IME - Redes Ar Comprimido v1, Notas de estudo de Atualidades

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CURSO: AR COMPRIMIDO

Instrutor : Eng.º Sérgio Alabi Lucci

AR COMPRIMIDO

1. Qualidade do ar comprimido

O ar atmosférico é geralmente poluído. Existem três fatores que devem ser observados:

a. O ar atmosférico admitido.

• Partículas sólidas e poeira em suspensão;
• Fuligem;
• Gases nocivos
• Vapores.

b. Compressor.

• Óleo carbonizado;
• Partículas metálicas e desgastes internos.

c. Rede de distribuição.

• Ferrugem;
• Partículas.

NOTA : Os filtros retém partículas de 3μm a 30 μm. Nos compressores de parafuso, as partículas também ficam retidas no filtro de óleo.

CARACTERISTICAS DAS PARTICULAS SÓLIDAS

1. Dimensões;

O filtro retêm 3 μm a 30 μm

2. Concentração; 3. Tipos de partículas.

UMIDADE NO AR COMPRIMIDO

O ar comprimido deve ser o mais seco possível para que se evite danos na tubulação, nos equipamentos e na instrumentação pneumática.

Em casos particulares deve-se utilizar de secadores.

AUMENTO DO CUSTO OPERACIONAL

Ineficiência provocada pela baixa pressão.

• Furadeira - Maior tempo de furação;
• Parafusadeira - Maior tempo para parafusar, embora tenha o mesmo torque;
• Chave de impacto - Maior tempo para atingir o torque ( o torque independe da pressão);
• Apertadeira - Menor torque de aperto

NOTA : A maioria das ferramentas industriais e componentes pneumáticos são projetadas para trabalhar a uma pressão de 6 bar, pois é a pressão de acionamento mais econômica.

PRESSÃO DE TRABALHO

1. Acima de 7 bar.

• Maior rendimento;
• Maior consumo de energia;
• Maior custo de produção;
• Menor vida útil do equipamento. 2. Abaixo de 6 bar.
• Menor rendimento;
• Menor vida útil do equipamento;
• Maior custo de produção. 3. Pressão correta de 6 bar.
• Rendimento ideal;
• Vida útil ideal;
• Custo de produção adequada.

DISTRIBUIÇÃO DO AR COMPRIMIDO

1. Alta eficiência; 2. Confiabilidade; 3. Economia.

A. Baixa queda de pressão entre a instalação do compressor e os pontos de consumo; B. Mínimos vazamentos; C. Eficiência na separação do condensado no sistema de distribuição; D. Todas as partes integrantes do sistema de distribuição, tais como, reservatórios, tubos, acoplamentos, válvulas, lubrificadores, etc. devem ser o mais adequado.

7 bar 7,5 bar 8,5 bar 10 bar

pressão de trabalho

potência consumida

CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DE UMA REDE

1. Pequena queda de pressão entre o compressor e o consumo. 2. O mínimo de vazamentos. 3. separação do condensado.

• Facilidade na montagem, na desmontagem de trechos e nas futuras expansões que poderão ocorrer ao longo do tempo. Deve-se objetivar a redução de tempo e custos.

CUSTO DE VAZAMENTO

∅ = 1mm eqüivale a: 2600 kwh por ano = 20 Lâmpadas = 40 w = Durante 9 horas por dia = Durante 1 ano

SISTEMA DE AR COMPRIMIDO

Para se projetar um sistema de ar correto, é necessário responder às seguintes questões:

- Qual a capacidade de ar requerida?

O primeiro passo envolve um cálculo sobre a quantidade de ar que será consumida.

A capacidade total baseia-se no conhecimento exato das necessidades de ar comprimido dos equipamentos pneumáticos. Uma estimativa abaixo dessa capacidade resultará numa pressão de ar inadequada do sistema impossibilitando quaisquer futuras expansões. Todavia, um compressor super dimensionado irá ter os seus componentes mecânicos e eletro-eletrônicos comprometidos, pois o mesmo trabalhará num regime carga/alívio extremo.

Uma superestimativa, por outro lado, acarretará um investimento de capital excessivo e a impossibilidade de utilizar o sistema com eficiência. Assim, uma estimativa calculada com precisão garante uma capacidade adequada para hoje, e fornece também um excedente para eventuais expansões. A capacidade de ar é calculada determinando-se :

• A pressão do ar;
• O volume de ar.

Diâmetro

do furo ( mm )

Perda

( l/s )

a 7 bar

Potência

Perdida ( kW )

Consumo Anual

( kWh )

Custo da

perda/ano

R$

Considerando 1kWh = R$ 0,

VOLUME DE AR

Para se determinar a quantidade de ar, l/s, que será consumida, é necessário somar o total do consumo de ar de cada equipamento pneumático. O resultado será a carga máxima do compressor. Para se obter a carga média, isto é, a capacidade média do compressor, o consumo total de ar é multiplicado pelo fator de utilização. Entretanto, não esqueça de considerar:

• Futura expansão. Se a expansão não estiver precisamente definida, certos números prováveis, cobrindo cerca de 3 anos, devem ser estimados, por exemplo, 10 à 15% por ano.
• Tolerância para vazamento.

Um sistema corretamente projetado e instalado, normalmente apresenta um vazamento de 5 à 10% de capacidade instalada. Entretanto, experiências tem mostrado que somente onde há uma boa manutenção é que os vazamentos podem ser mantidos em torno de 5%. Negligência ou manutenção falha permitirão um vazamento de 20 até 30% dependendo do caso.

Uma tolerância entre 10 à 15% da capacidade do compressor deve ser prevista para vazamentos.

QUAL A QUALIDADE DO AR REQUERIDA

A qualidade do ar comprimido refere-se a:

• Secagem;
• Limpeza;
• Conteúdo do óleo.

Diferentes aplicações possuem diferentes necessidades de ar comprimido. Por exemplo:

• O ar para pintura deve ser seco, isento de óleo e limpo.
• O ar para instrumentação deve ser extremamente limpo e seco.
• O ar das ferramentas pneumáticas, cilindros, válvulas, bombas, etc, possuem demandas de qualidade variadas. É importante notar que antes que seja efetuada qualquer escolha quanto ao compressor, deve- se ter as diferentes necessidades quanto a qualidade de ar bem documentadas.

Por exemplo, é possível que a demanda quanto a qualidade do ar seja alta para a seção do sistema que lida com tratamento de superfície, enquanto que uma qualidade considerada média pode ser aceita para o restante do sistema. Neste caso, parece economicamente proceder a um tratamento especial do ar para está seção somente para secadores, filtros, etc.

A utilização do ar seco está se tornando cada vez mais comum, e em alguns países industrializados mais de 30% das novas fábricas são equipadas com secadores de ar.

Na prática, o investimento extra em um secador de ar compensa as perdas ocorridas devido à condensação de água nas tubulações.

QUE TIPO DE COMPRESSOR É NECESSÁRIO

Uma vez determinadas todas as necessidades referentes à vazão, pressão e qualidade do ar, pode-se fazer a escolha do compressor. Para tanto, deve-se considerar o seguinte:

• Tipo de compressor
• Isento de óleo ou lubrificado;
• Pistão ou Parafuso;
• Acionamento;
• Tipo de refrigeração.
• Capacidade e Pressão
• Q total;
• Carga dividida entre mais de um compressor;
• Capacidade reserva;
• Consumo específico de energia;
• Requisitos especiais;
• Planos futuros.
• Regulagem do compressor
• Local do compressor

QUAL O MELHOR LAY-OUT DO SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE AR

Sabendo-se agora onde se encontra a maior concentração de pontos de consumo assim como a localização dos pontos isolados, é possível determinar o melhor traçado para a tubulação principal.

Um sistema de circuito fechado em anel é uma forma adequada de lay-out, se as condições assim permitirem.

Em muitos casos, combinações de anéis e tubos diretos podem ser a melhor alternativa. Em outros casos, uma linha direta é suficiente. Lembre-se de considerar pontos que requerem uma qualidade de ar especial, os quais necessitam local de secadores ou filtros, tais como, tratamento de superfícies e instrumentos.

Uma vez determinado o lay-out da rede mestra, os ramais e as linhas de serviço podem então ser projetados. Em principio devem ser o mais curto possível e abranger muitos pontos de consumo, seguindo uma simetria geral.

QUE DIMENSÕES SÃO NECESSÁRIAS

Após se determinar a capacidade e qualidade do ar, e a rede, é possível determinar as dimensões dos diferentes tubos.

Isso será tratado em detalhes, em capitulo posterior.

Alguns distúrbios no sistema de ar são facilmente localizados e

reparados, enquanto outros requerem métodos de avaliação

diferentes. Vamos nos referir ao primeiro tipo de distúrbio como

falhas visíveis, e ao segundo tipo, como falhas não visíveis.

FALHAS VISÍVEIS

Este tipo de falha é facilmente identificável ao inspecionar :

• Filtro de ar;
• Regulador de Pressão de ar;
• Lubrificador de ar;
• Mangueira de ar;
• Equipamento pneumático;
• Separador de condensados;
• Manômetro.

As falhas visíveis freqüentemente se referem à qualidade do ar e à lubrificação, uma vez que a correção destas falhas não requer métodos sofisticados de avaliação. É necessário apenas verificar as recomendações quanto aos filtros ou sistemas de lubrificação das ferramentas pneumáticas em questão.

A seguir, descreveremos as falhas visíveis mais comuns, e sua reparação.

1. FALTA DE FILTRO

Instale um filtro. Os filtros são importantes para a boa qualidade do ar comprimido.

2. FILTROS CHEIOS DE IMPUREZAS E ÁGUA

No caso filtros manuais, deve-se drenar e limpar o filtro constantemente.

No caso de filtro semi-automáticos e automáticos, drenar, limpar e verificar o funcionamento automático do filtro. Nos dois casos acima, devemos :

a. verificar as especificações do filtro e comparar com os requisitos necessários do equipamento pneumático a ele conectado.

b. Verificar o funcionamento do secador de ar e filtro principal da central de compressores e separadores de condensados da rede. Se não tiver um secador, considere a possibilidade de se instalar um.

3. COTOVELOS NA TUBULAÇÃO

Verifique as especificações da tubulação quanto a curvaturas corretas para perdas de pressão menores.

4. TUBULAÇÃO ENFERRUJADA OU DANIFICADA

Em caso de danos muito grandes, deve se proceder ao conserto da tubulação, ou de preferência, deve-se trocar a parte danificada.

5. MANGUEIRA DE AR DANIFICADAS

Devem ser substituídas por mangueiras de boa qualidade. Estes danos são freqüentemente encontrados nos terminais das mangueiras devido ao desgaste.

6. DIMENSÃO INADEQUADA DA MANGUEIRA

Verifique o consumo de ar do ponto de consumo e observe as recomendações da AC referentes ao diâmetro correto da mangueira. Para quedas de pressão mínimas nas mangueiras de ar, veja as propostas de instalação no capítulo que diz respeito ao diagrama de queda de pressão.

7. BAIXA PRESSÃO DE AR NA REDE

Pressão abaixo de 6,8 bar. (Caso exista um manômetro)

8. CONEXÕES E ACOMPLAMENTOS DE AR DANIFICADOS

Danos desses gêneros levam a consideráveis vazamentos, e as peças devem ser substituídas.

9. VAZAMENTOS

FALHAS NÃO VÍSIVEIS

As falhas referentes à pressão de ar são localizadas por meio de diferentes métodos de avaliação, a fim de :

• Determinar se existem quedas de pressão;
• Localizar no sistema onde ocorram as quedas de pressão;
• Determinar a causa das quedas de pressão, por exemplo, dimensão da mangueira inadequada.

LOCALIZANDO QUEDAS DE PRESSÃO - LISTA DE INSPEÇÃO

Se Pu > 6,0 bar e o desempenho do equipamento consumidor for insatisfatório verifique o funcionamento do mesmo. A pressão de ar é adequada para ferramentas pneumáticas. Para outros equipamentos, Verifique as exigências especificadas.

Se Pu < 6,0 bar, verifique o porque.

Se Pc < 6,8 bar verifique a pressão na sala do compressor.

Se Ps - Pu > 0,6 bar observe se há queda de pressão nos componentes individuais, tais como a mangueira, engates, filtros, lubrificadores ou válvulas. Verifique também se há vazamentos.

Se Pc - Ps > 0,2 bar significa uma queda de pressão muito alta na linha de ar. Veja capítulo referente a dimensionamento e projeto, e verifique a rede de ar existente. Inspecione a rede de ar para verificar se há vazamentos. Faça os melhoramentos necessários.

Quando o procedimento acima for completado, verifique novamente o Pu para confirmar que ele esteja a pelo menos 6,0 bar.

NOTA : As pressões acima refere-se a um compressor que produza 7,0 bar e pode ser utilizado a níveis mínimos necessários para um equipamento que requeira pelo menos 6,0 bar.

A CAUSA DAS QUEDAS DE PRESSÃO

1. SUBDIMENSIONAMENTO

O subdimensionamento ocorre :

• Quando o consumo de ar é subestimado desde o início;
• Quando o consumo de ar supera gradualmente a capacidade do compressor com a adição de um novo equipamento consumidor ou de máquinas maiores.
• Em partes de um sistema da distribuição de ar devido a alterações na produção.

Determina-se o subdimensionamento pela cuidadosa soma do consumo de cada equipamento consumidor, através de rotâmetros apropriados para ar comprimido, ou medindo-se o fluxo real de ar na tubulação em horas de pico.

Outro problema consiste em determinar-se uma certa tomada de ar (digamos a mais distante) é capaz de alimentar um certo tipo de ferramentas pneumáticas.

2. VAZAMENTO

Anteriormente já abordamos o assunto sobre vazamentos e sua influência sobre os sistemas de distribuição de ar. Ao se determinar os vazamentos, o primeiros passo é detectar onde estão localizados; O próximo passo, é elimina-los.

Os vazamentos normalmente são localizados nos terminais do ponto consumidor

• Na conexão do ponto consumidor;
• Nas mangueiras;
• Em engates;
• Em juntas que unem itens diferentes e em juntas de tubos
• Em tubulações danificadas;
• Em conexões de acessórios da linha.(válvulas)
• Em conexões de diferentes itens, tais como, válvulas de segurança, manômetros, termômetros, registros, termostatos, etc.

Como os vazamentos afetam diretamente o consumo de energia do compressor, devem ser eliminados onde quer que sejam encontrados. Para determinação e verificação de vazamentos num sistema, é necessária uma inspeção que inclua a verificação e medição da grandeza do vazamento.

Tal procedimento normalmente resulta em aperfeiçoamentos como :

• Aperto de juntas e conexões;
• Substituição de peças gastas e danificadas, tais como mangueiras, válvulas, etc.
• Conserto de tubulação e juntas danificadas, soldagem de todas as juntas da tubulação.

Experiências mostram que a manutenção e a verificação constantes da rede são a melhor maneira para manter sob controle os vazamentos. Medições periódicas também podem ser um bom ponto de partida que levará a melhoramentos.

PROJETO DE REDE DE AR COMPRIMIDO

O objetivo de um sistema de ar comprimido é fornecer ar ao consumidor conforme suas demandas no que se refere a :

• Pressão;
• Fluxo;
• Qualidade.

Tais exigências devem ser preenchidas com um custo o mais baixo possível. Portanto, deve-se prestar atenção a certas exigências quanto à instalação dos compressores, linhas de ar e acessórios para linhas de ar.

TIPOS DE RESFRIADORES POSTERIOR

• Refrigeração com água
• Refrigeração com ar

É de grande importância a escolha do tipo de refrigeração do ar comprimido, pois deve-se levar em conta a eficiência e os custos de instalação e operação.

A refrigeração com água é mais eficiente, desde que o sistema instalado seja bem dimensionado, pois a troca de calor se processa com eficiência. Deve-se levar em conta a temperatura e a pressão da água na entrada do resfriador, o grau de pureza da água e o tipo de resfriamento após o resfriador.

A refrigeração do ar comprimido através do ar atmosférico dependerá muito do local onde estará localizado o compressor. A temperatura do ar atmosférico, na sala dos compressores, deverá ser a mais baixa possível e o ar atmosférico deverá ser também o mais limpo possível.

O custo da refrigeração com água é maior se comparado com o sistema de refrigeração através do ar atmosférico. Deve-se levar em conta uma serie de fatores na escolha do sistema de refrigeração do ar comprimido, observação e bom senso.

LAY-OUT DA SALA DOS COMPRESSORES

O lay-out da sala dos compressores deve permitir a movimentação do pessoal de manutenção, de ferramentas e equipamento para a manutenção. Fácil acesso e espaço suficiente para a movimentação, instalação e remoção dos compressores, secadores e filtros. As tubulações devem ser projetadas para serem instaladas e removidas com rapidez.

LAY-OUT - INSTALAÇÕES TÍPICAS

REDE DE DISTRIBUIÇÃO DO AR COMPRIMIDO

Existem quatro componentes diferentes em uma rede de distribuição de ar :

1 °°. Linha principal: A qual transporta o ar comprimido do compressor à área de consumo.

2 °°. Linha de distribuição: Que distribui o ar dentro da área de consumo.

3 °°. Linha de serviço: Que leva o ar da linha de distribuição ao local de trabalho.

4 °°. Acessórios para a linha de ar

Que são detalhes utilizados entre a linha de serviço e o equipamento que consome o ar. Podemos destacar entre esses acessórios, o registro de serviço, equipamentos para tratamento de ar e uma mangueira para aumentar a mobilidade no local de trabalho.

Ao planejar um novo sistema de distribuição de ar, temos oito (8) fases distintas a considerar :

1. Avaliação da necessidade de ar comprimido; 2. Projeto de linha principal de ar; 3. Projeto de linha de distribuição; 4. Projeto de linha de serviço; 5. Projeto dos acessórios; 6. Escolha adequada do material da tubulação e métodos de união; 7. Determinação das quedas permissíveis de pressão; 8. Determinação das dimensões adequadas da tubulação. 1. AVALIAÇÃO DAS NECESSIDADES DE AR COMPRIMIDO

Utilize desenhos para verificar a localização do ar comprimido. Faça também uma análise dos tipos de ferramentas pneumáticas ou equipamentos que consomem ar comprimido, que possivelmente, serão instalados nestes locais de fornecimento de ar comprimido.

Torna-se possível, então, cuidar de dois assuntos importantes :

• Localizar a sala de compressor ou compressores;
• Encontrar uma forma de evitar a formação da mistura de água no ar;
• Quando o ar comprimido é resfriado na linha de ar, a uma temperatura abaixo daquela existente no reservatório, o vapor de água se condensará nas tubulações (Ponto de orvalho). Esta condensação de água provocará corrosão, irá interferir negativamente na lubrificação das ferramentas pneumáticas e apresenta um risco constante de se congelar nas tubulações e ferramentas. Deve-se tomar certas medidas para que estas conseqüências sejam evitadas.

INSTALAÇÃO INTERNA DE LINHAS PRINCIPAIS DE AR

Geralmente, em uma instalação interna, as tubulações são montadas nas paredes ou teto, o que facilita a ligação de ramais.

Ás vezes, tubulações de água e tubulações de ar comprimido são colocados em valetas. Os ramais provenientes destas valetas muitas vezes são colocadas diretamente dentro do piso. Assim, sendo, a tubulação tem que ser hermeticamente vedada e corretamente dimensionada, a fim de evitar trocá-la no caso de aumento do consumo de ar comprimido.

Quando ferramentas pneumáticas muito importantes fizerem parte do sistema de produção, freqüentemente é instalado um circuito com prioridade de fornecimento de ar comprimido. Se a pressão cair abaixo de um valor pré-determinado, o fornecimento de ar é interrompido para o resto da rede. As vezes é necessário fornecer um grande volume de ar por um curto período.

Os grandes consumos de ar pode estar distante do compressor e a utilização da tubulação de dimensões exageradas, exigida para transportar o ar com um mínimo de queda de pressão, pode ser evitado, instalando-se um reservatório de ar auxiliar, próximo ao equipamento em questão. O volume da capacidade de ar de reserva depende da quantidade de ar utilizada por operação e a queda de pressão que pode ser tolerada, pode ser calculada da seguinte forma :

• Capacidade do reservatório (litros)
• Demanda por operação (litros de ar livre)
• Queda de pressão (bar) 3. CONSTRUÇÃO DE LINHAS DE DISTRIBUIÇÃO É importante construir as linhas de distribuição de forma que as linhas de serviço sejam mais curtas possíveis.

Tente também construir a linha de distribuição em forma de “LOOPS” ao redor da área onde o ar é consumido. Se ocorrer um grande consumo inesperado de ar em qualquer linha de serviço, o ar pode ser fornecido de duas direções. Isto

reduzirá a queda de pressão e equilibrará a pressão do ar em toda a rede.

Grandes linhas de distribuição desse tipo devem também possuir uma linha de alimentação interligada (1), a fim de aumentar ainda mais sua capacidade de equilíbrio da pressão de ar.

A instalação de registros na linha de distribuição (2) permite o isolamento de pequenas seções da linha, isto é ideal quando temos que reparar pequenos defeitos. Também os vazamentos são facilmente localizados. Entretanto é possível fornecer ar a com níveis de umidade menores, com uma linha de distribuição reta e com dimensões razoáveis. NOTA : A inclinação da tubulação deve ser 0,5% do comprimento total.

4. CONSTRUÇÃO DAS LINHAS DE SERVIÇO

A última parte das tubulações permanentes instaladas é a linha de serviço. Ela deve ser localizada o mais próximo possível do local de trabalho, permitindo que a mangueira ligada à ferramenta seja curta. Quando o ar não é seco, deve-se ligar a linha de serviço no top da linha secundária, também denominada linha de distribuição.

Caso não o ar seja seco, a linha de serviço pode ser ligada na parte de baixo (2).

Coloque o registro de serviço em uma altura conveniente, para que todos possam observar, e que esteja em um local de fácil acesso para o pessoal da manutenção.

5. ESCOLHA DOS ACESSÓRIOS

No fim da linha de serviço encontra-se uma válvula, preferencialmente uma válvula de esfera (1) para reduzir as quedas de pressão.

Os acessórios exigidos entre registros de serviço e componentes que consomem o ar comprimido são determinados pêlos componentes de consumo.

Equipamentos comumente utilizados :

• Filtro combinado com coletor de condensado, muitas vezes equipado com frenagem semi- automática (1).
• Regulador de pressão utilizado quando não houver demanda de toda a pressão existente na rede (2).
• Lubrificação nebulizador (3) ou sistema de lubrificação direta (4).
• Mangueiras (5)
• Acoplamentos rápidos (6)