Manual do ar comprimido

CONSERVAÇÅO DE ENERGIA

AR COMPRIMIDO

ÍNDICE 1.Introdução :

-Atmosfera -Ar -Leis básicas da termodinâmica e câmara de pulsação -Camada de ozona e efeito estufa

2.Histórico. 3.Auditoria em uma instalação de ar comprimido. co mprimido. 4.Vazamentos. 5.Qualidade do ar

- Efeitos - Separação - Separador Intermediário - Separador Posterior - Separação no Reservatório - Separação na Rede de Distribuição - Secagem do Ar. 7.Partículas Sólidas no Ar. - Partículas Geradas Pelo Sistema - Problemas dos Contaminantes Sólidos. 8.Filtros de Ar. 9.- Perda de Carga. 10.Separação de Lubrificantes. 11.Efeitos da Altitude nos Compressores. 12.Planejamento de Rede e Localização de Compressores. - Consume Instantâneo - Fator de Utilização - Expansão do Consume - Rede de Distribuição - Tipos - Configuração - Drenagem da Rede - Inclinação - Coletores de Condensado - Tomadas para Ramais - Final da Rede -Purgadores - Filtros - Redução de Diâmetro 13.Dimensionamento de Rede - Critério de velocidade - Critério de perda de carga - Teoria do caos 6.Umidade no ar:

CSE consultoria e serviços de engenharia ltda. 2

ATMOSFERA: É o envoltório gasoso que envolve um grande planeta. Ela é retida em torno do planeta, pela interação entre as forças gravitacionais da massa planetária e da massa gasosa dos componentes da atmosfera. A camada mais próxima da terra é chamada troposfera. (Veja figura ao lado). É nela que encontramos a variação do fenômeno que chamamos clima, pois lá se encontram as núvens e as turbulências. A temperatura diminui com a altitude. Nas partes mais altas da troposfera a temperatura é da ordem de - 55ºC. Acima da troposfera, até 35 km, existe uma região conhecida por estratosfera, que é livre de núvens e de tormentas. É a região preferida para vôos dos grandes aviões.


A próxima camada (até 80 km), chamada mesosfera, é onde se encontra a chamada camada de ozônio (de 36 à 38 km). Quando observamos o perfil da temperatura da atmosfera terrestre em função da altitude, notamos que ela decresce até a altitude de 10 km, quando atinge a marca de -44 ºC. De 10 a 12 km, ela sobe ligeiramente até -35 ºC. A 12 km ela cai repentinamente e se estabiliza em -57 ºC até a altitude de 21 km. A partir de 21 km ela volta a se aquecer e atinge um máximo de -2 ºC á 49 km, quando então volta a cair em função da altitude. Como se explica este fenômeno? O ozônio, é parcialmente opaco (translúcido) para emissões eletro magnéticas de comprimento de onda de 5 microns ou seja, frequência de 60 000 GHz, e espelho para comprimentos de onda superior à um metro (0,3 GHz). Em outras palavras: O ozônio absorve parte do infra vermelho termal e reflete ondas de rádio. Portanto, as ondas de rádio emitidas pelo universo, são refletidas de volta, aquecendo como um "forno de micro ondas" a camada imediatamente superior à camada de ozônio. O mesmo acontece na camada imediatamente inferior, com nossas ondas de rádio. Para emissões de frequência acima de 0,3 GHz, ou seja, micro ondas, infra vermelho, luz visível, raio X e raios gama, o ozônio é totalmente transparente, exceto para a frequência de 60 000 GHz, que é parcialmente absorvida por ele. Acima da mesosfera, temos a chamada ionosfera, composta principalmente de gases ionizados pelos raios cósmicos e onde se dão as auroras austrais e boreais, devido a interação dos campos elétricos do gás ionizado, com a variação do campo magnético da terra. A camada mais externa é a exosfera, onde o campo gravitacional é tão reduzido que átomos e moléculas com velocidade suficiente podem desaparecer no universo.


Observação: Os limites dado em km, não são de forma alguma rígidos, pois tal como a superfície do mar, estas camadas estão sujeitas à ondas, marés e variação sazonal de espessuras. AR: É um gás incolor, inodoro e insípido. É na realidade uma mistura coloidal de vários gases (Quando falamos de ar, estamos falando da troposfera baixa, até 11 km) Componente Nitogênio Oxigênio Argônio Dioxido de Carbono Neônio Hélio Metano Criptônio Monóxido de Carbono Óxidos Nitrosos Hidrogênio Ozônio Xenônio Dióxido de Nitrogênio Iodo Radônio    

Composição do ar sêco: % por volume 78,09 20,95 0,93 0,03 0,0018 0,00052 0,00015 0,0001 0,00001 0,00005 0,00005 0,00004 0,000008 0,0000001 2x10-11 6x10-18

% por massa 75,51 23,15 1,28 0,046 0,00125 0,000072 0,000094 0,00029 0,00002 0,00008 0,0000035 0,000007 0,000036 0,0000002 1x10-10 5x10-17

Entretanto o ar em nossa atmosfera (troposfera) não contém apenas gases, mas também uma mistura de partículas sólidas, tais como poeira, areia, fulígem e cristais de sais, carregadas pelos ventos. Nas grandes cidades o número destas partículas pode chegar à 500.000 por m3. Nos cumes das grandes montanhas não são encontradas estas partículas, e também notase a escassez de gases pesados como o Oxigênio. Porém, é poluido por poeira cósmica. Estima-se que 14 milhões de toneladas de poeira cósmica caem por ano sobre a terra. Nas camadas superiores da atmosfera, devido à falta de turbulência, só encontramos poeira cósmica de passagem.


O Oxigênio contido na atmosfera é necessário para suportar os processos de metabolismo pelos quais nosso organismo converte os carbohidratos, as proteinas e as gorduras dos nosso alimento em calor e energia. Em média média uma pessoa consome aproximadamente 740 l de Oxigênio ( 1 kg de O2) por dia. O peso de oxigênio consumido é praticamente igual ao peso dos alimentos necessários durante o mesmo período.

As mais importantes constantes físicas do ar: Peso molecular: 28,97 kg/kmol Cp (calor específico com pressão constante) 0,242 kcal/(kg.ºC) (Isobárico) Cv (calor específico com volume constante) 0,173 kcal/(kg.ºC) (Isométrico) 3 Densidade à 15ºC e 1 bar (100 kPa) 1,21 kg/m Ponto de ebulição à 1 bar 78,8 ºK Ponto de congelamento à 1 bar 57 à 61 ºK Constante do gás 286,9 J/(kg.ºK) Pressão crítica (absoluta) 37,7 bar Temperatura crítica 132,5 ºK LEIS BÁSICAS DA TERMODINÂMICA: 1º Princípio da termodinâmica: A energia não pode ser criada ou destruida durante um processo, embora possa mudar de uma forma de energia para outra forma de energia. 2º Princípio da termodinâmica: Assim como a água, que sem qualquer trabalho externo, só pode fluir de um local mais alto para outro mais baixo, também o calor, sem qualquer trabalho externo, só pode fluir de um corpo de maior temperatura para outro corpo de menor temperatura. Ou ainda, qualquer tipo de energia , sem qualquer trabalho externo, só pode fluir de um potencial mais alto para outro mais baixo. Temperatura - O que que é: A variável temperatura é definida como como a medida medida da energia cinética média dos átomos ou moléculas de uma substância, dada em graus Centígrados, Kelvin ou Fahrenheit. Á medida que um corpo absorve energia, sua temperatura aumenta. Calor - O que é: Sempre que existir um gradiente de temperaturas no interior de um sistema, haverá transferência desta energia, no sentido das temperaturas mais altas para as mais baixas. A energia em trânsito é chamada calor e o processo de transporte é denominado transmissão de calor.


Pressão de um gás - O que é: As moléculas de um gás submetido à uma temperatura qualquer, estão animadas de uma energia cinética cuja média é a temperatura à que estão submetidas. Portanto estas moléculas se movem e quando encerradas em um recipiente, colidem com as paredes deste recipiente. Ao efeito integrado destas colisões, chamamos pressão do gás. Três fatores descrevem a condição de qualquer gás: Pressão absoluta : Densidade: Temperatura absoluta:

P 

T

Leis especiais dos gases: O comportamento dos gases perfeitos ou suas misturas seguem um conjunto de leis:

Boyle: Estabelece que a uma temperatura constante o volume do gás varia inversamente em relação à pressão.

Lei de

V2/V1 = P1/P2 Lei de Charles: Estabelece que o volume de um gás à pressão constante, varia em proporção direta com a temperatura absoluta.



V2/V1 = T2/T1 Lei de Amonton: Estabelece que a pressão de um gás à um volume constante, varia varia em proporção direta com a temperatura absoluta.



P2/P1 = T2/T1 Lei de Dalton: Estabelece que a pressão total de uma mistura de gases é igual à soma das pressões parciais de cada um de seus constituintes. A pressão parcial é a pressão que cada gás exerceria se ocupasse só ele o volume ocupado pela mistura.



P=

n i=1

Pi

lei de Amagat: Estabelece que o volume de uma mistura de gases é igual à soma dos volumes parciais que cada constituinte ocuparia se cada um tivesse a pressão total da mistura. 

V=

n i=!

Vi (P)


Lei de Poison: Estabelece que para um processo sem nenhuma troca de calor com o ambiente (isoentrópico ou adiabático), as relações entre pressão e volume seguem a equação: P1.V1Cp/Cv = P2.V2 Cp/Cv 

onde:



Cp = calor específico com pressão constante (kcal/(kg.ºC)) Cv = calor específico com volume constante (kcal/(kg.ºC)) e: mCp = mCv + 1,99; m = massa de um mol do gás (peso molecular). Cp/Cv = k

Lei geral dos gases: Pela combinação das leis de Boyle e Charles, encontramos: P.V/T = Constante; E por Poison: P.V k /T = Constante

Lei de Avogadro: Estabelece que volumes iguais de gases diferentes, sob as mesmas condições de temperatura e pressão, contém o mesmo número de moléculas e massas proporcionais à suas massas moleculares.



Então, se P.V/T = Constante, este valor depende apenas do gás e do sistema de unidades escolhido. A lei de Avogadro estabelece estabelece que um número igual de moléculas de qualquer gás será contido num dado volume a mesma temperatura e pressão. A quantidade de gás de referência é definida como o número de moléculas de oxigênio que juntas perfazem 32 unidades de massa no sistema em uso. Esta referência de quantidade de gás é chamada de “mol”. Entretanto em qualquer sistema de unidades, num mol de qualquer gás, o número convencional de unidade de massa é numericamente igual ao valor obtido na escala de massa atômica. O fato de que o volume de um mol a uma determinada pressão e temperatura é o mesmo para qualquer gás, é muito significativa quando equacionado dentro da lei geral dos gases. Se Vm é o volume de um mol de gás, na temperatura e pressão de referência, então para 1 mol de qualquer gás:

(P/T) . Vm = R ;

R = 8314 J/(kmol . ºC)

Este valor especial de R, independe do gás e R é chamada de constante universal dos gases.:

P . Vm = R . T


Para cálculos de engenharia é conveniente converter as unidades de massa de mol para unidades normais de massa, no sistema utilizado. Conforme estabelecido na descrição do mol, o número convencional de unidades de massa, num mol, é numericamente igual à massa molecular do gás, sem considerar o sistema de unidades. Então: P . V = m . R . T; R=R/M Onde:

P = pressão absoluta em Pa V = volume em m3 m = massa do gás em kg R = constante universal dos gases em J/(kmol . ºK) R = constante do gás em J/(kg . ºK) T = temperatura absoluta absoluta em ºK M = massa molecular em kg/kmol

Exemplo: para o ar, com M = 28,97 kg/kmol, a constante do gás é:

R = 8314 / 28,97 = 287 J/(kg . ºK) Esclarecendo a lei de Avogadro: 1. Sabemos que P.V k /T =cte. Fazendo P e T constantes para todas as experiências, teremos: (P/T)(cte) . Vk = cte = R

Vk = R (cte) .(T/P) (cte)

V = constante para qualquer gás.

(Quando V é “pesado”, sua massa é proporcional à sua própria massa molecular). 2. 1 Mol = Volume que contém, no sistema de unidades usado, a massa com o mesmo número que a massa molecular do gás em questão. Por exemplo:

32,00 kg de O2 02,00 kg de H 2 28,00 kg de N 2 28,96 kg de ar

Então: R = J/([M kg] . ºK) (PV) = m . R / M . T P = kPa m = massa em kg

| Nas mesmas condições de temperatura e | pressão; [Seja: 15 ºC (288 ºK) e 100 kPa (1 bar)] | têem sempre o mesmo volume. |

R = R / M = J / ([1kg] . ºK)

(P .V) (cte) = R .T

P .V = m . R . T = J / ([m . kg] . ºK) V = m3 R = J / ([m . kg] . ºK) específico para o gás


T = ºK M = Massa molecular do gás kg / kmol R = Constante universal dos gases = 8314 J /(kmol . ºK) Condições críticas: Existe uma temperatura acima da qual um gás não poderá ser liquefeito, devido ao aumento da pressão, não importando de quanto seja. Este ponto é chamado de temperatura crítica. A pressão necessária para condensar um gás na sua temperatura crítica, é chamada de pressão crítica. Fator de compressibilidade: É um fator que expressa a diferença de um gás real para um gás perfeito: Z = (P . V / (P 0 . V0)) Tref Compressibilidade: Todos os gases apresentam um certo grau de variação em relação à lei geral dos gases. A variação aumenta com a densidade e com a proximidade do estado líquido. A compressibilidade é derivada experimentalmente dos dados do comportamento existente em um gás particular, sob as mudanças de P, V e T. O fator de compressibilidade (Z), é um multiplicador da fórmula básica: P .V = Z . R . T; ou: Z = P .V / (R . T)

Umidade: O ar atmosférico sempre contém alguma umidade. A pressão total do ar úmido é a soma das pressões parciais do vapor de água e do ar seco.(Dalton). O ar está saturado quando a pressão parcial do vapor d’água for igual a pressão de saturação do vapor d’água à temperatura existente. A pressão de saturação depende somente da temperatura. O vapor d’água é superaquecido quando a pressão parcial é maior que a pressão de saturação. Quando o ar é resfriado a pressão constante, então a pressão parcial será igual à pressão de saturação no “ponto de orvalho”. Qualquer resfriamento adicional provocará condensação da umidade, e uma parte da água será separada.


Esclarecendo umidade e condensação: Sejam: P(sat) = Pressão do vapor d’água na temperatura de referência (kPa) t(sat) = Temperatura de saturação (ºC) P = Pressão total do ar (kPa) Pa = Pressão parcial do ar seco (kPa) Pv = Pressão parcial do vapor (kPa) Por Dalton e Amagat: P = P a + Pv.

Mas:

Temperatura de saturação do vapor em função da pressão pode ser calculada por: t(sat) = 31,599 . P 0,252(sat)

Onde: t = ºC; e P = kPa

Pressão de saturação do vapor em função da temperatura pode ser calculada por: Pv = (t(sat) / 31,599)(1 / 0,252)

Onde: t = ºC; e P = kPa

Por exemplo: Ar à 30ºC com UR = 75% 75 = Pv . 100 / P (sat) Pv = (30 / 31,599) (1 / 0,252) = 0,814 kPa 75 . 0,814 / 100 = P (sat) P(sat) = 0,611 kPa abs. t(sat) = 31,599 . 0,611 0,252 = 27,9 ºC. Ou seja: Ponto de orvalho = 27,9 ºC Macete:

t(sat) = UR0,252 . t Pv = (t / 31,599) (1 / 0,252)

P(sat) = Pv / UR . 100 P(sat) = (t(sat) / 31.599) (1 / 0,252)

Obs:  A água tem a propriedade de se evaporar à qualquer temperatura, e isto se faz diretamente proporcional à temperatura e inversamente proporcional à pressão. A condensação se faz diretamente proporcional à pressão e inversamente proporcional à temperatura.



Trabalho de Compressão: A figura abaixo mostra os vários passos do ciclo de compressão de um compressor alternativo.


Ciclos de Compressão: Dois ciclos básicos de compressão, ou processos, são aplicáveis tanto para compressores de deslocamento positivo quanto para compressores dinâmicos. Um terceiro processo é largamente utilizado, mas , por ser uma modificação envolvendo uma eficiência para representar as condições reais mais acuradamente, ele não é um ciclo básico verdadeiro. Nenhum dos dois processos básicos reais, é comercialmente encontrável, eles são utilizados como base de cálculos e comparações. Compressão isotérmica: Ocorre quando mantemos a temperatura constante durante o aumento da pressão. Isto requer uma contínua remoção de calor durante a compressão, e a compressão segue a fórmula:

P1 . V1 = P2 . V2 = constante Compressão adiabática (ou isentrópica) : É obtida quando nenhum calor é retirado ou adicionado do gás, durante a compressão. A compressão segue a fórmula: P1 . V1k / T = P 2 . V2k / T = constante;

k = Cp/Cv

Embora este ciclo não seja uma base lógica de trabalho, ele foi usado durante muito tempo pelos especialistas. Mesmo sendo os compressores projetados para a máxima retirada possível de calor da compressão, a compressão isotérmica nunca é exatamente obtida, pois alguns tipos de unidades podem perder calor durante uma parte do ciclo e ganhar calor durante outra parte do mesmo ciclo.


Com outros tipos de compressores, pode haver um ganho ou uma perda definida de calor durante a compressão, o que define o “ciclo politrópico” de compressão, que segue a seguinte fórmula: P1 . V1n / T = P 2 . V2n / T = constante; nk O expoente n, é determinado experimentalmente para uma determinada máquina e pode ser maior ou menor que o expoente adiabático k.. Em máquinas de deslocamento positivo e compressores dinâmicos internamente refrigerados, n é normalmente menor que k. Em unidades dinâmicas não refrigeradas, n é geralmente maior que k, devido à fricção interna do gás. Como termodinamicamente o processo adiabático é reversível, enquanto o politrópico não o é, é necessário que se conheça a eficiência politrópica (p) para se conhecer n, através da seguinte fórmula:

(n-1)/n = (k-1)/k . 1/ p fazendo (n-1)/n = y,

(1)

(n/n) – (1/n) = y 1-y = 1/n n = 1/(1-y)

(2)

Também n ou (n-1)/n podem ser experimentalmente calculados à partir de testes, quando pressões e temperaturas de sucção e descarga são conhecidas, à partir da seguinte fórmula:

T2/T1 = (P2/P1) ((n-1)/n) log(T2/T1) = (n-1)/n . log(P2/P1) (n-1)/n = log(T2/T1)/log(P2/P1) = y ;

de (2) podemos concluir que:

n = 1/(1- (log(T2/T1)/log(P2/P1))) n = log(P2/P1)/(log(P2-P1)-log(T2/T1)) P 2 ) P 1 P2 . T 1

log( n

log(

De (1), temos:

P1 . T 2

)

(n-1)/n = (k-1)/k . 1/ p

p=

(n.k-n)/(n.k-k)

p = (n . (k-1))/(k . (n-1))


onde:

p=

eficiência politrópica n = expoente politrópico (depende da máquina) k = expoente adiabático (depende do gás)

Estágios de compressão: Todo elemento de compressão, dependendo do tipo, tem certas limitações em suas condições operacionais. Quando qualquer limitação está envolvida, se torna necessário processos de múltiplos estágios de compressão, ou seja: Comprimir em dois ou mais passos. Cada passo utilizará pelo menos um elemento básico projetado para operar em série com outros elementos da máquina. As limitações variam com o tipo da máquina, mas as mais importantes incluem: 1. Temperatura de descarga: - Todos os tipos 2. Aumento da pressão (ou pressão diferencial) : - Unidades dinâmicas e a maior parte dos tipos de deslocamento positivo 3. Razão de compressão: - Unidades dinâmicas 4. Espaço nocivo: - Alternativos 5. Racionalização de energia. Um compressor alternativo normalmente requer cilindros separados para cada estágio, com resfriamento do gás entre os estágios. A figura acima mostra o diagrama combinado P-V, para um compressor de 2 estágios, 100 psig. Outros estágios podem ser adicionados da mesma maneira. Como pode ser notado, o ciclo ciclo isotérmico economiza energia. Refrigerando o gás após a compressão parcial para a temperatura igual à inicial (voltando para o isotérmico), obviamente reduz-se a energia requerida no segundo estágio. A área ABCD, ABCD, representa o trabalho economizado em relação a uma compressão adiabática.

Potência requerida: O trabalho técnico da compressão, é a área fechada pelo ciclo adotado. E na prática, para uma compressão politrópica podemos usar a seguinte fórmula: Wt

P1 . V 1 .

n n 1

P 2 ( n n 1) . (( ) P 1

1) . 1,15


Onde :

V = m3 n = expoente politrópico T = ºK P = kPa Wt = kJ ; W = J / s 1,15 = 15% que deve ser somado ao total teórico encontrado T2 = T1 . (P2/P1) ((n-1)/n)

E a temperatura de descarga será:

Das fórmulas acima podemos observar que o trabalho de compressão só depende do produto P.V , e da relação das pressões P2/P1. Por exemplo: A compressão de 1kg de ar a 20ºC necessita da mesma quantidade de trabalho de 1 a 10 bar que de 100 a 1000 bar. 

Energia potencial existente na linha: WPot .

Onde:

f comp . (P2

f comp

P1 ) . V1

1 n n

3

1 ; n 4

kW = Potência contida no ar; P = (P2 – P1) (kPa); V1 = Vazão de linha (Nm³/s); Explicando:

kN . m 3 m2 . s

kJ kW s

Se quisermos saber a potência específica disponível, é só dividir o resultado acima pelo fluxo: kW/(Nm³/s) = kW . s/m³

Multi estágios: Teoricamente a condição de menor potência, com perfeita refrigeração e sem perda de carga entre estágios, é obtida fazendo-se a razão de compressão a mesma em todos os estágios. A fórmula abaixo usa a razão de compressão c ompressão total do compressor, onde:

rs = razão de compressão ideal por estágio rt = razão total de compressão = (P final / Pinicial) s = número de estágios rs

s

r 1


Por exemplo:

2 estágios: 3 estágios: 3 estágios:

rs = Raiz2 (rt) rs = Raiz3 (rt) rs = Raiz4 (rt)

A figura abaixo mostra os tipos de compressores comumente em uso

Câmaras de pulsação: Existem diversos tipos de câmaras de pulsação. Uma garrafa de volume é um vaso de pressão, sem chicanas internas, montado muito perto da descarga ou sucção do cilindro. Ela é dimensionada empiricamente e seus resultados são geralmente garantidos se todo o conjunto da tubulação for fornecido pelo fabricante. A garrafa quando montada na sucção de um cilindro superior, após um intercooler, pode ser projetada como um separador de condensado. Um manifold é uma garrafa usada para juntar as conecções de entradas ou descargas de cilindros operando em paralelo. Um abafador de pulsação é um equipamento comercial com chicanas internas, fabricado por especialistas em redução de pulsação. A garantia normal destes equipamentos é que a pulsação residual não ultrapassará  1% da pressão absoluta do fluxo.

Ressonância em linhas de ar: A maior maior parte dos compressores compressores não usam abafadores de pulsação nem na sucção nem na descarga, mas todo compressor de ar tem comprimentos de tubulação tanto na sucção quanto na descarga, que devem ser evitados, devido à ressonância (quando a vibração sistemática da coluna de ar é múltipla da frequência natural de componentes da tubulação).


Na sucção: Condição de ressonância na tubulação de sucção normalmente causa sobrecarga da máquina e do motor, quebra de válvulas e vibrações, frequentemente com graves resultados. Ela sobrecarrega o enchimento do cilindro no final do curso da sucção, aumentando a pressão neste ponto do curso para um valor consideravelmente maior que a da atmosfera. A compressão iniciando neste valor alto de P1, exige uma potência muito maior do motor e da máquina. Os comprimentos da tubulação de sucção onde predomina a ressonância podem ser preditos, e a tubulação deve ser selecionada para evitar estes comprimentos. Na tubulação de sucção, a coluna de ar pulsa conforme o movimento do pistom, onde o comprimento de onda depende da velocidade do som no ar e da rotação do compressor. Fortes ondas ressonantes são desenvolvidas se o comprimento total equivalente da tubulação for igual à um quarto ou três quartos do comprimento da onda gerada, e estes são os comprimentos a serem evitados (com uma certa margem de segurança).

Velocidade do som no ar: A velocidade do som, varia com a temperatura, conforme a seguinte fórmula: Vsom = 0,5485 . T + 183,105 m/s ; T = ºK Comprimentos totais equivalentes a serem evitados Um quarto de onda limite inferior = 0,17  limite superior = 0,33 

três quartos de onda limite inferior = 0,67  limite superior = 0,83 

O comprimento de onda para um cilindro de dupla ação pode ser obtido da seguinte forma:

= 60 . a / (2 . n) Onde:

a = velocidade do som

n = r.p.m.  = comprimento de onda

Para um cilindro de ação simples ou um cilindro de dupla ação com um lado em alívio, o comprimento de onda será duas vêzes maior. O comprimento equivalente da tubulação contido em passagens da sucção e no final do cilindro em que o ar está passando, tem que ser subtraido dos limites superiores e


inferiores do comprimento a ser evitado. Isto dará o comprimento equivalente real da tubulação desde o flange da sucção até o fim da sucção. O comprimento equivalente de tubulação dentro do cilindro depende do volume de passagem do cilindro. A seguinte fórmula pode estima-lo:

V = 2,85 . . D2 . S / 4 onde:

V = Volume equivalente das passagens do cilindro (m3) D = Diâmetro do cilindro (m) S = Curso do cilindro (m)

L = / 360 . tan -1 (2 . . V) / ( A . ) onde

L = Comprimento equivalente (m) A = Área interna da entrada do tubo (m)  = Comprimento de onda Na descarga: Ressonância na tubulação de descarga, pode causar sobre carga do motor, perda de capacidade, ruido no receiver, danos nos tubos do after cooler e tubulações como um todo. Vibrações irritantes e possivelmente destrutivas podem ocorrer. Não é nada simples predizer quando e porque elas ocorrerão, mas soluções precisam e devem ser procuradas, estudando-se as frequências naturais dos componentes da tubulação e mesmo das estruturas auxiliares.


Camada de Ozônio e Efeito Estufa Camada de ozônio: Para compreendê-la bem e conhecermos seus mecanismos é preciso que entendamos antes alguns conceitos básicos da física. Conceitos de Física: Temperatura - O que é: A variável temperatura é definida como a medida da energia cinética média dos átomos ou moléculas de uma substância, dada em graus Centígrados, Kelvin ou Fahrenheit. Á medida que um corpo absorve energia, sua temperatura aumenta. Calor - O que é: Sempre que existir um gradiente de temperaturas no interior de um sistema, haverá transferência desta energia, no sentido das temperaturas mais altas para as mais baixas. A energia em trânsito é chamada calor e o processo de transporte é denominado transmissão de calor. Radiação- É a transferência de calor através de ondas eletromagnéticas . Todos os corpos emitem naturalmente radiação eletromagnética, em função da temperatura absoluta, e de acordo com a lei de Stephan-boltzann. Desta forma, podem trocar calor sem qualquer contato físico, mesmo no vácuo. A maior ou menor capacidade do corpo emitir radiação eletromagnética é dada pela sua emissividade, parâmetro que pode variar entre 0 e 1. Ao atingir um corpo, qualquer radiação pode ser : Transmitida, absorvida ou refletida. Geralmente, ocorrem os três fenômenos, com a predominância de um ou dois deles. Dióxido de carbono (CO2): O que é: Gás resultante da combustão completa do carbono, massa molecular, 44, corresponde a 0,03 % da composição do ar atmosférico, ao nível do mar. Composição esta que tem se mantido estável e em equilíbrio nas medições atmosféricas nos últimos 100 anos. Sua ocorrência à 500 m acima do solo de referência, em condições atmosféricas normais, é praticamente indetectável. É gerado pela combustão do carbono e reduzido pela fotossíntese.


Vapor d’água: A água tem a propriedade de se evaporar à qualquer temperatura, e isto se faz diretamente proporcional à temperatura e inversamente proporcional à pressão. O vapor d’água está sempre presente na atmosfera, em forma de gás, sua massa molecular é 18 e sua quantidade, função da temperatura e pressão ambiente. Ar: O que é: É um gás incolor, inodoro e insípido. É na realidade uma mistura coloidal de vários gases. Sua massa molecular média é 28,95. Oxigênio: O que é: Elemento químico, gasoso á temperatura ambiente, peso atômico 16, portanto quando molécula, tem peso molecular igual a 32. Corresponde à 20,95 % da composição do ar atmosférico, ao nível do mar. Devido sua massa molecular ser bem maior que a do ar, sua ocorrência na atmosfera decresce com a altitude, caracterizando o chamado “mal das altitudes” e praticamente não ocorrendo à partir de 8 km. Particularidade: É paramagnético, portanto atraído pelo campo magnético, qualquer que seja a polaridade. Ozônio: O que é: Forma alotrópica do oxigênio, é gasoso, paramagnético e principalmente magnetopolar. Como tem uma polaridade magnética sul, é fortemente atraído pela polaridade norte do campo magnético terrestre. Para comprimentos de ondas de cinco microns (infravermelho termal), é tranlúcido, ou seja : Absorve 0,5 (50%),transmite 0,5 (50%) e reflete 0,0 (0%) da energia recebida. obs : A soma da transmissão, absorção e reflexão é sempre igual a 1. Princípio de Avogadro: “Nas mesmas condições de temperatura e pressão, volumes iguais de gases diferentes possuem o mesmo número de moléculas e massas proporcionais à sua respectiva massa molecular”. O princípio de Avogrado nos diz que para gases, sua massa molecular funciona como suas densidades. Camada de ozônio: O que é: - Região da atmosfera terrestre dentro da mesosfera e imediatamente acima de estratosfera (últimas porções da troposfera), onde existe uma


predominância relativa de ozônio, devido à intensidade das linhas de forças do campo magnético da Terra. (À esta altitude, 36 a 38 km, dentro da mesosfera, o campo das forças eletromagnéticas, é mais forte que o campo das forças gravitacionais.) Troposfera - Região da atmosfera que vai desde crosta terrestre até a estratosfera, é a região da atmosfera onde acontecem os fenômenos do clima (até 8 km). A região limítrofe com a mesosfera imediatamente antes da camada de ozônio. Também conhecida como estratosfera (de 8 a 35 km), é preferida pelos vôos de longa distância devido a ausência de ventos e movimentos bruscos da massa de ar. (Baixa energia cinética dos gases que a compõe.) C.F.C.s O que são? Compostos orgânicos fluorados e clorados, geralmente de altos pesos moleculares (conforme mostrado abaixo) e moléculas não polares. Relembando: Ar e também :

Wm = 28,96

Cl = 35 ; O = 16 ; F = 19 ; N = 14 ; C = 12; Br =80 .

(Freon 12) Dicloro difluor metano - C Cl2 F2

Wm = 120

C Cl2 F2

(Freon 22) Cloro difluor metano – CH Cl F2

Wm = 118

4,08 x Wm do ar.

4,14 x Wm do ar.

(Não é CFC mas alegam que produz o mesmo efeito) Brometo de metila C H3 Br Wm = 95 3,3 x Wm do ar. Ao que se sabe, ninguém “revogou” o PRINCÍPIO DE AVOGADRO para que gases mais pesados que o ar vagassem livremente pela atmosfera, principalmente numa região onde sabidamente não existem ventos: A ESTRATOSFERA. Considerando-se o seu peso molecular, para colocar 1 metro cúbico de Dicloro difluor metano, o mais leve dos CFCs,. à 37 km de altitude (altura média da camada de ozônio) seriam necessários 1447 kwh, ou 2,05 toneladas de T.N.T.Esta densidade energética, equivale a uma explosão nuclear. Caso fosse real a disponibilidade de tal energia, os problemas energéticos da humanidade estariam resolvidos. Quando observamos o perfil da temperatura da atmosfera terrestre em função da altitude, notamos que ela decresce até a altitude de 10 km, quando atinge a marca


de -44 C. De 10 a 12 km, ela sobe ligeiramente até -35 C. A 12 km ela cai repentinamente e se estabiliza em -57 C até a altitude de 21 km. A partir de 21 km ela volta a aquecer e atinge um máximo de -2 C á 49 km, quando então volta a cair em função da altitude. Atmosférapadrão osférapadrão

Temperatura ra(º (ºC) Pressão (k (kPaabs) 150 100 50 0 -50 -100 0 1 2 6 7 6 9 , 2 , 3 7 7 1 9 6 0 1 5 8 5 4 1 , , 6 7 1 2 2 4 , , 4 8 2 , 0 6 , , 1 1 7 8 3 2 4 Altitud ltitude x10 x1000m 7

Como explicar este fenômeno? O ozônio, é parcialmente opaco (translúcido) para emissões eletro magnéticas de comprimento de onda de 5 microns ou seja, freqüência de 60.000 GHz, e espelho para comprimentos de onda superior à um metro (0,3 GHz). Em outras palavras: O ozônio absorve parte do infravermelho termal e reflete ondas de rádio.

Portanto, as ondas de rádio emitidas pelo universo, são refletidas de volta, aquecendo como um "forno de micro ondas" a camada imediatamente superior à camada de ozônio. O mesmo acontece na camada imediatamente inferior, com nossas ondas de rádio. Para emissões de freqüência acima de 0,3 GHz, ou seja, micro ondas, infravermelho, luz visível, raios-X e raios gama, o ozônio é totalmente transparente, exceto para a freqüência de 60.000 Ghz (infravermelho termal) que é parcialmente absorvida por ele. Caso esta freqüência fosse abundante nesta região, a temperatura da camada de ozônio é que seria alta e não a de suas vizinhas. Caso o ozônio refletisse o ultravioleta, barraria também a luz visível e o infravermelho, mantendo nosso planeta morto, sem luz e calor. O que mantém o ozônio preso à sua camada são as linhas de força do campo magnético da Terra, tal qual as linhas de força do campo magnético de um imã, mantém presas limalhas de ferro. Por ter polaridade sul bastante forte, as moléculas de ozônio formadas pelas descargas atmosféricas, são atraídas para o polo norte magnético da Terra e se


deslocam por suas linhas de força, preenchendo de norte para sul, a camada de ozônio. Por isto, o buraco de ozônio se forma sempre sobre o polo sul. Se alguma coisa está destruindo a camada de ozônio, o mais provável é o enfraquecimento do campo magnético do Planeta. Sabemos que por várias vezes o campo magnético da Terra diminuiu sua intensidade, passou por um zero e até inverteu sua polaridade. É claro, quando o campo magnético enfraquece, o ozônio não consegue ser sustentado por ele. Vence o campo gravitacional, fazendo com que o ozônio despenque. Este fenômeno já pode ser notado, pois existe uma núvem de ozônio,ao nível do mar, entre a África e a América do Sul, de dimensão aproximadamente igual a área do Brasil. Pouco divulgada, é tratada pelos cientistas como "OZÔNIO BANDIDO". A proteção oferecida ao planeta, não é feita pela camada de ozônio, mas por dois fatores: O campo magnético da Terra, que desvia as partículas com cargas elétricas para os pólos, criando as auroras austrais e boreais, conforme o polo.

Atmosférapadrão osféra padrão

4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500

1000 A camada espessa da atmosfera (abaixo de 500 0 6.000 metros) funciona como um filtro, 0 610 1220 2140 reduzindo a energia dos raios ultravioleta e 4580 10700 16800 27500 outros raios cósmicos. Veja gráfico de 48800 Altitud ltitude(m) Volume(m3 me(m3) 73200 densidade e volume normal (volume ocupado Densidade(g/ ade(g/m3 m3) por 1 metro cúbico ao nível do mar) da atmosfera padrão, em função da altitude. (Ao lado)

Um corpo só pode fazer três coisas com uma radiação eletromagnética: a- Transmitir. É como se ele não existisse. b- Absorver. Isto aumentaria sua temperatura. c- Refletir. O que causaria a ausência de toda radiação de maior comprimento de onda, na região posterior ao corpo.


Portanto a camada de ozônio apenas absorve parcialmente o infravermelho termal e reflete ondas de rádio, permitindo comunicações a longa distância e nada tem a ver com o aquecimento global e com a proteção da vida na superfície do planeta.


VARIÁVEIS DA ATMOSFERA COM A ALTITUDE Altitude (1000 m) 0.000 0.153 0.305 0.458 0.610 0.763 0.915 1.068 1.220 1.373 1.526 1.831 2.136 2.441 2.746 3.050 4.577 6.102 7.628 9.153 10.679 12.204 13.730 15.255 16.781 18.306 21.357 24.408 27.459 30.510 36.612 42.714 48.816 54.918 61.020 67.122 73.224 79.326

Temp. (ºC) 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 3 1 -1 -3 -5 -14 -24 -34 -44 -57 -57 -57 -57 -57 -57 -55 -52 -59 -46 -48 -16 -2 -7 -19 -42 -66 -90

Pressão (kPa abs) 101.308 99.48179 97.7089 95.92268 94.18978 92.49687 90.80396 89.15104 87.48479 85.89852 84.31225 81.21969 78.20711 75.26118 72.42189 69.67591 57.1857 46.58835 37.64392 30.13913 23.90069 18.82196 14.80963 11.66375 9.18437 7.22486 4.49221 2.7993 1.75956 1.114388 0.459885 0.201283 0.0929101 0.0434558 0.0197284 0.00854453 0.00337249 0.001189036

Volume (m3) 1 1.011381594 1.022718894 1.034546114 1.046323571 1.058148586 1.070372781 1.082643587 1.095462426 1.107937373 1.120837345 1.147135241 1.174389025 1.202795078 1.231893611 1.26183513 1.43082779 1.62518392 1.855352333 2.130235958 2.434335517 2.925396501 3.517851771 4.227186283 5.080295206 6.110238047 8.869167237 12.89605828 17.98109406 26.73672559 52.46072063 109.7211159 207.145303 366.3630341 649.0862197 1148.509674 2158.015505 4376.828122

Densidade (g/m3) 1210 1196.383251 1183.120804 1169.595037 1156.430032 1143.506702 1130.447281 1117.634663 1104.55637 1092.119491 1079.550039 1054.801524 1030.32298 1005.99015 982.2276772 958.9208377 845.6643131 744.5311176 652.1672345 568.012194 497.0555585 413.6191451 343.9599161 286.2424126 238.1751357 198.0282913 136.4276902 93.82711936 67.29290198 45.25610274 23.06487569 11.0279593 5.841310338 3.302734958 1.864159126 1.053539232 0.560700327 0.27645591


Efeito Estufa (CO2 ?) Quando se fala de efeito estufa, acusa-se diretamente o CO2 como principal agente responsável pelo aquecimento do planeta. Ou melhor, qualquer tipo de combustão (inclusive a do álcool), tais como: Queimadas; Motores à combustão interna; Caldeiras; Indústrias, etc... De fato, o CO2 teria potencial para gerar um “efeito estufa”, caso se tivesse registrado um aumento apreciável de sua parcela na composição do ar atmosférico (300 PPM), ou se houvessem registros de sua presença na troposfera em altitudes superiores a 500 m acima do solo de referência, em condições atmosféricas normais. O que se percebe é que existe uma anomalia (se é que pode ser chamada de anomalia), em forma de bolhas, em torno de grandes centros e proximidades industriais, onde a concentração de CO 2 tem aumentado de até 2 ppm (ou seja: de 0,03000% para 0,0302% na composição do ar, nestas localidades). Porém, se afastarmos para áreas verdes, colinas ou para o oceano, o percentual volta ao equilíbrio normal. Devido à sua massa molecular, 152 % da do ar, tão logo é gerado pela combustão, procura o caminho mais curto para o solo, seguindo o campo gravitacional. Observe que não estamos falando de poeiras, cinzas e particulados finos, quase tão leves quanto o ar, que permanecem sobre as fontes poluidoras por muito tempo, devido ao empuxo, e são os fatores “visíveis” da combustão. Tal como o GLP, o CO 2 forma bolsões junto ao solo e às águas, ao invés de se misturar com o ar, sendo então, na presença de luz, reduzido pela fotossíntese das plantas e das algas. (O propano, um dos principais componentes do GLP, tem a mesmíssima massa molecular do CO2: 44, e ninguém fala de sua presença na estratosfera.),


Portanto o CO2 não pode ser responsabilizado diretamente pelo efeito estufa, por três principais razões: Não existe na atmosfera em quantidade suficiente para causar este efeito (300 PPM). Se existissem concentrações maiores, elas estariam junto ao solo, e não faz sentido falar de aquecimento global na “altura de nossos joelhos”. Considerando-se a composição dos combustíveis (hidrocarbonetos) que saem das refinarias: Composição média dos combustíveis Hidrocarboneto:

%

Carbono puro:

0,01

Alcanos: Alcanos: CnH2n+2 CnH2n+2

60,91 *

Alcenos: Alcenos: CnH2n

0,02 **

Alcinos: C n H2n-2

0,03 0,03 ***

Ciclanos: Cn H2n

39,01 39,01 **** ****

Ciclenos: C n H2n-2

0,02 0,02 ***** *****

Total:

100

E suas equações de oxi-redução: Reações de combustão: C + O2 Cn H2(n+1) + 2(n+1)O2 Cn H2n + (1,5.n)O2 Cn H2.(n-1) + 2.(n-1)O2

--------> --------> --------> -------->

O preso O:C C O2 nC O 2 + 2(n+1)H2 O nC O 2 + nH2 O nC O 2 + 2.(n-1)H2 O

Média:

%

Pond.

2 8 3 2

O 2:1 0,01 0,02 O 8:1 * 60,91 487,28 O 3:1 ** + **** 39,01 117,03 O 2,5:1 2,5:1 *** + ***** 0,07 0,14

6

O

6:1

100,00

6,0

Vemos que em média, para cada átomo de carbono aprisionado, teremos seis átomos de oxigênio também aprisionados pela reação. E quem já ouviu falar de “diminuição de oxigênio” na atmosfera?

Contudo, o efeito estufa é uma realidade incontestável! Por que? Em nosso planeta, existe em abundância um gás que possui 235% do potencial do CO2 de produzir o efeito estufa, é mais leve que o ar (massa


molecular = 18), portanto passível de se missigenar com ele até as mais altas camadas da troposfera. Normalmente ele permeia nossa atmosfera e não há ar que não o contenha, em quantidades que variam conforme o par temperatura e pressão. Estamos acostumados a ver sua condensação natural formando núvens em altitudes e formas variáveis.

Isto mesmo, o vapor d’água é o responsável pelo efeito estufa. E graças a este mesmo efeito, a vida conseguiu condições de se desenvolver neste planeta.

Mas por que, um efeito benéfico de repente se transformou na ameaça do aquecimento global? Por um motivo muito simples: Toda energia utilizada no planeta, independente de sua fonte ou natureza, acaba se degradando em calor e sendo irradiada para o meio ambiente. O vapor d’água, no seu papel de “isolante de nossa garrafa térmica” impede que o calor seja irradiado para fora de nosso planeta, e quanto maior a quantidade de calor, mais alta é a temperatura do ambiente. Quanto mais alta a temperatura do ambiente, maior é a evaporação de água, que aumenta o efeito estufa que retém mais calor, que ... , e fechase o circulo.

Não é em absoluto, a energia solar a responsável pelo aquecimento do planeta. A constante solar (energia bruta média que nos chega do sol desde que “mundo é mundo”) de 1.367 W/m 2, tem 35% de seu valor refletido (volta para o espaço), 45% de seu valor é absorvido pelas altas camadas da atmosfera e reaquece as camadas imediatamente acima da estratosfera e nos deixa apenas 20% (68,35 W/m 2) para a fotossíntese e o aquecimento do planeta. (Esta componente é o “motor do planeta”, também gera os ventos e as correntes marítimas).


Energia esta que sempre existiu e é apenas o suficiente para a manutenção da vida no planeta. Para se ter uma idéia do que está acontecendo, na década de 60: Uma humanidade de 3.758.936.000 habitantes, consumia 1.510 W/pessoa. Hoje, uma população de 6.628.871.000 habitantes, consome 2.499 W/pessoa. Ou seja, em 50 anos houve um aumento de: 176% da população; 166% do consumo per cápta; 297% do consumo total de energia no planeta. Se quiséssemos voltar aos padrões globais dos anos 60, Teríamos duas opções, mas todas elas com fortes implicações éticas e técnicas: 1- Redução do consumo de energia em 95%, ou seja reduzir o consumo per cápta para: (882 W/pessoas); 2- Reduzir a população em 66%, ou seja reduzir a população planetária para: 2.234.114.674 Pessoas.

Do meu ponto de vista, ambas são inviáveis, porém, podemos pensar em “retirar” a água da atmosfera, se é que teremos tempo para isto.


Bibliografia * A handbook of descriptive Astronomy. George Chambes

.

.

* E.R.T.S.1 A new window window on our planet. U.S. government printing office * Standard Atmophere N.A.S.A. standards for stens jet ejectores. * Manual do ar comprimido. Atlas copco. * The infra red universe Clarence Anet * Aerospace application for real time thermography Aga infra red systens * Compressors air and gas date. Ingersoll Rand


COMPRESSORES Os compressores são máquinas projetadas para elevar a pressão dos gases. A finalidade desta elevação de pressão é aproveitar a energia potencial devido à pressão para transportar o gás, executar trabalhos, transportar granéis, pulverizar fluídos, etc. As aplicações de compressores na indústria são as mais variadas possíveis, podendo ter altas vazões como em sopradores de altos fornos; ou baixa pressão como nos compressores de equipamentos odontológicos. As pressões podem variar de 0,04 kg/cm2 até pressões superiores à 350 kg/cm2. A dissipação de energia num compressor de 2 estágios:

28% refrigeração do inter cooler. 28% refrigeração do after cooler. 24% refrigeração dos estágios. 15% perdas mecânicas. 5% perdas para o ambiente (dissipação pela carcaça). A elevação máxima da temperatura da água através dos estágios deve ser:

Circuito paralelo 10 oC Circuito em série 6oC. A água de refrigeração deve entrar no máximo 3 oC inferior à temperatura ambiente, no mínimo à 25 oC.


1) HISTÓRICO As primeiras notícias de geração de ar comprimido mecanizado surgiram em torno de 2.500 A.C., onde um fole manual era utilizado para comprimir o ar necessário à fundição de metais. Foles ou mesmo cilindros de madeira com êmbolo acionado por pedal. Rodas d'água também foram utilizadas. O primeiro compressor mecânico foi fabricado no século XIII, sendo esta máquina 2 capaz de gerar um sopro de ar a uma pressão de 1 kg/cm . A baixa eficiência e as limitações de distância com relação ao transporte de vapor, fizeram com que o ar comprimido fosse ocupando lugar importante na indústria, como agente transmissor de potência. A primeira aplicação com esta finalidade ocorreu por volta de 1.820. No final do século XIX, a técnica do ar comprimido teve grande desenvolvimento, multiplicando suas aplicações, como em correias pneumáticas, elevadores de passageiros, geradores elétricos, relógios pneumáticos, prensas, etc. A expectativa foi tão grande nesta época, que se chegou a considerar o ar comprimido como sendo "a energia do futuro", completando então com a eletricidade, ainda em início de desenvolvimento. Nos dias atuais, o ar comprimido é um importante complemento da eletricidade, sendo utilizado em quase todos os ramos industriais para:

a) Transmitir potência como em sistemas sistemas pneumáticos e na operação de ferramentas pneumáticas. b) Prover ar de combustão, atomização em fornos e caldeiras. c) Circulação de ar através de um processo. 2) AUDITORIA DE UMA INSTALAÇÅO DE AR COMPRIMIDO Aparentemente uma instalação de ar comprimido não guarda segredos quanto à sua forma de funcionamento e à quantidade e tipos de equipamentos empregados em sua execução. Um sistema completo de ar comprimido possui três componentes principais: O compressor, uma rede de distribuição central e as tubulações secundárias.


Evidentemente estes três componentes comportam comportam válvulas, válvulas, filtros filtros separadores de água, purgadores, engates rápidos, etc. Uma das condições fundamentais para que qualquer equipamento de ar comprimido opere satisfatóriamente é a alta qualidade das instalações. Normalmente a energia de compressão contida no ar, é utilizada para execução de trabalho, através de equipamentos. Os equipamentos comerciais pneumáticos são especificados para fucionar à 6 bar de pressão. Qualquer diminuição na pressão de alimentação poderá reduzir drásticamente sua eficiência. Por outro lado, os compressores comerciais têm como pressão padrão 7 bar, o que erroneamente nos induz a pensar que podemos perder 1 bar na distribuição. Uma bôa rede de distribuição, no máximo, deve Ter uma perda de carga de 5% da pressão a sua montante. (0,35 Bar, no caso). Entre o compressor e a utilização temos as redes principais e redes secundárias de distribuição, com todas suas peças, como válvulas, filtros, etc; este conjunto de redes primárias e secundárias poderão perder somente 0,35 bar de pressão para que o sistema opere satisfatóriamente. Uma perda maior de pressão poderá ser devido à: 1 - Sistema de distribuição subdimensionado, 2 - vazamentos (que ocasionam queda de pressão), 3 - Filtros entupidos, válvulas quebradas, incrustações 4- Condensado obstruindo linha (purgadores travados) Os vazamentos e filtros entupidos são resolvidos facilmente com uma manutenção regular do sistema, com inspeções periódicas. Estas inspeções, depois de certo tempo tendem à relaxar-se, é preciso fazer de tempos em tempos, um auditoria no sistema. Mas geralmente a principal causa de queda de pressão é devida à um subdimensionamento das linhas, ou mesmo à aumentos sucessívos de demanda que deixam as linhas de distribuição subdimensionadas.


(Ao lado, um exemplo de má distribuição de ar) Em 1.993, numa auditoria feita à 13 fábricas da região, 70% das instalações apresentavam problemas de desperdício de ar, e graves falhas na distribuição. As ferramentas pneumáticas são construídas para oferecer um rendimento máximo a uma pressão de 6 bar (87 lbs/sq inch). O emprego de uma mangueira bastante longa, duas ou mais ferramentas na mesma linha, configuram a má performance com desperdício de energia. A queda de pressão ideal permitida entre a instalação do compressor e o ponto de consumo, não deve exceder 5% da pressão gerada; isto é facilmente determinado pela diferença da medida da pressão na saída do compressor e no ponto de utilização. As quedas de pressão podem ter origem no subdimensionamento do projeto ou vazamentos nos condutos de distribuição do ar. O subdimensionamento ocorre quase sempre quando é desconhecida a vazão necessária de ar ou quando este consumo supera progressivamente a capacidade do compressor ou a capacidade de distribuição. Ainda existe a possibilidade de se encontrar perdas de pressão excessíva em somente parte do circuito. O método mais eficaz de determinar o subdimensionamento é sem dúvida a medição da pressão no compressor e pontos de utilização, determinando para cada ramal a vazão ou mesmo ainda, medindo a vazão que sai do compressor, na rede mestra.

3) VAZAMENTOS Vazamento é um item que na maioria das instalações tem grande importância. Normalmente os vazamentos estão localizados no terminal do ponto consumidor, tanto nas conexões, magueiras e engates, como nas juntas que ligam os diferentes componentes do sistema.


Na rede, estes vazamentos aparecem em tubulações deterioradas, nas conexões, válvulas e juntas de tubos. Quando o vazamento se processa nas instalações do compressor, o trabalho de reparo é quase sempre feito nas válvulas de segurança, manômetros, registros ou juntas de tubulação. Os vazamentos afetam diretamente no consumo de energia do compressor, e necessitam ser eliminados por completo. Não é raro encontrar sistemas de ar comprimido com perda de 33% da energia gerada pelo compressor. Mas nas empresas auditadas chegou-se ao mais comum de 15% das perdas. Em empresas em que o uso do ar comprimido se faz de maneira mais intensiva, o custo assume proporções assustadoras. Um vazamento é um consumo contínuo de ar. As ferramentas e instalações, muitas vezes têm consumo intermitente, o que torna o problema mais grave. Um pequeno vazamento contínuo, pode significar o trabalho de várias ferramentas de uso intermitente, todo o dia.

4)

QUALIDADE DO AR

O ar atmosférico, além dos gases que essencialmente o compõe, contém vapores e partículas sólidas em suspensão. Dentre os vapores existentes na atmosféra, o vapor d'água é o que normalmente deve ser considerado, devido à maior proporção em que está diluido no ar. A presença de partículas sólidas em suspensão na atmosféra é causada principalmente pela ação dos ventos e pela industrialização, responsável pelo lançamento de milhares de toneladas de partículas na atmosféra. A presença de umidade e partículas sólidas em suspensão no ar é prejudicial ao bom funcionamento das instalações de ar comprimido e devem ser cuidadosamente estudadas. Outros tipos de contaminantes que devem ser considerados são aqueles produzidos pelos próprios componentes do sistema; tais como lubrificantes, limalhas e ferrugem.


EVAPORAÇÅO DA ÁGUA Uma massa de água, tem a propriedade de evaporar em qualquer temperatura. A atmosféra circundante a esta massa de água transforma-se em uma mistura de ar e vapor d'água; a água vai evaporando até o limite em que o ar alcança a sua capacidade máxima de retenção de vapor; neste ponto qualquer acréscimo na geração de vapor implicará simultâneamente em uma condensação equivalente, permanecendo constante a quantidade de vapor no ar. Quanto menor a temperatura do ar, menor a sua capacidade de retenção de umidade. Qanto maior a pressão do ar, menor sua capacidade de retenção de umidade. Chama-se de vapor saturado a condição de retenção máxima de vapor em um ambiente, em uma determinada temperatura. Chama-se vapor superaquecido ao vapor que não atingiu a condição de saturado. Quando é atingida a temperatura de saturação, a umidade torna-se visível devido à formação de gotículas d'água e é sob esta forma que a umidade é prejudicial ao sistema de ar comprimido. A umidade do ar varia consideravelmente.

5) UMIDADE NO AR 5.1) EFEITOS DA UMIDADE NO SISTEMA DE AR COMPRIMIDO 1. Oxidação: A maioria dos equipamentos pneumáticos são fabricados em aço carbono, portanto a oxidação das peças, implica em maior manutenção. 2. Prejuízo para a lubrificação. 3. Mal funcionamento dos componentes. 4. Redução na vazão de ar, pois provoca redução na área útil da tubulação, reduzindo a capacidade de vazão. 5. Golpes de ariete. 6. Congelamento. Em locais de clima frio o condensado pode congelar-se provocando redução da capacidade de vazão na tubulação, mal funcionamento de válvulas e outros.


5.2) SEPARAÇÅO DA UMIDADE Com a finalidade de prevenir efeitos danosos da umidade em um sistema de ar comprimido, esta deve ser eliminada do sistema. Em uma unidade de geração e distribuição de ar comprimido a umidade é retirada: 1. No sistema resfriador intermediário (inter cooler). 2. No sistema resfriador posterior (after cooler). 3. No reservatório de ar comprimido. 4. No secador de ar 5. Em pontos de drenagem na tubulação.

5.3) RESFRIADOR INTERMEDIÁRIO

O resfriamento entre estágios de compressão tem como função dissipar o calor gerado pela compressão do estágio anterior. Com a redução da temperatura consegue-se dois objetivos: redução do consumo específico de energia e a separação de parte da umidade contida no ar. Portanto uma boa dissipação no inter cooler é de grande importância no rendimento do compressor e consequente otimização do consumo de energia. O resfriamento em compressor pequeno é feito por ar, e nos compressores maiores a refrigeração é feita por água.

O que pode afetar esta troca é a incrustação nos condutos de refrigeração. A água deve ser clarificada, e de baixa dureza para evitar incrustações


5.4) RESFRIADOR POSTERIOR (AFTER COOLER) O ar descarregado do compressor está aquecido e, portanto, com grande capacidade de retenção de umidade. Com a finalidade de retirar parte desta umidade, é normalmente instalado após a descarga, um resfriador. Este resfriador é chamado de resfriador posterior. Um bom projeto de resfriador posterior consegue que a

temperatura do ar descarregado varie de 10 oC a 15 oC acima da temperatura de entrada de água de refrigeração. Os resfriadores intermediários e posteriores podem em conjunto retirar de 65% a 80% da umidade contida no ar. Mas nem toda umidade consegue ser retirada pelo separador, permanecendo cerca de 20% em forma de névoa, que é arrastada pela corrente de ar. Portanto na determinação da quantidade de condensado eliminado pelo resfriador posterior, deve-se considerar o rendimento do separador.

5.5) SEPARAÇÅO DE ÁGUA NO RESERVATÕRIO Uma das várias funções do reservatório de ar comprimido é resfriar o ar. O ar comprimido vindo do resfriador posterior estará de 10 oC a 15 oC acima da temperatura ambiente, aí então ocorre um resfriamento, e nova condensação de umidade. Como a velocidade do ar no reservatório é pequena, propicia a precipitação desta umidade, em forma de névoa. O reservatório deve ser provido de purgadores para eliminação desta água.


5.6) SEPARAÇÅO DA UMIDADE NA REDE DE DISTRIBUIÇÅO A temperatura de saída do ar do reservatório, geralmente é um pouco superior à temperatura ambiente e contém ainda uma pequena fração da umidade original, que deverá ser condensada na rede, quando sua temperatura se igualar à ambiente. A tubulação portanto, deve possuir pontos de drenagem de condensado em sua extensão.

5.7) SECAGEM DO AR Para diversas aplicações de ar comprimido, exigese que o ar esteja quase completamente seco, isto é: com um grau de umidade muito baixo. Para estes casos torna-se necessário submeter o ar comprimido à sistemas de secagem especiais. Entre outros métodos, citamos: sobrecompressão, refrigeração, absorção e adsorção.

6) PARTÍCULAS SÓLIDAS NO AR O ar poluido, entre outros contaminantes, contém sólidos em suspensão. Os contaminantes sólidos do ar comprimido são oriundos de diversas fontes, entre elas as partículas admitidas na sucção e as partículas geradas pelo próprio sistema. Entre os contaminantes do ar estão: O pó originado pela erosão do vento, pela, trituração e dispersão de matérias. São formados geralmente por partículas menores que 100 u. São de origem mineral (rocha, argila, metais, etc), vegetal ou animal.

A fumaça proveniente de combustão incompleta, com seu tamanho entre 0,01 e 0,3 ., e pela oxidação de metais, de tamanho 0,1 a 10 . As partículas externas podem ser retidas em vários tipos de filtros: de papel, à óleo e feltros, com rendimento e aplicações variáveis.


6.1) PARTÍCULAS GERADAS PELO SISTEMA - Contaminação gerada pelo atrito do sistema. - Produto da corrosão de tubos e outros componentes, geralmente óxidos.

6.2) PRINCIPAIS PROBLEMAS OCASIONADOS PELOS CONTAMINANTES SÕLIDOS - Acelerar o desgaste dos componentes, diminuindo o desempenho e vida útil dos equipamentos. - Retardar a operação de equipamentos pneumáticos. - Danificar vedações. - Impedir assentamento adequado de válvulas de alívio e bloqueio.

7) FILTROS DE AR - PERDA DE CARGA As partículas sólidas afetam a médio prazo o rendimento de toda instalação, ocasionando perdas e um maior gasto de energia, portanto devem ser prevenidos, utilizando-se filtros de linha para os equipamentos. O que ocorre na maioria das vezes, é que a manutenção dos filtros é feita irregularmente e com isto provoca perdas de até 0,3 bar, desperdiçando energia. Os filtros utilizados em ar comprimido podem ser: - Separação por interceptação (mecânica) - Separação por inércia (dinâmica). - Separação por gravidade (decantação). - Separação magnética. O filtro geralmente deve ser dimensionado para uma capacidade de pelo menos duas vezes a do sistema, para que , mesmo sujo, continue em condições de operação.


Um filtro industrial pode ser descrito como a combinação de um separador dinâmico e um separador mecânico. O ar comprimido ao entrar na carcaça do filtro é dirigido para um defletor que lhe dá um movimento circular. A mudança de direção força as partículas pesadas a tocar na parede do copo do filtro, desprendendo-se da corrente de ar e precipitando-se para o fundo do copo. Também as partículas líquidas maiores colidem com a parede do copo, caindo para a zona inferior onde existe uma zona calma, e podem ser purgadas. Depois da retenção das partículas maiores, o ar passa por um elemento filtrante, onde são retidas as partículas menores. O ar flui do exterior do elemento para o interior, de onde segue para sua utilização. utilização. É sempre necessário filtros na sucção dos compressores. Sua localização deve ser em lugares com baixa concentração de sólidos no ar. Estes filtros devem ser cuidadosamente limpos, e a perda de carga neles deve ser cerca de 150 mmCA. Com esta depressão, o ar mais rarefeito ocupará maior volume, originando maior consumo de potência para uma mesma massa de ar comprimido. O filtro de admissão quando pouco cuidado gera consumo extra de energia, afetando a capacidade do compressor.

8)

SEPARAÇÅO DOS LUBRIFICANTES

O ar comprimido produzido por compressores de câmara lubrificada, contém névoa de óleo que deve ser eliminada do ar.


Esta separação, ocorre inicialmente em um separador logo após o compressor. O jato de ar proveniente do compressor é arremessado contra a parede do separador, onde as gotículas maiores de óleo se chocam e escorrem por gravidade. O fluxo de ar, a seguir, é obrigado a mudar de direção caminhando para a saída do separador, onde está localizado um filtro, composto de uma tela metálica externa e um elemento filtrante poroso. O óleo, escorre para o fundo do separador, de onde é drenado. Após o separador, o ar possui ainda uma pequena parte de óleo vaporizado que dependendo de sua aplicação, deve ser totalmente retirado. Para aplicações onde não possa haver óleo, utiliza-se compressor isento de óleo.

9) EFEITOS DA ALTITUDE NOS COMPRESSORES A altitude na qual o compressor irá operar deve sempre ser considerada. Quando a altitude local aumenta, a pressão atmosférica diminui e portanto o peso específico do ar diminui. Portanto, o compressor irá aspirar menor quantidade de ar por unidade de volume quando estiver em lugares altos. A tabela abaixo mostra os efeitos. Altitude m

0 610 1220 1830 2440 3050

Pressão atm. kgf/cm2

Vazão entrada m3 /min

Vazão saída m3 /min

taxa de comp. total

1,033 0,960 0,891 0,827 0,767 0,710

28,32 28,17 28,03 27,89 27,75 27,61

3,62 3,39 3,15 2,98 2,73 2,53

7,8 8,32 8,89 9,50 10,15 10,90

% vol.comp n. Potência mar consumida H.P.

100 93,5 87,1 81,2 75,4 69,8

187 179 171 163 156 149

Efeito da altitude nas características de operação de um compressor de 2 estágios: Observando a tabela, concluimos que quando a altitude aumenta, a capacidade real (volume à pressão atmosférica ambiente) de sucção varia pouco, enquanto a capacidade de descarga (volume à 7 bar) do compressor diminui substancialmente. Por exemplo, se um compressor opera dez ferramentas ao nível do mar, operará somente oito ferramentas à 1.800 metros. Outro fato, é a potência pela vazão específica: ao nível do mar teremos: 187/ 3,62 = 51,69 Hp/m3 /min


à 1.830 m de altitude teremos: 163 / 2,98 = 54,69 Hp/m3 /min Note que a perda de carga na sucção devido ao filtro sujo, tem a mesma característica da altitude, seja: cada 610 metros de altitude significa uma perda de 1,033 - 0,96 = 0,073 kg/cm2 ou 73 cmcA; a perda admissível de 15 cmcA descrita na parte dos filtros significa 125 metros de altitude equivalente. Obs.: O trabalho depende de P2 / P1.

10) PLANEJAMENTO DA REDE - LOCALIZAÇÅO DOS COMPRESSORES O ar comprimido produzido deve, contudo, ser conduzido até os pontos de utilização. Chama-se rede de distribuição ao sistema de tubulação que conduz o ar comprimido até os diversos consumidores. A escolha da localização da casa dos compressores deve ser feita criteriosamente para minimizar as distancias entre os compressores e os pontos de consumo.

10.1) LOCALIZAÇÅO DOS COMPRESSORES O método a seguir foi desenvolvido à partir da equivalência geométrica das distâncias x, y e consumo, encontrando assim o baricentro das cargas. Com isto as linhas maiores terão distâncias menores, então, o custo da distribuição estará otmizado.

Exemplo Na planta de uma unidade fabril, os pontos de consumo tem suas coordenadas medidas, assim como a vazão requerida. Q = consumo m3/h n

X G

( X i . Qi ) i 1

 

n



i 1

X G 

Y G 

Qi

n

;

Y G

 1 (Y . Q )   1Q i

i

i

n

i

i

9 x120  22 x 200  32 x10  66 x1.000  90 x600  65,18 m 1.930

39 x120  19 x200  12 x10  18 x1.000  37 x600  25,28 m 1.930


Lógicamente a determinação das coordenadas ideais visa o menor custo e a melhor distribuição. O segundo passo, tão importante quanto o primeiro é a distribuição planejada, minimizando as perdas.

10.2) PLANEJAMENTO DA REDE DE DISTRIBUIÇÅO Antes da localização do compressor, deve-se saber onde estarão localizados os pontos de consumo e qual será o consumo previsto. 10.3) CONSUMO DE AR INSTANTÂNEO Em uma instalação pode haver fontes de alto consumo de ar, mas com baixo nivel de utilização. Em tais casos, o total do fluxo de ar requerido deve ser corrigido com acréscimo, afim de evitar quedas bruscas de pressão nas linhas de distribuição. Para estes casos de alto consumo durante um breve tempo, pode-se prover tais fontes de consumo com um sistema de ar separado, ou instalar um reservatório de ar auxiliar, que servirá de pulmão durante o alto consumo. Volume do pulmão = 6 vêzes o fluxo por segundo; ou 1/10 do fluxo por minuto; ou 1 / 600 do fluxo por hora. 10.4) FATOR DE UTILIZAÇÅO - CONSUMO TOTAL Após a identificação dos consumidores e sua localização, deve-se conhecer as características do ar comprimido necessário a cada um deles. A vazão requerida por cada equipamento é fornecida pelo fabricante, contudo, o consumo total dos vários usuários é inferior a soma do consumo máximo de cada equipamento. Isto ocorre devido ao fato destes equipamentos não operarem todos simultâneamente. Chama-se fator de utilização a razão entre o periodo de tempo real de operação por unidade de tempo. Ele representa a relação entre entre o tempo do equipamento funcionando e equipamento parado.

Exemplo: Se uma ferramenta pneumática opera intermitentemente 36 minutos por hora, o fator de utilização (Fu) será: FU 

36  0,6  60 % 60

Esta grandeza representa o tempo real de consumo do equipamento e se este for 1 m3/min, considera-se um consumo de 0,6 m3/min. Normalmente uma máquina


pneumática não consome ar comprimido durante todo o tempo e o dimensionamento pode ser feito pelo consumo médio e não pelo consumo total. O consumo médio é a somatória das vazões requeridas por cada equipamento, multiplicado pelos seus respectivos fatores de utilização. Obs.: Olhar também o fator de diversidade de demanda.

Exemplo Uma indústria possui uma linha de montagem utilizando ferramentas pneumáticas conforme a tabela abaixo: tipo de equipamento

Furadeira Esmerilhadeira Rebitadeira Rebarbadeira

quantidade instalada Vazão requerida Nm3 /h /h

5 2 7 4

0,5 1,5 0,3 0,7

fato fatorr de util utiliz izaç ação ão

vazã vazãoo real real Nm3/h

0,3 0,45 0,20 0,35

0,75 1,35 0,42 0,98

10.5) EXPANSÅO DO CONSUMO Quando não se conhece ou não há informações confiáveis sobre o consumo de uma expansão futura, costuma-se dimensionar a tubulação de forma que possa atender a 130% do consumo de ar. Normalmente o consumo de ar aumenta devido à maior taxa de utilização e do número de fontes consumidoras.

10.6) REDE DE DISTRIBUIÇÅO A rede de distribuição deve manter as características do ar comprimido produzido, de modo a atender comumente as suas aplicações. - Manter a pressão: A perda de carga provocada pela tubulação deve ser a mínima econômicamente possível.

- Manter a vazão: Os vazamento devem ser reduzidos ao mínimo. - Eliminar o condensado: A umidade condensada na tubulação deve ser adequadamente eliminada do sistema. Para que a rede de distribuição atenda a estas condições, cuidados especiais devem ser tomados com o objetivo de minimizar estes efeitos prejudiciais. Primeiramente um traçado básico da tubulação deve ser executado, analisando-se todos os pontos de utilização, com o objetivo de otimizar o sistema.


Nesta etapa deve ser analisada a pressão, a vazão e a qualidade do ar exigido em cada ponto consumidor. O estudo da localização da casa dos compressores, estudado no capíulo anterior, visou a melhor performance em termos de perda de carga, e as menores distancias do compressor aos maiores pontos de consumo. Com isto o projeto estará otimizado e terá os menores custos de instalação do sistema de distribuição, pois as maiores demandas estarão mais perto dos compressores.

10.7) CONFIGURAÇÅO DA REDE DE DISTRIBUIÇÅO A configuração da rede de distribuição pode basicamente apresentar duas formas: sistema aberto e sistema fechado.

1) Sistema de distribuição aberta: É um sistema no qual a tubulação de distribuição assume a forma de "espinha de peixe", isto é, os tubos ramificam-se à partir da rede principal encaminhando-se até os consumidores situados na sua extremidade. Basicamente este sistema é utilizado em situações onde o ponto de consumo está situado a grandes distâncias da casa de compressores ou quando os pontos de consumo estão alinhados.

2)

Sistema de distribuição fechada:

É um sistema no qual a tubulação de distribuição assume a forma de um anel fechado, isto é, a tubulação circula toda a área onde estão dispostos os pontos de consumo, interligando-se na forma de malha fechada.


A vantagem desse sistema de distribuição é a possibilidade de se alimentar um ramal por ambos os sentidos, conseguindo-se uma maior flexibilidade para manutenção. Desvantagem: Resistência  impedância (existe recirculação e perda de energia)

10.8)

DRENAGEM DA REDE

A tubulação de distribuição de ar comprimido deve ser projetada e construida de modo a separar e eliminar toda umidade condensada no seu interior. Para que isto ocorra, certos cuidados devem ser tomados para proporcionar uma boa eficiência de drenagem.

10.9)

INCLINAÇÅO DA REDE

A umidade condensada na rede tende a decantar na parte inferior do tubo. Para que não haja acúmulo de condensado, a tubulação deve possuir uma inclinação de 1% para possibilitar que o condenado seja coletado em pontos de drenagem. A inclinação deve ser feita no sentido do fluxo, para facilitar condução de condensado para os pontos de coleta. Atenção especial deve ser dada ao caso onde a rede de distribuição de ar comprimido é do tipo sistema fechado, pois a alimentação de ar pode ocorrer tanto num sentido quanto em outro.


Quando a ação da gravidade se opuser à força provocada pelo atrito do fluxo de ar sobre o condensado, e estes se equilibrarem, ocorrerá o alagamento da tubulação. Recomenda-se neste caso localizar convenientemente os pontos de drenagem, e aumentar o número destes para possibilitar a maior coleta de condensado.

10.10)

TOMADAS PARA RAMAIS

quase isento de condensado.

Como foi dito anteriormente, o condensado com peso específico superior ao do ar comprimido tende a depositar-se na parte inferior do tubo. Para evitar que o condensado seja arrastado pelas tubulações de ramificações, as tomadas devem ser feitas na parte superior do tubo. Deste modo obtém-se nos ramais um ar

10.11) COLETORES DE CONDENSADO A umidade condensada e precipitada na rede de distribuição deve ser separada do fluxo de ar, de modo a conseguir a sua eliminação do sistema. Através de derivações colocadas na parte inferior do tubo, obtém-se obtém-se a separação e o acúmulo de condensado em potes que são interligados a dispositivos para eliminação (purgadores). Chamam-se coletores de condensado aos potes na rede, que separam e coletam o condensado. Os coletores de condensado são construídos preferencialmente com conexões do tipo "TE", isto é, com ramais do mesmo diâmetro da tubulação principal, para possibilitar uma perfeita separação do condensado. Para tubulações com diâmetros de 8" e acima, utiliza-se ramais de duas polegadas a menos que o diâmetro da rede principal. Por exemplo: para uma rede de distribuição de 12" usa-se normalmente um coletor de 10". Diâm. Da rede (in) Altura mínima (in) Diâm. Do coletor (in)

2 5 2

3 8 3

4 10 4

6 15 6

8 20 6

10 25 8

12 30 10


14 35 12

Diâmetros recomendados para coletores de condensado em função do diâmetro da rede. Um outro aspecto que deve ser considerado é a altura do coletor, veja figura. De modo a se evitar que a velocidade do fluxo cause turbulência ou arraste do condensado contido no coletor, este deve ter uma uma altura suficiente. A altura deve ser no mínimo igual a duas vezes o diâmetro externo da tubulação.

10.12) ELEVAÇÅO DE COTA DA TUBULAÇÅO Quando a tubulação tem uma elevação súbita de cota, o condensado não consegue vencer a diferença de altura mantendo-se no nível mais baixo e tendendo a alagar a rede. Neste caso torna-se necessário a colocação de drenos..

10.13)

FINAL DE REDE

No sistema de distribuição do tipo aberto, o final da rede é o ponto mais baixo e tende acumular condensado, portanto, torna-se necessária a colocação de dreno.

10.14)

SEPARADOR DE CONDENSADO

A umidade condensada na rede de distribuição não precipita-se totalmente, permanecendo uma fração em forma de névoa. Quando for desejável uma maior eficiência de separação de condensado, utiliza-se dispositivos chamados separadores de linha para retirar uma maior quantidade de condensado da rede. A figura ao lado mostra um separador de condensado, cujo princípio de funcionamento baseia-se no desvio do fluxo de ar através de uma placa defletora no interior de uma câmara. O ar comprimido proveniente do pórtico de entrada choca-se contra a placa, desviando-se para o orifício de passagem C. As gotículas de condensado contidas no fluxo chocam-se com a placa e decantam para a parte inferior da câmara onde são drenadas. O ar isento de umidade flui pelo pórtico de saída.


11)

PURGADORES

O condensado coletado pelos pontos de drenagem deve ser elimando do sistema de ar comprimido, através de válvulas manuais ou automáticas. As válvulas manuais requerem uma operação periódica para evitar o alagamento da rede. Deste modo utiliza-se normalmente válvulas automáticas. Chama-se purgador a uma válvula automática de eliminação de condensado. O tipo mais comumente utilizado em rede de ar comprimido é o purgador de bóia. O princípio de funcionamento baseia-se na ação de uma bóia sobre uma válvula de bloqueio. O condensado proveniente do coletor acumula-se no interior do purgador. Quando o nível atinge a um valor determinado, a bóia tende a elevar-se abrindo a válvula de bloqueio e dando passagem ao condensado para o exterior. Quando o nível baixa, a bóia desce bloqueando a passagem. Para que o condensado escoe até o interior do purgador é necessário que o ar contido neste seja descarregado. Com este objetivo é previsto uma saída do ar através de um tubo de equilíbrio. A figura 13 mostra a instalação correta de um purgador de bóia. A instalação de purgadores requer certos cuidados para se obter uma operação eficiente. Primeiro cuidado refere-se ao nível de contaminação do condensado. Se partículas sólidas chegam ao purgador, haverá a tendência delas decantarem e interferirem no funcionamento do mecanismo de abertura e fechamento da válvula de bloqueio. Para que isto seja evitado, torna-se necessário a colocação de um filtro na admissão de condensado, antes do purgador, para reter partículas sólidas de dimensões relativamente grandes.


O elemento filtrante é fabricado com chapa de aço inox perfurada ou tela. Quanto menor o diâmetro do furo maior será a sua capacidade de retenção. O mercado oferece normalmente diâmetro de 0,5; 0,8 e 1,2 mm, ou malhas de 20 a 100 MESH . Outro cuidado é a posição de montagem do purgador. Devido ao movimento da bóia, o purgador deve sempre ser montado na horizontal. O tubo de condensado deve ser ligado ao coletor de condensado, enquanto o tubo de equilíbrio deve ser montado na parte superior do tubo principal.

11.1)REDUÇÅO DO DIÂMETRO DE TUBULAÇÅO

A tubulação deve ser projetada de modo a evitar o represamento do condensado, portanto as reduções de diâmetros devem ser feitas utilizando-se reduções excêntricas, de modo a se manter a parte inferior do tubo em um mesmo nível, permitindo o escoamento do condensado. RESUMO - AUDITORIA DE ENERGIA OS GASTADORES Filtro de Ar da Sucção dos compressores

Refrigeração dos cilindros. Resfriador intermediário inter cooler. Resfriador Posterior after cooler.

PARÂMETRO ACEITÁVEL Dp= 150 mmCA

CORREÇÅO Limpeza periódica troca ou

projeto deficiente. Temp.do ar na saída: 11 oC superior a Limpeza mecânica para tirar incrustação. Aumento da entrada de água quantidade de água de refrigeração. Limpeza mecânica para tirar 8 a 9oC acima da temp. temp. de entrada da incrustação. Aumento da água de refrigeração. quantidade de água de refrigeração.

Projeto inadequado Aumento do Consumo além do previsto De acordo com o projeto 30% inicialmente. Mais de 1 ferramenta pneumática ligada em 1 ramal. Mangueira excessivamente longa. Vazamentos em juntas engates, válvulas de bloqueio, válvulas de alívio Perda de carga em fil tros de linha Vazamentos internos em ferramentas pneumáticas. Má remoção de água na rede de distribuição.

Instalar novas linhas; partindo da linha mestra ou mesmo do vaso pulmão 1 ferramenta ferramenta por linha linha calculada calculada para para ela. ela. Fazer novas tomadas tomadas na linha mestra Ocasiona 3 a 4 vezes a perda equiva lente a Usar o mínimo comprimento tubo de aço. necessário. Fazer o uso da mangueira uma excessåo Ideal é não ter vazamentos. Inspeção regular de toda linha e correção dos problemas encontrados. Filtro sujo pode provocar perdas de até 30 Limpá-los periódica mente KPA O melhor é não ter vazamentos pois a Revisão periódica testes fetam a performance do equipamento pneumáticos de estanqueidades De acordo com a aplicação do ar. Instalação de elimi nadores de água. Potes nas pontas baixas e purgadores. Inclinação da tubulação <1% no sentido do fluxo.


DIMENSIONAMENTO DE REDE: (Noções antigas) DIMENSIONAMENTO PELO CRITÉRIO DE VELOCIDADE Este método é baseado na experiência adquirida por projetistas no qual a velocidade econômica de escoamento do ar comprimido deve estar entre 7 e 10 m/s. É um método simplificado e não apresenta nemhuma informação a respeito da perda de carga que ocorre na tubulação, sendo utilizado somente para pequenos trechos de tubulações, no qual a perda de carga não é grande (limitado a 10 metros no máximo). Através da aplicação bem sucedida deste método, pode-se afirmar que para esta faixa de velocidade de fluxo, as perdas de cargas serão pequenas o que proporcionará condições de se obter uma adequada separação de umidade do ar. Devido a compressibilidade do ar, deve-se considerar sua velocidade referenciada na pressão de escoamento. Nos casos reais a capacidade de produção de ar de um compressor (catálogos) é dada nas condições atuais, isto é, volume de admissão à temperatura e pressão locais. Porém a medição, geralmente é corrigida para normais metros cúbicos (Nm3), ou seja, a vazão à 15 oC (288 K) e 1,0 bar (1.021 kg/cm2). Neste caso deve-se reduzir a vazão às condições de escoamento.

P = 100 kpa T = 288 K Vf = .4432 Vm * T f (1/1,3) As etapas de cálculos restringem-se a: - reduzir a vazão às condições reais de escoamento, isto é, vazão na pressão de descarga; - calcular o diâmetro da tubulação para a vazão requerida e velocidade econômica. A primeira etapa é determinada utilizando-se a equação geral de gases, onde 1,3 é o expoente isentrópico para o ar. P1 . V 1(1,3) T1



P2 . V 2( 1,3) T 2


e a segunda etapa pela fórmula de vazão. Chama-se vazão a relação entre o volume que atravessa uma secção transversal do tubo por unidade de tempo: Q

V t

onde: Q = vazão (m3 /s) V = volume (m3) t = tempo (s) Para tubos de secção transversal constante, temos: Q

L . A t

onde: L = comprimento do tubo (m) A = área da secção (m2) como L/t = v (velocidade), temos: Q = v.A

eq 9

Para tubos de secção circular, temos:

A = Pi Di2 onde Di = diâmetro interno do tubo ------4 Substituindo na eq. 9, temos: Di2 Q = v x Pi ----- de onde tiramos: 4 Di = -----Pi v

4Q


Exemplo Dimensionar pelo critério da velocidade a tubulação de admissão e descarga de um compressor de capacidade igual a 10 Nm3 /min. (0,166 m 3 /s). Condições de admissão P1 = 1 Kg/cm2 (abs) T1 = 30 oC = 303 oK Condições de descarga P2 = 8 Kg/cm2 (abs) T2 = 60 oC = 333 oK a) Tubulação de admissão (v = 9 m/s) . PV(1,3) = P2V2(1,3) = 1,021 * 10(1,3) = 1 * V2(1,3) . . ----------------------------------T T2 288 303 V2(1,3) = 21,433 . . V = 10,566 m3 /mm . . V 2 = .176 m3 /s

Di =

4Q ----- = Pi v

4 x 0,176 --------- = Pi x 9

0,0249

Di = 0,158 m = 15,8 cm Diâmetro nominal = 6"; Vel = 8,976 m/s. Tubulação de descarga PV(1,3) P2V2(1,3) ----- = ---------T T2 1 x 10(1,3) ------ = 288

8 x V2(1,3) . 333 x 10 --------. . V2 = ----------333 288 x 8


V2 = 2,258 m3 /min = 0,0376 m3 /s Di =

4Q 4 x 0,0376 ------ = ------------ = Pi v Pi x 9

0,0053

Di = 0,5729 m = 5,72 cm Diâmetro nominal = 2.1/2"; Vel = 12,17 m/s 3"; Vel = 7,88 m/s DIMENSIONAMENTO PELO CRITÉRIO DA PERDA DE CARGA (conceito antigo) (Ver mais para frente, a teoria das dimensões fractais) Os valores de “comprimento equivalente” tabelados para os elementos componentes de uma tubulação, são proporcionais ao diâmetro da tubulação, portanto: L = f (d) (d) Onde:

L = comprimento equivalente (m) d = diâmetro do condutor (m) f (d) (d) = função de proporcionalidade

Elemento Função = f (d) Elemento Função = f (d) (d) (d) Válvula angular 149 d + 0,037 Curva 180º 50,06 d - 0,006 Válvula borboleta 36,9 d + 0,22 Curva set. 45º 15 d Válvula gaveta 7,98 d + 0,005 Curva set. 90º 59,58 d + 0,003 Válvul Válvulaa globo globo 339,94 339,94 d + 0,002 0,002 “Tê” “Tê” flx. flx. direto direto 20,04 20,04 d Válvula retenção 99,95 d - 0,001 “Tê” flx. ramal 59,96 d + 0,009 Cotovelo 45º 15,96 d “Y” flx. direto 10 d Cotovelo 90º 30 d + 0,002 “Y” flx. ramal 180 d Curva 90º r/d =1 19,92 d + 0,001 Redução 15 D (em d) Curva 90º r/d =2 11,98 d + 0,001 Bocal tangente 20 d Obs.: 15 D (em d), significa 15 vêzes o maior diâmetro, acrescentado no comprimento do menor diâmetro. No dimensionamento adequado de uma tubulação, deve-se considerar o aspecto de perda de carga de modo que a pressão atenda corretamente ao equipamento pneumático.


Ao fluir pela tubulação, o fluido perde pressão devido aos atritos internos com a parede do tubo e as turbulências. Esta queda de pressão, também chamada de perda de carga, pode ser calculada através de fórmulas empíricas e os seus valores podem ser determinados. O método mais simples para dimensionamento de uma tubulação de ar comprimido pelo critério da perda de carga é através do uso do conceito do comprimento equivalente. Um tubo retilíneo possui uma perda de carga constante por unidade de comprimento. Entretanto essa perda de carga é variável nos acessórios. Com o intuito de facilitar a determinação das perdas de carga nos acessórios foram compostas tabelas que fornecem perdas localizadas nos acessórios. A tabela indica estas perdas, de acordo com o tipo de acessório, o diâmetro da tubulação e o tipo de união. Os valores são dados em metros equivalentes de tubo, isto é, a perda da carga em um acessório é igual a perda de carga que ocorre em um determinado comprimento de tubo do mesmo diâmetro do acessório. As estapas de cálculo são: - cálculo do comprimento dos trechos retos de tubulação; - cálculo das perdas de carga localizadas em conexões e acessórios; - determinação do comprimento equivalente de tubo (trechos retos + perdas localizadas); - cálculo do diâmetro da tubulação através da fórmula. Obs: esta fórmula pode ser utilizada para ar comprimido prevendo perda de carga de até 10%. d 

0,008 x Q1,85 x Leq P x P

onde: d = diâmetro interno da tubulação (polegadas) Q = vazão de ar normal (Nm3 /min) Leq = comprimento equivalente (m) Delta P = perda de carga na tubulação (Kg/cm2) P = pressão a Montante da tubulação (Kg/cm2 abs)


A perda de carga normalmente admissível deve estar limitada 5 % da pressão de trabalho. Os projetistas, entretanto, limitam a queda de pressão a 0,3 Kg/cm2 ao ponto mais distante ou 8 Kpa /100 m equivalente de tubulação. Este valor inclui as perdas de carga nos tubos, nas conexões, nas válvulas e nos outros acessórios Exemplo Para a configuração seguinte, determinar, pelo método da perda de carga, o diâmetro do tubo sabendo-se que a capacidade do compressor é 30 Nm3 /min a pressão de 7 Kg/cm2.

determinação da vazão a 7 Kg/cm2 P1 = 1 Kg/cm2

P2 = 8 Kg/cm2 (abs)

T1 = 0 oC = 273 oK T2 = 27 oC = 300 oK (Temp. amb.) V1 = 30 m3 /min 2 = V ? P1V1 P2V2 . 1 x 30 8 x V2 ------- = ------ . . -------- = -------T1 T2 273 300 30 x 300 V2 = ----------- = 4,12 m3 /min 8 x 273


comprimento equivalente Leq = L reto + L localizado L reto = 61 m Arbitrando-se um diâmetro de 6" Acessório Curva 90o Válvula gaveta válvula retenção

Quantidade 5 2 1

Comp. eq. 2,7 0,98 19,2

Total 13,5 1,96 19,2

L localizado = 13,5 + 1,96 + 19,2 = 34,66 m Leq = 61 + 34,66 = 95,66 m d=

0,008 x 4,121,85 x 95,66 = --------------------------------0,3 x 8

4,377

d = 2,09 in ------- Diâmetro nominal = 2" Como o tubo arbitrado para o cálculo do comprimento equivalente estava super dimensionado devemos ajustar para diâmetro = 2". Acessório Curva 90o Válvula gaveta válvula retenção

Quantidade 5 2 1

Comp. eq. 0,95 0,80 5,2

Total 4,75 1,6 5,2

L localizado = 4,75 + 1,16 + 5,2 = 11,55 Leq = 61 + 11,55 = 62,55 m d=

0,008 x 4,121,85 x 62,55 = --------------------------------0,3 x 8

2,86


d = 1,67 in ------- Diâmetro nominal = 2" PREVISÅO DE AMPLIAÇÅO Nos casos onde a indústria está sujeita a ampliações, para aumento de produção, é conveniente dimensionar a rede de distribuição de ar comprimido prevendo um acréscimo adicional de capacidade de transporte de ar da tubulação. Esta previsão implica em um aumento nos custos de instalação, mas a médio prazo torna-se compensador. Conceitos De Mecânica Dos Dos Fluidos Sob O Enfoque Da Teoria Das dimensões fractais fractais

Campo de forças: Um campo de forças é uma região do espaço, modificada pela natureza física de um agente colocado em seu interior, cuja propriedade é exercer uma força sobre qualquer partícula, afetada por sua natureza física, colocada dentro de seu raio de ação. Linhas de força: A trajetória do deslocamento da partícula afetada pela natureza física do campo, sob a ação da força exercida por este mesmo campo, define o que chamamos linha de força. A força que atua sobre a partícula tende a restabelecer o ponto de equilíbrio do sistema, ou seja: Seu ponto de menor energia. As linhas de força, unem os pontos heteropotenciais contínuos (portanto fractais) do campo, definindo assim seu gradiente ou caminho real das diferenças de potenciais, e no sentido do ponto de maior energia, para o de menor energia. As linhas de força não são necessariamente lógicas ou retilíneas, pois suas trajetórias dependem da homogeneidade (ou da heterogeneidade) do meio onde se “propagam”. Descrevem portanto “caminhos” que normalmente se desenvolvem em dimensões fractais.


Pressão ou tensão: Como dois corpos não podem ocupar o mesmo lugar no espaço, o acúmulo de partículas (matéria) em um ambiente confinado, gera um campo repulsivo entre estas partículas (moléculas), campo este, cujo efeito sobre as paredes do continente que as mantém confinadas, normalmente denominamos de pressão ou tensão média resultante. Condutor: É um meio através do qual “existe facilidade” para a propagação das linhas de força do campo em questão. Fluxo: É o resultado obtido com o deslocamento das partículas partículas afetadas e partículas não afetadas, arrastadas pelas afetadas (matéria), cada uma seguindo sua própria linha de força através do condutor, pela ação do gradiente de um ou vários campos, tomado em um intervalo de tempo. Fluido: É toda matéria que apresenta o fenômeno de de fluxo, sob a ação de um ou vários campos. Tipos de fluidos: Quando um fluido está sob a ação de um ou vários campos, dependendo das propriedades físicas de suas moléculas e das intensidades dos campos, os seguintes fenômenos podem ocorrer em maior ou menor grau: A- O fluido apresenta variação de volume. B- O fluido apresenta variação de estado físico. C- O fluido sofre interferência inercial apreciável. D- O fluido está sob a ação apreciável de mais de um campo. (P/exemplo: ( P/exemplo: Pressão e campo gravitacional). A combinação dos fenômenos acima descritos, incluindo suas negativas, representa todos os tipos de famílias de fluidos, possíveis conforme seu fluxo, inclusive sólidos, plasmas e partículas sub atômicas.

Por exemplo: Um bombeamento normal de água é: Não A, não B, sim sim C, C, sim D. A corrente elétrica é considerada: Não A, não B, não C, não D. Sob este aspecto examinaremos o fenômeno do fluxo. CSE consultoria e serviços de engenharia ltda. 60

FENÔMENO DO FLUXO: Quando um fluido qualquer escoa por um “condutor”, ele não o faz homogeneamente como a “física” gostaria que fosse, mas cada uma de suas moléculas (ou aglomerado moleculares) escoa através de sua linha de força particular, interferindo e modificando a linha de força da molécula vizinha, e sendo interferida e modificada não apenas pela molécula vizinha, mas também pelos acidentes (heterogeneidade) do condutor e pelas partículas partículas não afetadas pelo campo, arrastando-as ou sendo repelidas por elas. Por conseqüência, formam-se turbulências que dependem do grau de liberdade molecular do fluido, das características físicas do fluido e dos campos atuantes no fluxo.

Dissipação de energia: Como uma linha de força é o lugar geométrico (resultante interferida) dos pontos heteropotenciais contínuos, as partículas se movimentam de um ponto de maior energia, continuamente, para um ponto de menor energia (2ª lei da termodinâmica). Portanto, continuamente, as partículas afetadas pelos campos no fluido em fluxo, liberam a energia de que são depositárias para as partículas vizinhas, afetadas ou não afetadas, tais como: Limites do condutor (“paredes”), partículas arrastadas, acidentes do condutor, etc.... Esta dissipação de energia que dependendo da disciplina em estudo é chamada de “efeito Joule”, perda de carga, queda de tensão, atrito, turbulência, etc..., é a adequação energética da partícula afetada à sua posição na linha de força. Ou seja, o saldo energético da partícula afetada, entre dois pontos da linha de força, é transferido continuamente para as partículas vizinhas, afetadas ou não afetadas (em fluxo ou fixas).

Tensão ou pressão diferencial: É o saldo energético entre a média dos potenciais energéticos de todas as linhas de força (dos campos causadores do fluxo e interferentes) através de duas seções planas ortogonais, distintas e consecutivas de um condutor.


Resistência ao fluxo: A quantidade, propriedades físicas (“qualidade”) e grau de rigidez das partículas não afetadas existentes em um fluxo, oferecem maior ou menor dificuldade à sua passagem. A esta propriedade de dificultar o fluxo, chamamos resistência do condutor ao fluxo de um fluido. Quanto maior for a resistência, “menos condutor” se torna o meio de propagação das linhas de força, portanto maior o gradiente do campo, maior a dissipação energética através da resistência e maior o diferencial de pressão ou tensão necessário para se “manter” o fluxo .

De que depende a resistência ao ao fluxo? - De diversos fatores, conforme enumerados abaixo: 1. Rugosidade e acidentes do condutor: Quanto mais rugoso (áspero) for o condutor ou sinuoso, maior será a resistência oferecida ao fluxo (quantidade maior de partículas não afetadas). A ação da rugosidade de um condutor é uma função da interação das características físicas do condutor com as características físicas da família do fluido em fluxo.

Para tubulações industriais, esta função se traduz pela seguinte fórmula: f (r) (r) = f (m) (m) . f (I) (I) . C(f) ; Onde: f (r) Rugosidade “relativa” do condutor. (r) = f (m) Fator do material do condutor. (m)= f (I) Fator da idade da instalação. (I) = C(f) = Constante da família do fluido ; E : Fatores Aço f (m) 1 (m) f (I) 0,0018 x I + 1,0178 (I) Obs: I = idade da instalação, em anos.

FoFo Concreto P.V.C. 0,92 0,78 0,76 1 1 1


Fatores Líquidos Vapores Gases 11 C(f) 2077131,3 1,79825 e 758,52698 Obs: = “resistividade” elétrica do condutor.

Elétrons 4 x /

2. Dimensões físicas do condutor: Quanto mais comprido o condutor, maior a resistência e quanto maior o diâmetro, menor a resistência, ou seja, a resistência é diretamente proporcional ao comprimento e inversamente proporcional ao diâmetro do condutor. 3. Força de ligação entre as partículas do fluido (viscosidade ou coesão): A viscosidade é o resultado de um campo molecular interferente que gera forças atrativas entre as partículas do fluido, portanto, quanto maior a viscosidade, maior a resistência ao fluxo do fluido. Se teoricamente considerarmos que todos os fluidos de uma mesma família, possuem a mesma viscosidade (a da água para líquidos, a do ar para gases e a do vapor d’água para vapores, etc...), criando assim um fluido ideal, quando um fluxo de um fluido real (com viscosidade diferente da “ideal”) flui através de um condutor, o efeito da viscosidade simula como se apenas o diâmetro do condutor fosse diferente do diâmetro real, mantendo todas as outras características de fluxo para o nosso fluido ideal.

Se a viscosidade aumenta, o “diâmetro virtual” diminui, se a viscosidade diminui, o “diâmetro virtual” aumenta. Portanto é possÍvel de se encontrar uma função da viscosidade que multiplicada pelo valor do diâmetro real do condutor, nos dê um “diâmetro virtual” tal que funcione como fator total proporcional inverso da resistência.

1,02

y = 1,0046719 - 0,031173 x LN( )

1

0,98

0,96

0,94

0,92 0,6

1,4

2,2

3

3,8

4,6

5,4

6,2

7

7,8

8,6

9,4

cp = Viscosidade


10,2 Função Função

11

11,8 12,6 13,4 Mediçã Medição o de campo campo

14,2

Para tubulações industriais e todas as famílias de fluidos, esta função se traduz pela seguinte fórmula: f ( ) = 1,0046719 - 0,031173 x L n ( );

= cp

4.Dimensão fractal do escoamento do fluxo, na seção ortogonal do condutor (grau de liberdade do escoamento da família do fluido): Considerando que os campos interferentes modificarão as trajetórias das linhas de força do campo principal (propelente), através da seção plana ortogonal do condutor, podemos dizer que o fator total proporcional inverso da resistência acontece na dimensão fractal da família do fluido em questão. Portanto, o valor da resistência pode ser descrito pela seguinte equação: Onde: R = f (r) (r) = L = f ( ) d = k =

k R = f (r) . L / ((f . d) ) (r) ( )

Resistência do condutor ao fluxo do fluido. Rugosidade “relativa” do condutor. Comprimento do condutor. (m) = Função da viscosidade. (Viscosidade em cp, exceto para a água, vapor d’água, ar e elétron que têem como valor f ( ) = 1 ) Diâmetro do condutor. (mm) Dimensão fractal da família do fluido.

A dimensão fractal das famílias dos fluidos estudada é mostrada abaixo: Fatores Líquidos Vapores Gases k 4,854741 5,1 5,0 Observe que para o elétron: k R = f (r) (r) . L / ((f () . d) ) R= 1 x 4 x / x L / ((1 x d)2) = . L / ( . d2 /4) = . L / S onde: S = área do condutor, conforme fórmula de Ohm.


Elétrons 2

Obs. : O fator f (r) (r), Rugosidade “relativa” do condutor, pode ser denominado “resistividade” do condutor, quando o comprimento, o diâmetro do condutor e a viscosidade do fluido em fluxo são unitários. Perda de carga: Como vimos, quando um fluido escoa através de um condutor, suas partículas dissipam continuamente a energia de que são depositárias para se adequarem ao ponto atual de sua linha de força. Esta dissipação de energia depende dos seguintes fatores, que passamos a enumerar:

1. É diretamente proporcional à massa específica da partícula, quando interferido pelo campo gravitacional: P Onde = Densidade relativa da família do fluido em fluxo. (Água, vapor dágua, ar e elétron = 1) 2. É diretamente proporcional à resistência do condutor ao fluxo do fluido: P R 3. É diretamente proporcional à quantidade de partículas que passam pela resistência na unidade de tempo, porém com liberdade dimensional modificada pela inércia da partícula, portanto: P Qa Onde: Q = fluxo em unidades coerentes ao fluido. a = expoente inercial interferente dimensional. Fatores a

Líquidos 1,850304

Vapores 1,95

Gases 1,89698

Elétrons 1

4. Em função da temperatura (como os gases), existe uma troca energética, significativa, entre as próprias partículas deste fluido ao longo das linhas de força, onde cada partícula em fluxo, absorve parte da energia dissipada no condutor (em forma de calor), aumentando seu volume (reduzindo sua densidade) e reduzindo a temperatura média do condutor, para se adequar ao ponto da linha de força, portanto


P Tb Onde: T = Temperatura absoluta do fluido em fluxo (ºK). b = Expoente politrópico inverso. Fatores b

Líquidos 0

Vapores 0

Gases Elétrons 1 / exp. pol. 0

5. Quando um fluido altera significativamente seu estado físico durante o fluxo, armazenando ou liberando “calor latente” em função da pressão (como os vapores), temos: P Pc Onde: P = Pressão Pressão absoluta do fluido em fluxo (kPa). c = Imagem do expoente entrópico inverso. Fatores c

Líquidos 0

Vapor d’água Gases Elétrons -0,8962 -1 / exp. pol. 0

6. Quando o campo gravitacional interferente não pode ser s er desprezado, sua componente a ser somada ao campo principal propelente é: P .h . e ; ou: P H Onde: H = Altura física do desnível x 9,807 x (kPa). = densidade do fluido e = fator de empuxo. (e = 1 se campo gravitacional é considerado) (e = 0 se campo gravitacional é desprezado) Portanto: P = R . Qa . Tb . Pc + . h . e ;

k R = f (r) (r) . L / ((f ( ) . d) ) e

f (r) (r) = f (m) (m) . f (I) (I) . C(f)


Fatores C(f) k a b c e

Líquidos 2077131,3 4,854741 1,850304 0 0 1

Vapores Gases Elétron 11 1,79825 e 758,52698 4 x / 5,1 5,0 2 1,95 1,89698 1 0 1 / exp. pol. 0 -0,8962 -1 / exp. pol. 0 0 ou1 0 0

Se considerarmos um trecho que não tenha desnível (somente a resistência do condutor): P = R . Qa . Tb . Pc Então: Qa = P / (Tb . Pc) . 1/R

Q = ( P /(Tb . Pc . R)) (1/a) . 1/R(1/a) ;

Se denominarmos, 1 / R de C, então: Q = ( P /(Tb . Pc . R)) (1/a) . C(1/a) Na expressão acima: 1 / R(1/a) = C(1/a) , é definida como condutância de um condutor, ou seja, a propriedade que tem um condutor de “permitir” a passagem através de sua resistência R, de um fluxo f luxo Q de um fluido de densidade , à uma temperatura T ºK e pressão P kPa, quando existe uma pressão diferencial de P kPa entre suas seções planas ortogonais extremas.

Associação de resistências: Quando o fluido em fluxo encontra para seu escoamento uma “rede de condutores”, será necessário analisar esta rede e transforma-la em uma única resistência equivalente para que se possa calcular os efeitos do fluxo, dissipação de energia e perda de carga através deste “circuito”. Associação em série: Quando as resistências são colocadas de tal forma que o fluxo obrigatoriamente flui através de uma após a outra, até que todas sejam atravessadas, dizemos que esta disposição se chama associação de resistências em série. Considerando-se o mesmo fluido e o mesmo material do condutor:


Se :

Então:

k R1 = f (r) (r) . L1 / ((f ( ) . d1) ) k R2 = f (r) (r) . L2 / ((f ( ) . d2) ) ..................................... k Rn = f (r) (r) . Ln / ((f ( ) . dn) )

k k k R = f (r) (r) . L1 / ((f ( ) . d1) )+ f (r) (r) . L2 / ((f ( ) . d2) )+...+f (r) (r) . Ln / ((f ( ) . dn) ) = k k k = f (r) (r) / (f ( ) . (L1 / d1 + L2 / d2 + ..... + Ln / dn )

R = R1 + R2 + ..... + Rn

Ou seja, para associação em série a resistência total equivalente é igual à soma das resistências componentes da associação. Associação em paralelo: Quando os condutores estão dispostos de tal forma que o fluxo se distribui em diversos ramos de resistências diferentes, e todos eles sob a mesma diferença de potencial do campo propelente, dizemos que esta disposição se chama associação de resistências em paralelo. Considerando-se o mesmo fluido e o mesmo material do condutor: Se:

Q1 = ( P / (Tb . Pc))(1/a) . C1(1/a) Q2 = ( P / (Tb . Pc))(1/a) . C2(1/a) .......................................................... Qn = ( P / (Tb . Pc))(1/a) . Cn(1/a)

E;

Q = ( P / (Tb . Pc))(1/a) . C (1/a)

Sabemos que:

Q = Q1 + Q2 + ......... + Qn

Então: ( P / (Tb . Pc))(1/a) . 1 / R(1/a) = ( P / (Tb . Pc))(1/a) . 1 / R1(1/a) + ( P / (Tb. Pc))(1/a) . 1 / R2(1/a) + ............ + ( P / (Tb . Pc))(1/a) . 1 / Rn(1/a)


Ou: ( P/(Tb.Pc))(1/a).1/R(1/a) = ( P/(Tb.Pc))(1/a) . (1/R1(1/a) +1/R2(1/a) +......+1/Rn(1/a)) Ou ainda:

1/R(1/a) =1/R1(1/a) +1/R2(1/a) +......+1/Rn(1/a)

Portanto, o inverso da resistência total equivalente, elevado ao expoente inercial interferente dimensional da família do fluido, em um circuito paralelo, é igual à soma dos inversos das resistências componentes, cada uma delas também elevado ao mesmo expoente inercial interferente dimensional da família do fluido. COMPRIMENTO EQUIVALENTE: Quando conhecemos o comprimento físico (trechos retos) de uma linha, é muito fácil determinar sua resistência, através das fórmulas e associações acima vistas. Porém quando analisamos uma tubulação como condutor de um fluido, devemos considerar como comprimento total do condutor, a soma de seus trechos retos mais um valor de resistência localizada em cada um de seus acidentes ou componentes, traduzida como comprimento (metros lineares). A este total chamamos “comprimento equivalente do condutor”. A maneira mais fácil de determinar este “comprimento equivalente”, é, conhecendo-se o fluxo, a perda de carga e o diâmetro de uma linha existente, através das fórmulas da perda de carga e das resistências, chega-se ao comprimento equivalente total do condutor. Porém, quando a linha ainda não existe ou se desconhece as variáveis acima mencionadas, podemos estimar aproximadamente sua resistência adotando valores tabelados para cada um de seus elementos, mas, estes valores (assim como as resistências comerciais nos circuitos elétricos) não são exatos, mas aproximados.


Os valores de “comprimento equivalente” tabelados para os elementos componentes de uma tubulação, são proporcionais ao diâmetro da tubulação, portanto: L = f (d) (d) Onde: L = comprimento equivalente (m) d = diâmetro do condutor (m) f (d) (d) = função de proporcionalidade Elemento Função = f (d) Elemento Função = f (d) (d) (d) álvula angular 149 d + 0,037 Curva 180º 50,06 d - 0,006 álvula borboleta 36,9 d + 0,22 Curva set. 45º 15 d álvula gaveta 7,98 d + 0,005 Curva set. 90º 59,58 d + 0,003 álvula globo 339,94 d + 0,002 “Tê” flx. direto 20,04 d álvula retenção 99,95 d - 0,001 “Tê” flx. ramal 59,96 d + 0,009 15,96 d Cotovelo 45º “Y” flx. direto 10 d Cotovelo 90º 30 d + 0,002 “Y” flx. ramal 180 d Curva 90º r/d =1 19,92 d + 0,001 Redução 15 D (em d) Curva 90º r/d =2 11,98 d + 0,001 Bocal tangente 20 d Obs.: 15 D (em d), significa 15 vezes o maior diâmetro, acrescentado no comprimento do menor diâmetro.

CIRCUITOS EQUIVALENTES: Quando após a associação de suas resistências componentes, a resistência equivalente final encontrada, para um circuito qualquer, for igual à resistência equivalente final de outro circuito, dizemos que estes circuitos são “circuitos equivalentes”. Ou seja, Para um mesmo fluido f luido e sob a ação de um mesmo campo de forças propelente (mesma pressão diferencial), produzem um mesmo efeito (mesmo fluxo e mesma dissipação de energia). TRABALHO E POTÊNCIA: descrita:

A fórmula da perda de carga, acima

P = R . Qa . Tb . Pc + . h . e;

k R = f (r) (r) . L / ((f ( ) . d) )


e

f (r) (r) = f (m) (m) . f (I) (I) . C(f) deve ser considerada com seus componentes nas seguintes unidades:

P = Pressão diferencial = kPa = Densidade relativa da família do fluido (Água, ar, vapor d’água e elétron = 1) R = Resistência fractal Q = Fluxo do fluido =(Líquido= m 3 /h, gás=Nm³/h, vapor=t/h e elétron = A) T = Temperatura absoluta do fluxo = ºK P = Pressão absoluta do fluido em fluxo = kPa abs H = 9,807 . h . = Pressão da coluna = kPa h = altura física da coluna = m; Observe que (9,807 . . h = kPa) f (r) (r) = Fator adimensional L = Comprimento físico do condutor = m f ( ) = Fator adimensional d = diâmetro do condutor = mm f (m) (m) = Fator adimensional f (I) (I) = Fator adimensional C(f) = Fator adimensional Quando então pode ser escrita da seguinte forma:

P = T b . P c. R . Q a + H . e ; Ou : P = F . R . Qa + H . e onde: P = Pressão diferencial = kPa F = (T b . P c) R = resistência fractal Q = fluxo do fluido = (Líquido= m3 /h; gás=Nm³/h; vapor=t/h e elétron = A) H = (9,807 . . h) = kPa e = fator de empuxo (1 ou 0)


Sabemos que pressão vezes fluxo é igual à :

kPa . m3 / h = kN / m2 . m3 / h E:

= kN . m / h

= kJ / h.

kJ / (h . 3600) = kW.

Portanto: kW = Q . P / 3600 = Q . (F . R . Qa + H . e) / 3600 kW = (F . R . Q(a+1) + Q . H . e) / 3600 Que é a potência útil necessária para transportar um fluido qualquer através de um determinado condutor. OU: A potência dissipada por um fluido qualquer que atravessa um determinado condutor. GERADORES DE FLUXO: São todos aqueles equipamentos, máquinas, dispositivos ou “contingências” capazes de gerar um campo de forças propelente de fluxo (geralmente tensão ou pressão). Por exemplo: A terra, pode ser considerada como um gerador de fluxo hidráulico (e outros fluxos), pela “contingência” de estarmos em sua superfície e sob a ação severa de seu campo gravitacional. Os geradores de fluxo podem ser classificados: Quanto à origem: Químicos Físicos Quanto ao regime de escoamento: Fluxo constante Tensão ou pressão diferencial constante


Por exemplo: Um compressor alternativo de ar ou uma bomba de deslocamento positivo são geradores físicos de fluxo constante. Uma bomba centrífuga, um blower ou uma queda d’água são geradores físicos de pressão diferencial constante. Uma caldeira operada a insumo energético combustível é um gerador químico de pressão diferencial constante. Devido à sua aplicação generalizada, torna-se muito importante em nossos estudos os geradores físicos de pressão diferencial constante, tais como blowers, bombas centrífugas e quedas livres.

Bombas: Bomba de engrenagens:

Bombas centrífugas: W = kW V = Volts I = Amperes cos  = fator de potência W = 1000 . Q . H / 75 W = . Q . H / 100 W = CV W = kW Q = m3 /s Q3 =/ sm H = m (H2 O) H = m (H2 O) 3 = kg / m3 (H2O) = 1000 kg / m

W = . Q . H / 3600 W = kW Q = m3 / h H = kPa = rel. (H2 O = 1)

Pressão de um dispositivo centrífugo: P = A.Q a + B . Q + C onde: Fatores Líquidos Vapores Gases 1,850304 1,95 1,89698 a CSE consultoria e serviços de engenharia ltda. 73

C = Componente estática da pressão (pressão de shut-off) = . ² . (r2² - r1²) / 2 . g Aceleração angular r= Raio interior do rotor r= Raio exterior do rotor g = Aceleração da gravidade B = Componente cinemática da pressão: depende de fatores construtivos e atg (b-90) = 2 2 = Ângulo formado pelo prolongamento das pás do rotor com a tangente ao rotor no ponto de saída das pás. a = expoente inercial interferente dimensional A = Representação da resistência interna do dispositivo dispositivo ao fluxo do fluido que o atravessa (fator dinâmico da pressão) = - . L / ((1,0046719 - 0,031173.Ln()).d) 4,854741 L = Comprimento virtual do dispositivo centrífugo Resistividade interna do dispositivo centrífugo d Diâmetro nominal da tubulação de descarga do dispositivo centrífugo Viscosidade do fluido Observe que em uma medição prática os três fatores já vem multiplicados por “ ”, ou seja: a

P = (A’ . Q + B’ . Q + C’ ) 

 

A.Q a  B.Q  C A'.Q a  B'.Q  C

Potências e eficiências das bombas: (W = kW) H = A’ . Q a + B’ . Q + C’ 

W = . Q . H / 3600 ; Mas por Caos: WUTIL =

.Q. (A’ .Q a + B’.Q + C’) / 3600 

WUTIL = (A . Q (1 + a) + B . Q2 + C . Q) / 3600  Whidr. = (B . Q2 + C . Q) / 3600 WTOT  W  e:

hidr

3.V .I . cos  1000

= WUTIL / Whidr. CSE consultoria e serviços de engenharia ltda. 74

= Whidr. / WTOT . TOT = WUTIL / WTOT .

mec.

No ponto de equilíbrio:

P (kPa) = (R . Q a + 9,807 . h) = A . Q a + B . Q + C Se temos em três pontos do funcionamento de uma bomba centrifuga, os pares: (Pn , Qn) , também teremos: P1 = A . Q1 a + B . Q1 + C P2 = A . Q2 a + B . Q2 + C P3 = A . Q3 a + B . Q3 + C Então: C  P1  A . Q1  B . Q1 a

P2 = A . Q2 a + B . Q2 + P1 – A . Q1 a – B . Q1 P2 - P1 – A . (Q2 a - Q1 a) = B . (Q2 - Q1) ( P2  P1 )  A . (Q2 a  Q1a ) B  (Q2  Q1 )

P3 = A . Q3 a + B . Q3 + P1 – A . Q1 a – B . Q1 P3 = A . (Q3 a - Q1 a) + B . (Q3 - Q1) + P1 (P3 - P1) = A . (Q3 a - Q1 a) + B . (Q3 - Q1) (P3 - P1) = A . (Q3 a - Q1 a) + ((P2 - P1 – A . (Q2 a - Q1 a)) / (Q2 – Q1) (P3-P1).(Q2–Q1) = (P2-P1).(Q3–Q1)+ A.(Q3 a-Q1 a).(Q2–Q1)-A. .(Q2 a–Q1 a).(Q3–Q1) (P3-P1).(Q2–Q1)-(P2-P1).(Q3–Q1) = A.((Q3 a-Q1 a).(Q2–Q1)-(Q2 a–Q1 a).(Q3–Q1)) A 

( P3  P1 ) . (Q2  Q1 )  ( P2  P1 ) . (Q3  Q1 ) (Q3 a  Q1 a ) . (Q2  Q1 )  (Q2 a  Q1 a ) . (Q3  Q1 )


Onde o expoente: a = expoente inercial interferente dimensional, conforme tabela acima N.P.S.H. = hA - hVPA + hST + hFS onde: hA = Pressão absoluta na superfície do fluido hVPA = Pressão de vapor do fluido hST = Pressão estática até o centro da bomba hFS = Perda de carga da tubulação da sucção da bomba Variação do diâmetro (D) com velocidade (S) constante:

Variação da velocidade (S) com diâmetro (D) constante:

VIII - BIBLIOGRAFIA: 1) Ingersoll-Rand Co.-New Compressed Air and gas data C.W.Gibbs, Editor 2) Atlas Copco - Manual de Ar Comprimido M.C. Graw-hill do Brasil Ltda. 3) Flow of Fluids Through Valves, Fittings, And Pipe Technical Paper n. 410 CRANE 4) Mechanics of Fluids Irving H. Shames M.C. Graw-hill. Inc. 5) Cameron Hydraulic date Ingersoll-Rand C.R.Westaway and A.W. l00mis editors 6) Condensed Hydraulic date Ingersoll-Rand Cameron Pump Division


7) José M. de Azevedo Netto e Swami M. Villela Manual de Hidráulica Editora Edgard Blucher Ltda 8) Costa Pereira - Notas sobre Mecânica dos Fluídos Alcoa Alumínio S/A - Fábrica de Alumínio Circulação interna 9) Ranald Vgiles, Mecanica de los Fluidos e Hidralica M.C. Graw-hill Inc. 10) William F. Hughes, Dinâmica de los Fluidos M.C. Graw-hill inc. 11) Steam - Babcok Wilcox The Efficient Use of Steam


Manual do ar comprimido

Recommend Documents