2ª Aula Compressores e sistemas de ar comprimido Compressores recíprocos de duplo efeito São compressores caracterizados por possuir pistões de duplo efeito, isto é, os pistões são capazes de comprimir em ambos os sentidos de movimento. Na verdade, os compressores de duplo efeito de vários cilindros são dois ou mais compressores de um cilindro sobre um virabrequim comum. O compressor trabalha com o 1º estágio comprimindo até 1,8 bar e o 2º estágio elevando a compressão até 7 bar. Entre um estágio e outro há um resfriador intermediário, que é um trocador de calor. A potência desse tipo de compressor vai de 10 a 1000 cv. A pressão de descarga pode chegar até centenas de bar. É utilizado normalmente para serviços pesados e contínuos. O resfriamento é feito por água que circula em camisas laterais aos cilindros de compressão. Compressor Roots: O compressor de deslocamento mais utilizado é o do tipo "Roots", denominado "compressor de lóbulos". Neste caso existe um par de rotores em forma de "oitos" ligados a engrenagens que giram à mesma velocidade, porém em sentidos contrários e que bombeiam e comprimem o ar conjuntamente. Este compressor mais do que comprimir o ar o que realmente faz é impulsioná-lo. É um projeto de deslocamento positivo. Não necessita de lubrificação na câmara de compressão, nem os lóbulos se tocam entre si durante o processo de compressão. Os lóbulos têm um perfil de interação com diâmetros que combinam e que formam bolsões decrescentes durante a rotação. Este tipo de compressor possui folgas entre a carcaça e as extremidades dos rotores, entre os lóbulos dos rotores e entre a o diâmetro externo do rotor e a carcaça do compressor. Fonte: turbo_diesel.queroumforum.com/viewtopic.php?t=90. Acesso em 27.08.2009 1
Os rotores apóiam-se em eixos. Tendo em conta de que nunca se tocam entre si, não se desgastam. Em algumas construções os lóbulos são helicoidais e, noutras, retos. Esta versão prática com rotores de dois lóbulos origina uma pressão relativamente baixa, e consegue criá-la muito rápido ao aumentar a RPM. A potência absorvida situa-se, para uma sobre pressão de 0,6 bar e passagem máxima de ar, em 12.2 CV. O rendimento do compressor Roots não é muito alto e, além disso, piora com o aumento do regime de trabalho. A capacidade de incremento só supera os 50% numa gama muito limitada. O ar comprimido sofre significativa elevação de temperatura, durante o processo de deslocamento. O conceito de compressão é similar àquele de outros tipos de compressores que têm uma relação fixa de compressão embutida, definida pela posição da localização da abertura de descarga. Não existem válvulas de admissão e de descarga. Pode ser resfriado a ar ou a água, sendo esse sistema mais eficiente, pois permite maior gama de trabalho em termos de pressão de saída. Esses compressores estão disponíveis de 30 até 300 kw e de 340 m 3 /h até 2550 m 3 /h, para uma pressão de descarga de até 8,5 bar. Podem operar em condições normais a temperaturas de até 38 C. Aplicações A indústria têxtil necessita de ar isento de óleo em diferentes capacidades para operar teares a jato de ar. A indústria eletrônica também é outro segmento que necessita de ar isento de óleo e, em ambos os casos, a aplicação de compressores Roots mostra-se bastante adequada. Compressores rotativos de Parafusos com injeção de óleo Compressores rotativos de parafusos helicoidais, com injeção de óleo, de deslocamento positivo, são máquinas de volume constante com pressões variáveis. Estão disponíveis na faixa de 42 a 4.250 m 3 /h (25 a 3000 pcm) com pressões de até 40 bar em projetos de um, dois ou três estágios. São utilizados normalmente como compressores estacionários, acionados por motor elétrico, para os mais variados segmentos industriais, pois fornecem ar comprimido isento de óleo com baixa vibração e atendem grandes faixas de pressão e capacidade e possuem longa durabilidade, com manutenção mínima. Projeto O projeto consiste em um par de rotores engrenando dentro de um cilindro de dois furos. O rotor macho tem um número de lóbulos, normalmente quatro, espaçados em 90. O rotor fêmea tem um n de sulcos helicoidais, normalmente seis, espaçados em 60. A relação de velocidade dos rotores é inversamente proporcional à relação lóbulo-sulco. Na relação lóbulos-sulcos mencionada anteriormente, com o rotor macho girando a 1800 RPM, o rotor fêmea girará a 1200 RPM. O acionamento se dá diretamente no rotor macho, por meio de um motor elétrico em aplicações estacionárias. O rotor fêmea é acionado pelo rotor macho, sem contato metal-metal, visto que existe um filme de óleo entre os dois parafusos. 2
Fonte: http://www.driftbrazil.com/turbo_files/image022.jpg. Acesso em 31.08.2009 Princípio de compressão A compressão começa quando os parafusos desengrenam do lado da admissão de ar. O ar é sugado para dentro da cavidade entre os lóbulos do parafuso principal e os sulcos do parafuso fêmea. À medida que a rotação continua, os lóbulos do parafuso passam à beira da abertura de admissão, aprisionando o ar numa célula formada pelas cavidades do parafuso e pela parede do cilindro. A continuação da rotação faz com que os lóbulos do parafuso macho rolem para dentro do sulco do parafuso fêmea reduzindo o volume e aumentando a pressão na célula. Depois que a célula é fechada em relação à admissão, é injetado óleo para vedar as folgas e para retirar o calor da compressão. A compressão continua até que os lóbulos do parafuso passem perto do limite extremo da abertura de descarga e descarreguem a mistura ar/óleo. http://www.b2babimaq.com.br/imgsist/anuncios/28120081834481.jpg. Acesso em 31.08.2009 3
Sistemas de ar comprimido O ar comprimido é uma importante fonte de energia industrial que possui muitas vantagens: segurança, economia, adaptação e fácil condução, além de economizar mão-de-obra. Embora o custo total para executar um determinado trabalho com ar comprimido inclua amortização, reparo e manutenção do equipamento, o custo do ar comprimido bem como da mão-de-obra e seus encargos, foi demonstrado muitas vezes que a mão-de-obra mais os encargos representam mais de 95% do custo total de operação, ou seja, os custos relacionados com ar comprimido correspondem a menos de 5%. Por isso o custo do ar comprimido e das ferramentas pneumáticas é normalmente insignificante quando comparado à economia obtida com o seu uso. Um sistema de ar comprimido consiste essencialmente de: um ou mais compressores com uma fonte de acionamento, sistema de controle, filtro de admissão, resfriador posterior com separador de condensado, reservatório de ar, secador de ar, tubulação de interconexão e a rede para levar o ar aos seus pontos de consumo. O reservatório de ar comprimido O reservatório de ar comprimido tem como função a estabilização da distribuição do ar comprimido. Ele elimina as oscilações de pressão na rede distribuidora e, quando há momentaneamente alto consumo de ar é uma garantia de reserva. A grande superfície do reservatório refrigera o ar suplementar, por esse motivo, uma parte da umidade contida no ar é condensada e drenada no próprio reservatório. O tamanho do reservatório de ar comprimido depende de: Volume fornecido pelo compressor Consumo de ar Rede distribuidora (volume suplementar) Tipo de regulagem Diferença de pressão desejada na rede Observe o nomograma e calcule o volume necessário para o reservatório de ar, com base nos seguintes dados: Consumo: 30 m 3 /min. Interrupções/h: Z = 15 Diferença de pressão: 0,4 bar 4
Distribuição do ar comprimido A necessidade de ar comprimido de qualquer empresa tende a crescer, acompanhando o próprio crescimento da empresa. Cada máquina, dispositivo ou ferramenta requer uma quantidade adequada de ar comprimido para apresentar o máximo de rendimento. O diâmetro da tubulação, portanto, deve ser escolhido de maneira que, mesmo com um consumo de ar crescente, a queda de pressão do reservatório até o ponto de uso mais distante não ultrapasse 0,1 bar. Uma queda maior do que esse valor prejudica o rendimento do sistema como um todo. IMPORTANTE: possíveis ampliações da capacidade de fornecimento do ar comprimido devem ser previstas no projeto inicial, pois a troca de toda a instalação tem altos custos. Os fatores a serem considerados para o dimensionamento da rede são: Volume corrente Comprimento da rede Queda de pressão admissível Pressão de trabalho Nº de pontos de estrangulamento na rede Exemplo: suponha que uma dada instalação de ar comprimido atenderá às seguintes especificações: 1. Volume necessário de ar (considerando expansões) = 1500 m 3 /h 2. Comprimento da tubulação = 300 m 3. Pressão de trabalho = 8 bar 4. Queda de pressão admissível = 0,1 bar 5. Acessórios de interligação (singularidades): a. Curvas = 4 b. Conexões em T = 10 c. Válvulas de passagem = 4 1ª etapa: calcule o diâmetro provisório da rede com base no nomograma para cálculo de queda de pressão ou do diâmetro da tubulação. 2ª etapa: calcule o comprimento equivalente considerando todas as singularidades. Para isso, utilize o nomograma do comprimento equivalente. 3ª etapa: refaça o cálculo do diâmetro da tubulação, agora considerando a perda de carga das singularidades, acrescentando o comprimento equivalente calculado. 5