento equivalente. O comprimento
equivalente encontrado foi de 4,29 m e pode ser analisado no Quadro 3.
Quadro 3 - Singularidades da linha de alimentao e seus comprimentos
equivalentes
Qtde Comprimento equivalente (m) Total (m)
Curva 180 raio longo roscada 1 1,1 1,1
Curva 45 roscada 2 0,21 0,42
T roscado com fluxo em ramal 2 1,3 2,6
Vlvula do tipo gaveta, roscada 1 0,17 0,17
Comprimento Equivalente Total (L1) 4,29 m
Singularidades
Assim, o comprimento total da linha tronco (Lt) ser:
-
7/23/2019 Eduardo Bortolin
37/45
36
Aplicando novamente a Equao 1, temos:
Como explicado anteriormente, o tubo a ser escolhido o de dimetro
nominal 1/2 pol, j que o tubo de dimetro 3/8 pol no consta no Quadro (vide anexo
C).
4.3. PARMETROS PARA SELEO DO RESERVATRIO DE AR
Como visto, para dimensionar o volume do reservatrio de ar comprimido
utilizando um compressor de pisto, adota-se a seguinte regra:
Volume do reservatrio = 20% da vazo total do sistema (em m/min).Sendo a vazo total do sistema igual a 225 m/h (3,75 m/min).
Ento:
Volume do reservatrio = 20% de 3,75 m/min
Volume do reservatrio = 0,75 m
Portanto, o volume do reservatrio ser de 0,75 m. A presso de regime j conhecida, 9 kgf/cm.
4.4. ESCOLHA DO COMPRESSOR DE AR
A escolha do compressor pode ser feita utilizando o Grfico (vide anexo A),
mas para isso, deve-se conhecer a vazo total e a presso do compressor.
Como a presso do ar armazenado no reservatrio est a uma presso de 9
kgf/cm, o compressor deve ter uma presso superior a esta para conseguir
comprimir o ar comprimido para o interior do reservatrio.
-
7/23/2019 Eduardo Bortolin
38/45
37
Para a escolha do compressor adotou-se uma presso de 10 kgf/cm (9,81
bar), ligeiramente superior encontrada no reservatrio. A vazo total j
conhecida: 225 m/h.
Com a presso e a vazo identificadas, pode-se partir para a escolha do
compressor (vide anexo A).
Analisando o Grfico (vide anexo A), percebe-se o campo de atuao de cada
compressor em funo da vazo e presso. Cruzando as variveis (vazo e
presso) nota-se que o compressor indicado foi o compressor de mbolo ou
compressor de pisto. Portanto, o compressor escolhido para o sistema de ar
comprimido da empresa o compressor de deslocamento positivo alternativo de
pisto.
4.5. DEFINIO DO LAYOUT
O correto dimensionamento da rede pneumtica contribui para que o ar
alimente os equipamentos com a quantidade necessria de ar comprimido, alm de
diminuir a perda de carga (queda de presso) entre a produo e os pontos de
consumo e minimizar os custos com energia.
Para tanto, faz-se necessrio definio de um layout, para determinar o
menor caminho possvel para a tubulao, bem como definir o tipo de rede de
distribuio a ser adotado, analisando as vantagens e desvantagens de cada um
dos tipos. Assim pode-se obter o comprimento das tubulaes nos diversos trechos.
Optou-se por escolher uma rede de circuito fechado, pois este tipo de rede
possui a vantagem do ar poder fluir nos dois sentidos, permitindo que os pontos deconsumo sejam alimentados de maneira uniforme, alm de favorecer a instalao de
pontos de consumo ainda no previstos.
Os layouts da linha de distribuio e da linha de alimentao foram
elaborados com o auxlio do software Solidworks.
A linha de distribuio, que liga a casa do compressor s linhas de
alimentao, pode ser observada na Figura 7.
-
7/23/2019 Eduardo Bortolin
39/45
38
Figura 7Layout da linha de distribuio
Atravs da Figura 7 pode-se perceber o layout da linha de distribuio de ar
comprimido com as dimenses propostas.A linha de alimentao, que liga a linha de distribuio ao ponto de consumo,
pode ser analisada na Figura 8.
Figura 8Layout da linha de alimentao
-
7/23/2019 Eduardo Bortolin
40/45
39
Pode-se perceber que as linhas de alimentao dos equipamentos
pneumticos foram planejadas para sarem pela parte superior da linha de
distribuio, para evitar que o condensado, que possa estar presente na linha de
distribuio, seja arrastado para a linha de alimentao.
Cabe destacar tambm, que cada linha de alimentao ser dotada de uma
unidade de preparao de ar munida de um registro, para que possibilite realizar a
manuteno da unidade de preparao ou do dreno, sem a necessidade de desligar
parte da linha de distribuio, o que afetaria outros equipamentos conectados nesta
linha.
A Figura 9 mostra a localizao das linhas de distribuio principal e de
alimentao na empresa, bem como a casa do compressor.
Figura 9Layout geral
Cabe destacar que as mquinas 1, 2 e 3 devem ser dispostas onde existe a
produo de toldos e cortinas. J as mquinas 4, 5, 6, 7 e 8 que atualmente
encontram-se na unidade que ser desalugada, vo ser transferidas para essa
unidade, que tm maior rea construda e espao suficiente para acomodar as duas
produes.
-
7/23/2019 Eduardo Bortolin
41/45
5. CONSIDERAES FINAIS
O dimensionamento do sistema de ar comprimido foi necessrio pelo fato da
empresa no possuir tal sistema em uma de suas unidades, sendo este essencial
para a realizao de determinados processos de fabricao, como a soldagem de
lonas, aplicao de ilhs e rebitamento.
Atravs da reviso bibliogrfica foi possvel conhecer as etapas de produo,
distribuio e preparao do ar comprimido. A coleta de dados referente s
mquinas pneumticas e a anlise do local a ser instaladas as linhas de distribuio
e de alimentao foram o passo seguinte.
Procurou-se construir um sistema de ar comprimido eficiente, que garanta
uma capacidade adequada para hoje e possibilite ampliaes futuras. Sabe-se que
um sistema subdimensionado poderia provocar uma presso de ar inadequada,
provocando baixo rendimento das mquinas e por consequncia baixa
produtividade. Por outro lado, um superdimensionamento acarretaria em um
investimento excessivo de capital.
A seleo do compressor e reservatrio foi fundamental para garantir um
fornecimento adequado de ar comprimido, proporcionando confiabilidade ao
sistema. Uma escolha equivocada implicaria em uma produo de ar inadequada e
um possvel aumento no consumo de energia eltrica. oportuno destacar que a
definio do layout da rede pneumtica, aliado aos dimetros das tubulaes
encontrados deve contribuir para que as mquinas sejam alimentadas de maneira
uniforme e com quantidade suficiente.
Pode-se concluir que o sistema dimensionado poder produzir ar comprimidocom qualidade, em virtude da utilizao de componentes capazes de deixar o ar
com as caractersticas desejadas.O sistema dimensionado ser capaz de fornecer
presso e vazo suficientes para atender as necessidades das mquinas,
proporcionando um bom desempenho e uma maior vida til dos automatismos
pneumticos.
Cabe destacar que este estudo originou-se como um desafio e tornou-se uma
grande oportunidade para testar os conhecimentos empricos e desenvolv-los demaneira a buscar solues para o problema encontrado.
-
7/23/2019 Eduardo Bortolin
42/45
REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS
BOSCH. Tecnologia de ar comprimido. Campinas, 2008.
BUCK, B. Manual de ar comprimido e gases. So Paulo: Prentice Hall, 2004.
CORADI, F. E. Anlise energtica e econmica na rede de distribuio de ar de umaindstria de autopeas. 2011. Dissertao (Mestrado em Engenharia da Energia)CentroFederal de Educao Tecnolgica de Minas Gerais, Universidade Federal de So Joo DelRei, So Joo Del Rei, 2011.
ELETROBRS. Eficincia energtica em sistemas de ar comprimido. Rio de Janeiro,2005.
FARIA, R. R. de. Elementos de pneumtica e automao, classificao edimensionamento de atuadores: Aplicao ao caso de plataformas de embarque dedeficientes fsicos em veculos do transporte urbano coletivo. 2007. Monografia
(Graduao em Engenharia de Controle e Automao) Universidade Federal de OuroPreto, Ouro Preto, 2007.
FIALHO, A. B. Automao pneumtica: Projetos, dimensionamento e anlise decircuitos. 7. ed. So Paulo: rica, 2011.
HENN, E. L. Mquinas de fluido.2. ed. Santa Maria: Ed. da UFSM, 2006.
JESUS, C. S. A. de. Otimizao energtica em uma unidade industrial O caso daCerutil. 2012. Dissertao (Mestrado em Engenharia Eletrotcnica / Energia e AutomaoIndustrial) Escola Superior de Tecnologia e Gesto de Viseu, Instituto Politcnico deViseu, 2012.
KARMOUCHE, A. R. Anlise da eficincia energtica em compressores a pisto emsistemas de ar comprimido. 2009. Dissertao (Mestrado em Engenharia Eltrica) Universidade Federal de Mato Grosso do Sul, Campo Grande, 2009.
METALPLAN. Manual de ar comprimido. 4 ed. 2010.
NR 13. Caldeiras e vasos de presso.2008.
PARKER TRAINING. Dimensionamento de redes de ar comprimido. Jacare, 2006.Apostila M1004 BR.
SILVA, E. C. N. PMR2481 Sistemas Fluidomecnicos. Apostila Pneumtica.Departamento de Engenharia Mecatrnica e de Sistemas Mecnicos, Escola Politcnica daUSP, So Paulo, 2002.
-
7/23/2019 Eduardo Bortolin
43/45
ANEXO ACAMPO DE ATUAO DE CADA COMPRESSOR EM FUNO
DA PRESSO X VAZO
Fonte:Adaptado de Faria, 2007, p. 31.
-
7/23/2019 Eduardo Bortolin
44/45
ANEXO BDIMETRO COMERCIAL PARA TUBOS DE AO PRETO OU
GALVANIZADO ASTM A 120 SCHEDULE 40
Fonte: Fialho, 2011, p. 288 e 289.
-
7/23/2019 Eduardo Bortolin
45/45
ANEXO CCOMPRIMENTO EQUIVALENTE DAS SINGULARIDADES
Fonte: Fialho, 2011, p. 290 e 291.