Prof. Dr. Helder Anibal Hermini

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ES 724
Instalações Industriais

• Prof. Dr. Helder Anibal Hermini
• UNICAMP-FEM-DPM

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Elementos Constituintes de Instalações
Pneumáticas Industrias I
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Produção, Distribuição e Condicionamento do Ar
Comprimido
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Conceito de Tratamento de Ar Comprimido

• O tratamento correto de ar comprimido gera como
  por principais benefícios
• O Aumento a produtividade,
• A diminuição dos custos de manutenção,
• O aumento da vida útil de máquinas e dispositivos
  pneumáticos,
• Proteção das ferramentas pneumáticas,
• Precisão nos equipamentos de medição e
  instrumentação,
• Obtenção de ar isento de óleo, água e particulado.

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Lugar de Montagem de uma estação de Compressores

• A estação de compressores deve ser montada dentro
  de um ambiente fechado
• O ambiente deve apresentar isolamento acústico
• O ambiente deve ter boa ventilação
• O ar sugado deve ser fresco, seco e livre de
  poeira.

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Instalação de uma Estação Compressora Completa
1
5
7
6
8
3
2
4
1 -
Filtro de Admissão
5 -
Reservatório
Motor Elétrico
Resfriador Intermediário
2 -
6 -
3 -
Separador de Condensado
7 -
Secador
4 -
8 -
Resfriador Posterior
Compressor
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Instalação do Ar Comprimido
Produção do ar comprimido com pressão de trabalho
desejada.
COMPRESSOR
Armazena o ar comprimido.
RESERVATÓRIO DE AR COMPRIMIDO
Ajuda a preparar o ar comprimido.
Estabiliza e nivela oscilações da rede durante o
consumo do ar comprimido.
Separa a umidade do ar comprimido em forma de
água.
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COMPRESSORES
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Tipos de Compressores
Compressor de Êmbolo-Curso Linear
Compressor Rotativo
Turbo-Compressor
Compressor de Membrana
Turbo-Compressor Radial
Turbo-Compressor Axial
Compressor de Êmbolo
Compressor Multicelular de Palhetas
Compressor de Parafusos Helicoidais
Compressor Roots
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Tipos de Compressores

• Compressor de êmbolo com movimento linear

Apropriado para compressões de baixas, médias e
altas pressões
100 kPa (1bar) ? 103 kPa (10 bar)
Compressor de dois estágios com refrigeração
intermediária
Compressor de êmbolo de 1 estágio
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Tipos de Compressores

• Compressor de membrana

Uma membrana separa o êmbolo da câmara de
trabalho, sendo que o ar não tem contato com as
peças móveis. Portanto, o ar comprimido está
isento de resíduos de óleo.

• Emprego
• Indústrias
• alimentícias,
• farmacêuticas e
• químicas

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Tipos de Compressores

• Compressor rotativo multicelular

Em um compartimento cilíndrico, com aberturas de
entrada e saída, gira um rotor alojado
excentricamente. O rotor tem, nos rasgos,
palhetas que em conjunto com as paredes, formam
pequenos compartimentos (células). Quando em
rotação, as palhetas serão, pela força
centrífuga, apertadas contra a parede. Devido a
excentricidade de localização do rotor, há uma
diminuição e aumento das células.
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Tipos de Compressores

• Compressor rotativo de duplo parafuso

Dois parafusos helicoidais, os quais, pelos
perfis côncavo e convexo comprimem o ar que é
conduzido axialmente.
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Tipos de Compressores

• Compressor Roots (Ventoinha)

Nestes compressores o ar é transportado de um
lado para o outro, sem alteração de volume. A
compressão efetua-se no lado da pressão pelos
cantos dos êmbolos.
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Tipos de Compressores

• Turbo Compressores

Compressor axial
Compressor radial
Estes compressores trabalham segundo o princípio
de fluxo e são adequados para o fornecimento de
grandes vazões. Neles, o ar é colocado em
movimento por uma ou mais turbinas, e esta
energia de movimento é transformada em energia de
pressão.
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Critérios para a escolha de compressores

• Volume de ar fornecido (m3/min ou m3/hora)
• Volume teórico Volume cilíndrico
  ? rotação
• Volume efetivo ou real Depende da construção do
  compressor e da pressão

• Pressão
• Pressão de regime - Pressão fornecida
  pelo compressor, bem como a pressão do
  reservatório e a pressão na rede distribuidora
  até o consumidor
• Pressão de trabalho - Pressão necessária
  nos pontos de trabalho

• Acionamento
• Por motor elétrico
• Por motor a explosão

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Critérios para a escolha de compressores

• Regulagem

• Para combinar o volume fornecido com o consumo
  de ar é necessária uma regulagem dos
  compressores.
• O volume é influenciado por dois valores limites
  pré-estabelecidos
• Pressão máxima
• Pressão mínima

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Critérios para a escolha de compressores

• Tipos de Regulagem

• Existem diferentes tipos de regulagem
• Regulagem de marcha em vazio
• Regulagem por descarga
• Regulagem por fechamento
• Regulagem por garras
• Regulagem de carga parcial
• Regulagem por rotação
• Regulagem por estrangulamento
• Regulagem intermitente

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Critérios para a escolha de compressores
Regulagem de marcha em vazio

• Regulagem por descarga Na saída do compressor
  existe uma válvula limitadora de pressão. Quando
  no depósito é alcançada a pressão desejada, a
  válvula abre dando passagem e permitindo que o ar
  escape para a atmosfera.
• Regulagem por fechamento É fechado o lado da
  sucção. A entrada de ar estando fechada, o
  compressor não pode aspirar e continua
  funcionando em vazio.(usado em compressores
  rotativos e de êmbolo)
• Regulagem por garras (Usada em compressores de
  êmbolo de grande porte) Mediante garras,
  mantém-se aberta a válvula de sucção, evitando
  que o compressor continue comprimindo.

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Critérios para a escolha de compressores
Regulagem de carga parcial

• Regulagem na Rotação Sobre um dispositivo,
  ajusta-se o regulador de rotação do motor a
  explosão. A regulagem pode ser feita manualmente
  ou automaticamente, dependendo da pressão de
  trabalho.
• Regulagem por estrangulamento A regulagem se
  faz mediante simples estrangulamento no funil de
  sucção, e o compressor pode assim ser regulado
  para determinadas cargas parciais. Sistema muito
  usado em turbo compressores e compressores de
  êmbolo rotativo.

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Critérios para a escolha de compressores
Regulagem Intermitente

• Com esta regulagem, o compressor funciona em dois
  campos (carga máxima e parada total).
• Ao alcançar a pressão máxima pmax, o motor
  acionador do compressor é desligado e
• Quando a pressão mínima chega ao mínimo p min , o
  motor é ligado e o compressor trabalha novamente.
• A pressão de comutação é regulada num
  pressostato.

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Refrigeração do Sistema de Compressão

• Sistema de aletas de refrigeração
• Sistema de ventilador
• Refrigeração de água circulante

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Resfriador Posterior
Simbologia
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RESERVATÓRIO DO AR COMPRIMIDO
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Reservatórios de Ar Comprimido

• Principais Funções
• Estabiliza a distribuição do ar comprimido
• Elimina as oscilações de pressão na rede
  distribuidora
• Constitui-se de garantia de reserva em altas
  demandas
• A grande superfície do reservatório refrigera o
  ar armazenado, gerando a condensação de uma parte
  da umidade do ar que é eliminada através de um
  sistema de dreno instalado na parte inferior do
  reservatório.

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Reservatórios de Ar Comprimido

• O dimensionamento do volume do reservatório de
  ar comprimido depende
• Do volume fornecido pelo compressor
• Do consumo de ar do sistema
• Da rede distribuidora
• Do tipo de regulagem
• Do diferencial de pressão desejado na rede (?p).

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PREPARAÇÃO DO AR COMPRIMIDO
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Secadores de Ar Comprimido

• Impurezas em formas de partículas de sujeira ou
  ferrugem, restos de óleo e umidade originam
  muitas vezes falhas nas instalações e
  equipamentos pneumáticos e avarias nos elementos
  pneumáticos.
• O ar aspirado pelo compressor do meio ambiente
  apresenta umidade que depende da umidade relativa
  do ar.
• O ar comprimido deve, em casos de ocorrência de
  umidade, passar por uma secagem.
• Para isto existem vários tipos de secagem
• Secagem por absorção
• Secagem por resfriamento

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Secagem por Absorção
O ar comprimido passa sobre uma camada solta de
um elemento secador. A água ou o vapor de água
que entra em contato com esse elemento (sílica
gel), combina-se quimicamente com ele e se dilui
formando uma combinação elemento secador-água.
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Secagem por Absorção
Ar Seco
Ar
Úmido
Adsorvente
Secando
Regenerando
Esquematização da Secagem por Adsorção
Ar Seco
Regenerando
Secando
Simbologia
Ar Úmido
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Secagem por Resfriamento
O secador de ar comprimido por resfriamento
funciona pelo princípio da diminuição de
temperatura até o ponto de orvalho (/- 1,7o C).
O ar comprimido a ser tratado, entra no secador,
passando pelo trocador de calor ar-ar. Mediante o
ar frio e seco proveniente do trocador de calor,
o ar a ser tratado se resfria e se condensa dele
as partículas de água e óleo, os quais são
separados.
32
Filtro de Ar Comprimido
33
Filtro de Ar Comprimido
O filtro de ar comprimido retém as partículas de
impureza, bem como a água condensada. Para entrar
no copo, o ar comprimido passa por uma chapa
defletora com ranhuras direcionais. Como
conseqüência, o ar é forçado a um movimento em
rotação. Com isso, separa-se as impurezas
maiores, bem como as gotículas de água por meio
de forças centrífuga e o resfriamento do ar
devido a velocidade de circulação, depositando-se
no fundo do copo coletor.
Dreno Manual
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Filtro de Ar Comprimido
Dreno Automático

• O volume de água condensada a medida que é
  removida pelo filtro, acumula-se na zona neutra
  do interior do copo, até provocar a elevação da
  bóia.
• Quando a bóia é deslocada, permite a passagem do
  ar comprimido através de um pequeno orifício.
• O ar que flui pressuriza uma câmara onde existe
  uma membrana.
• A pressão exercida na superfície da membrana cria
  uma força que provoca o deslocamento do elemento
  obturador, que bloqueava o furo de comunicação
  com o ambiente.
• Sendo liberada esta comunicação, a água
  condensada no interior do copo é expulsa para
  fora pela pressão do ar comprimido.

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Filtro de Ar Comprimido
Dreno Automático

• Com a saída da água, a bóia volta para sua
  posição inicial, vedando o orifício que havia
  liberado, impedindo a continuidade de
  pressurização da câmara onde está a membrana.
• O ar que forçou o deslocamento da membrana por
  meio de um elemento poroso flui para a atmosfera,
  permitindo que uma mola recoloque o obturador na
  sede, impedindo a fuga do ar. Reiniciando o
  acúmulo de condensado.

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Lubrificador de Ar Comprimido
Secção de um Lubrificador
H
G
F
A
I
B
Ô
Ô
J
C
E
D
E
Simbologia
37
UNIDADE DE CONSERVAÇÃO
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Unidades de Tratamento do Ar Comprimido

• As atuais unidades de tratamento de ar são
  composta por
• filtros,
• reguladores,
• lubrificadores,
• filtros-reguladores e
• uma ampla linha de acessórios.
• Apresentam alta vazão.
• São flexíveis apresentam fácil instalação.
• Unidades robustas com copos plásticos ou
  metálicos.

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Unidades de Tratamento do Ar Comprimido
Simbologia
40
DISTRIBUIÇÃO DO AR COMPRIMIDO
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Distribuição do Ar Comprimido

• Em um sistema automatizado de produção, as
  máquinas e equipamentos necessitam de uma
  determinada quantidade de ar, sendo abastecidos
  por um compressor, através da rede tubular de
  distribuição.

• O diâmetro da tubulação deve ser escolhido de
  maneira que, se o consumo aumentar, a queda de
  pressão entre o depósito e o consumidor não
  ultrapasse 10 kPa (0,1 bar).

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Distribuição do Ar Comprimido

• Se a pressão ultrapassar o limite mínimo, a
  rentabilidade do sistema é prejudicada,
  diminuindo consideravelmente sua produtividade.

• No projeto de novas instalações, deve-se prever
  uma futura ampliação para maior demanda de ar,
  por cujo motivo deverá ser previsto um diâmetro
  maior dos tubos da rede de distribuição.

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Dimensionamento da Rede Distribuidora

• A escolha do diâmetro da tubulação deve ser
  feita obedecendo aos critérios de
• Volume corrente (vazão)
• Comprimento da tubulação
• Queda de pressão (admissível)
• Pressão de trabalho
• Número de pontos de estrangulamento na rede

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Rede de Distribuição de Ar Comprimido

• Uma rede de distribuição de ar comprimido deve
  em seu projeto

Ser corretamente dimensionada
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Rede de Distribuição de Ar Comprimido

• Uma rede de distribuição de ar comprimido deve
  em seu projeto

Apresentar estruturada acessível para manutenção
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Rede de Distribuição de Ar Comprimido
Prevenção e Drenagem para o Condensado
Inclinação 0,5 a 2 do Comprimento
Separador
Comprimento
Ar
Armazenagem
Comprimido
de Condensados
Unidade de
Condicionamento
(Utilização)
Drenos
Automáticos
Purgadores
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Redes em Circuito Aberto
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Redes em circuito fechado
Partindo da tubulação principal, são instaladas
as ligações em derivação. Quando o consumo de ar
é muito grande consegue-se mediante a esse tipo
de montagem, uma alimentação uniforme. O ar flui
em ambas as direções.
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Redes em Circuito Fechado
Rede Combinada
Devido as ligações longitudinais e transversais
das redes combinadas, há a possibilidade de
fornecimento de ar em qualquer local.
50
Redes em Circuito Fechado
Rede Combinada
Mediante válvulas de fechamento, existe a
possibilidade de bloquear determinadas linhas de
ar comprimido quando as mesmas não forem usadas
ou quando for necessário pô-las fora de serviço
por razões de reparação ou manutenção.
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REGULADOR DE PRESSÃO
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REGULADOR DE PRESSÃO
O regulador tem por função manter constante a
pressão de trabalho (secundária) independente da
pressão da rede (primária ) e consumo de ar. A
pressão primária tem que ser sempre maior que a
pressão secundária.
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REGULADOR DE PRESSÃO

• A pressão é regulada por meio de uma membrana
  (1).
• Uma das faces da membrana é submetida à pressão
  de trabalho, enquanto a outra é pressionada por
  uma mola (2) cuja pressão é ajustável por meio de
  um parafuso de regulagem (3).

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REGULADOR DE PRESSÃO

• Com o aumento da pressão de trabalho, a membrana
  se movimenta contra a força da mola. Com isso a
  secção nominal de passagem na sede da válvula
  (4) diminui até o fechamento completo. Isto
  significa que a pressão é regulada pela vazão.

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REGULADOR DE PRESSÃO

• Por ocasião do consumo a pressão diminui e a
  força da mola reabre a válvula.
• Para evitar a ocorrência de uma vibração
  indesejável, sobre o prato da válvula (6) é
  constituído um amortecedor por mola (5).

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REGULADOR DE PRESSÃO

• Se a pressão crescer demasiadamente do lado
  secundário, a membrana é pressionada contra a
  mola. Com isso, abre-se o orifício da parte
  central da membrana e o ar em excesso sai pelo
  furo de escape para a atmosfera.

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FILTRO REGULADOR DE PRESSÃO