Produção e Distribuição de Ar

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<p>Prof. Me.Jairo Machado</p><p>jairo@upf.br</p><p>Produção e Distribuição</p><p>do Ar Comprimido</p><p>MEC045</p><p>SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS</p><p>Generalidades</p><p>Dada a ampla difusão do ar comprimido na automação,</p><p>precisamos, nas instalações industriais, de uma rede de</p><p>distribuição do ar. Um sistema pneumático é</p><p>normalmente constituído de uma central de compressão,</p><p>uma rede de distribuição e uma carga pneumática.</p><p>A central de compressão se encarrega de comprimir o ar</p><p>que vem aspirado do ambiente e, depois de ser</p><p>processado, é armazenado em reservatórios de vários</p><p>tamanhos para ser distribuído.</p><p>Central de Compressão</p><p>Na Figura é possível observar a estrutura de uma central de compressão .</p><p>Na Figura a seguir mostra a sua representação com símbolos conforme a</p><p>norma DIN ISO 1219.</p><p>Central de Compressão</p><p>Se há necessidade de pouca potência em termos de pressão e vazão,</p><p>podemos utilizar pequenos compressores com acionamento por motor</p><p>elétrico, conforme apresentado na Figura, em que o compressor, filtros e</p><p>um medidor de pressão estão instalados sobre um reservatório cilíndrico</p><p>disposto horizontalmente. Tal solução pode ser realizada para vazões não</p><p>elevadas, geralmente inferiores a 2400 litros/min.</p><p>Tipos de Compressores</p><p>Os compressores são geradores de energia pneumática. Esses tipos</p><p>de máquinas operadoras que comprimem o ar são chamados de</p><p>ventiladores quando o aumento da pressão é muito pequeno (por</p><p>exemplo, 0,1 bar) e de compressores quando o aumento da pressão</p><p>é muito mais elevado, geralmente superior a 1,2 bar.</p><p>Com base no princípio de funcionamento, temos os compressores</p><p>volumétricos e os turbo-compressores. Nos compressores</p><p>volumétricos, a compressão é realizada com uma redução do</p><p>volume de ar aspirado. Nos turbocompressores obtemos o</p><p>aumento da pressão, imprimindo inicialmente uma forte aceleração</p><p>na massa de ar aspirado e, depois, com a passagem da mesma</p><p>massa de ar por uma tubulação de pequeno diâmetro, temos uma</p><p>notável redução da velocidade junto a um aumento da pressão</p><p>(teorema de Bernoulli).</p><p>Em linhas gerais, os compressores volumétricos são utilizados para</p><p>pequenas vazões e elevados valores de pressão, ao contrário, os</p><p>turbocompressores são utilizados para grandes vazões e pequenos</p><p>valores de pressão.</p><p>Os tipos de compressores mais utilizados nos comandos automáticos são</p><p>os volumétricos. Na Figura temos um resumo dos tipos mais comuns de</p><p>compressores.</p><p>A cada giro dos compressores volumétricos, certo volume de ar, chamado</p><p>cilindrada c, é aspirado, comprimido e encaminhado para descarga. Se o motor</p><p>de comando roda a uma velocidade n (rpm = rotações por minuto), temos uma</p><p>vazão efetiva Q de:</p><p>Vazão e Relação de Compressão</p><p>ncvQ =</p><p>Onde:</p><p>v é o rendimento volumétrico</p><p>O equacionamento de compressão  é definido a partir da relação entre a</p><p>pressão absoluta de descarga P1 e a aspiração P2:</p><p>2</p><p>1</p><p>P</p><p>P</p><p>=</p><p>Com os compressores volumétricos podemos ter pressões máximas de 10-12 bar.</p><p>Nas aplicações normais de automação, a pressão de trabalho dos atuadores é de</p><p>6-8 bar. Para aplicações particulares empregando compressores volumétricos</p><p>alternativos a dois ou mais estágios, podemos atingir valores de pressão de</p><p>algumas centenas de bar.</p><p>Compressor Volumétrico Alternativo</p><p>É um tipo de compressor muito difundido. Para seu funcionamento,</p><p>utilizam-se pistões que aspiram e comprimem o ar.</p><p>Esse tipo de compressor conta com a presença de válvulas de admissão e</p><p>de válvulas de descarga que se abrem e fecham alternadamente (veja a</p><p>Figura).</p><p>Compressor Volumétrico Alternativo de Membrana</p><p>Temos um funcionamento quase igual ao dos compressores volumétricos</p><p>alternativos a pistão, com a diferença de que o pistão, dessa vez, vem</p><p>isolado da câmara de admissão/compressão por meio de uma membrana,</p><p>evitando assim o contato do ar com as partes deslizantes lubrificadas (veja</p><p>a Figura ).</p><p>Esse tipo de compressor pode atingir pressões de 10 bar, com uma</p><p>qualidade do ar comprimido muito elevada. Temos praticamente ausência</p><p>de gotas de óleo poluente. Por esse motivo, são utilizados nas indústrias</p><p>alimentícia, farmacêutica e química.</p><p>Compressor Volumétrico de Palhetas</p><p>Nesse tipo de compressor como vemos na Figura, o rotor é excêntrico em relação</p><p>à carcaça, onde ficam a entrada de aspiração e a saída de descarga do ar.</p><p>No rotor são montadas as palhetas, que têm a possibilidade de se deslocar</p><p>radialmente em relação ao mesmo rotor. Quando o rotor roda a uma certa</p><p>velocidade sob a ação da força centrífuga, as palhetas, deslocando-se, tocam a</p><p>parede interna da carcaça. Temos assim uma câmara de compressão, constituída</p><p>do espaço entre duas palhetas consecutivas.</p><p>Esse tipo de compressor é muito robusto e confiável, e precisa também ser</p><p>lubrificado. Pode atingir valores de pressão de até 10 bar.</p><p>Compressor Volumétrico de Parafuso</p><p>O princípio de funcionamento desse compressor é o seguinte: o ar que</p><p>entra de uma extremidade (entrada de aspiração), vem em uma cavidade</p><p>que diminui progressivamente ao rodar dos parafusos que se deslocam</p><p>para a frente, desde a abertura de sucção até a saída de descarga.</p><p>A redução do volume do ar no interior da cavidade produz uma forte</p><p>compressão, que flui de forma contínua na abertura de descarga.</p><p>Pode atingir a valores de</p><p>pressão de até 13 bar,</p><p>com possibilidade de um</p><p>elevado valor da vazão, e</p><p>seu funcionamento é</p><p>silencioso.</p><p>Compressor Volumétrico de Lóbulos (Tipo Roots)</p><p>Esse tipo de compressor é caracterizado por dois rotores descentrados,</p><p>com a forma apresentada na Figura. O ar vem aspirado e enviado na saída</p><p>de descarga, durante a rotação dos lóbulos.</p><p>No funcionamento desse tipo de compressor não há uma verdadeira</p><p>diminuição de volume, mas a compressão se dá por causa do envio da</p><p>quantidade de ar sempre maior no reservatório.</p><p>Os lóbulos não estão em contato entre si ou com a carcaça, mas,</p><p>projetados com precisão, de fato eles ficam constantemente tangentes</p><p>entre si e com a carcaça.</p><p>Turbocompressores Axial e Radial</p><p>Os turbocompressores axial e radial são chamados às vezes de</p><p>compressores dinâmicos e caracterizam-se por um eixo ao longo do</p><p>qual está sistematizada uma série de lâminas rotativas com uma</p><p>conformação geométrica particular, conforme a Figura.</p><p>Depois da fase de sucção do ar, as lâminas rotativas fornecem ao fluido</p><p>uma certa energia cinética, transformada sucessivamente por meio de</p><p>um difusor com variação de pressão.</p><p>A subdivisão em axial e radial se deve à forma de construção do eixo</p><p>principal, conforme a Figura. No caso do compressor axial (Figura a), no</p><p>caso do compressor radial (Figura b)</p><p>Dimensionamento de um Compressor Volumétrico</p><p>A escolha do tipo de compressor tem com base:</p><p>• vazão;</p><p>• pressão;</p><p>• tipo de acionamento.</p><p>Os compressores geralmente são acionados por motores elétricos</p><p>monofásicos/trifásicos ou por motores a explosão (gasolina ou</p><p>diesel).</p><p>Geralmente um compressor pode abastecer uma vazão efetiva, que</p><p>é dada da soma Qc do consumo das várias cargas (cilindros,</p><p>motores pneumáticos e outros equipamentos).</p><p>No caso de um reservatório de armazenamento, o valor calculado</p><p>deverá ser incrementado levando em consideração o coeficiente de</p><p>inserção  do compressor, definido como:</p><p>em que:</p><p>Tt é o tempo de trabalho do compressor</p><p>Ts é o tempo de parada.</p><p>Se o acionamento é elétrico, normalmente o percentual de inserção  é</p><p>de 50% (por exemplo, 30 minutos de trabalho e 30 minutos de parada a</p><p>cada hora).</p><p>Se, no entanto, temos um acionamento com motor a explosão, o</p><p>coeficiente de inserção  pode atingir um valor máximo de 70%.</p><p>100% </p><p>+</p><p>=</p><p>TsTt</p><p>Tt</p><p>I</p><p>O valor assim calculado deve ser aumentado por um fator K (1,2-1,5) para</p><p>levar em conta eventuais vazamentos do fluido na tubulação ou eventuais</p><p>ampliações da instalação. Considerando todos esses parâmetros, a vazão</p><p>efetiva Q de um compressor para alimentar corretamente uma instalação</p><p>com ar comprimido pode ser calculada assim:</p><p>(%)</p><p>100</p><p>I</p><p>K</p><p>QcQ =</p><p>Podemos ter uma noção da escolha do compressor utilizando a Figura</p><p>abaixo, em que temos o gráfico com a pressão de trabalho em função da</p><p>vazão efetiva do compressor.</p><p>Gráfico de escolha do compressor</p><p>Queremos alimentar uma instalação pneumática com uma carga compressiva de</p><p>Qc = 150 m3/h. Utilizamos um coeficiente de ampliação K = 1,2 (20%).</p><p>O tempo de trabalho do compressor deve ser de no máximo Tt = 1 h, seguido de</p><p>um tempo de parada Ts = 30 minutos. Pressão de trabalho 15 bar. Queremos</p><p>saber a vazão efetiva e o tipo de compressor necessário para alimentar essa</p><p>instalação.</p><p>Resolução:</p><p>100% </p><p>+</p><p>=</p><p>TsTt</p><p>Tt</p><p>I %66100</p><p>5,01</p><p>1</p><p>% =</p><p>+</p><p>=I</p><p>(%)</p><p>100</p><p>I</p><p>K</p><p>QcQ = hmQ 3272</p><p>66</p><p>2,1</p><p>100150 ==</p><p>Exercício</p><p>b) Calculamos a vazão do compressor:</p><p>a) Calculamos o coeficiente de inserção  :</p><p>Lembramos que 30 minutos = 1/2 h = 0,5 h.</p><p>Com base no gráfico da escolha do Compressor o melhor compressor é o de Pistão</p><p>O Reservatório</p><p>Os reservatórios têm as seguintes funções:</p><p>• armazenar o ar comprimido para depois ser utilizado.</p><p>• permitir ao compressor uma regulagem intermitente.</p><p>• eliminar as pulsações de fluido induzidas na tubulação devido ao</p><p>aumento improvisado da demanda de carga pneumática.</p><p>Tipo de reservatórios:</p><p>• reservatório de pequeno</p><p>porte horizontal (Figura</p><p>A)</p><p>• reservatório de grande</p><p>porte vertical (Figura B).</p><p>No cálculo da capacidade de um reservatório, deve-se considerar a</p><p>vazão do compressor e o próprio sistema de regulagem.</p><p>Uma prática muito utilizada indica que um reservatório deve poder</p><p>armazenar pelo menos a produção de ar comprimido total fornecida</p><p>pelo compressor no primeiro minuto.</p><p>Por exemplo, se um compressor distribui uma vazão compressiva de Q =</p><p>80 m3/min, com pressão de exercício relativa de pr = 0,7 MPa, para</p><p>calcular a capacidade total do reservatório, efetuamos o seguinte</p><p>procedimento:</p><p>Capacidade de um Reservatório</p><p>• pressão absoluta do ar no estado livre:</p><p>pa0 = 0,1 MPa</p><p>• volume de ar no estado livre:</p><p>V0 = 80 m3</p><p>• pressão absoluta de ar armazenada:</p><p>pa1 = pr + 0,1 = 0,7 + 0,1 = 0,8 MPa</p><p>• primeira lei de Boyle-Mariotte:</p><p>V0 x pa0 = V1 x pa1</p><p>V1= V0 x pa0 / pa1 = 80 x 0,1 / 0,8 = 10 m3</p><p>Sistema de Regulagem nos Compressores</p><p>Para o uso correto do compressor, deve-se regular a vazão, devido às</p><p>mudanças que ocorrem a cada hora na instalação. Em poucas palavras, é</p><p>necessário efetuar uma regulagem automática. As regulagens mais</p><p>frequentes são:</p><p>• Regulagem com marcha sem carga (vazio);</p><p>• Regulagem com marcha em carga parcial;</p><p>• Regulagem com marcha intermitente.</p><p>• Regulagem com Marcha sem Carga (Vazio)</p><p>Com essa solução, o compressor está sempre em</p><p>funcionamento. Ocorre que determinados dispositivos atuam</p><p>com alívio do ar, de tal forma que o ar não seja ulteriormente</p><p>comprimido quando a pressão chega a um determinado valor.</p><p>Nesse sistema, conforme a Figura, utiliza-</p><p>se uma válvula de segurança do tipo de</p><p>alívio (5) que determina quando no</p><p>interior do reservatório (4) e na rede um</p><p>determinado valor é superado. Nesse</p><p>caso, temos a descarga no ambiente da</p><p>pressão em excesso. A presença da</p><p>válvula auxiliar, chamada normalmente de</p><p>válvula de retenção sem mola (3), impede</p><p>que o reservatório seja esvaziado de ar.</p><p>Essa técnica é utilizada somente em insta-</p><p>lações de pequeno porte.</p><p>▪ Regulagem por descarga</p><p>▪ Regulagem por fechamento</p><p>Nesse sistema, conforme a Figura , utiliza-se</p><p>uma válvula de controle direcional (5) que</p><p>permite o bloqueio do circuito de aspiração.</p><p>De fato, quando o sinal proveniente da rede</p><p>(linha tracejada) supera um determinado</p><p>valor, há o acionamento da válvula de</p><p>controle direcional (5), que, comutando,</p><p>bloqueia o fluxo de ar em aspiração. Quando</p><p>a pressão em rede diminui, a válvula retorna</p><p>à situação inicial, e o compressor (2) retoma</p><p>a fase de aspiração do ar.</p><p>Essa técnica é muito utilizada com</p><p>compressores de pistão.</p><p>▪ Regulagem por garras</p><p>Nesse sistema, a válvula de aspiração é utilizada nos compressores de</p><p>pistão em que um mecanismo mantém permanentemente a válvula de</p><p>aspiração aberta, de modo que o ar aspirado seja reejetado sem ser</p><p>comprimido. Claramente, se a pressão desce a um valor mínimo, temos</p><p>um novo reabastecimento do reservatório.</p><p>• Regulagem com Marcha em Carga Parcial</p><p>Com essa solução, o compressor está sempre em funcionamento, mas,</p><p>quando atinge determinados valores e pressão, o sistema diminui o valor</p><p>da vazão em relação ao seu valor nominal. Pode ser efetuada com:</p><p>▪ Regulagem por rotação</p><p>Temos um controle completo da rotação do motor do compressor,</p><p>naturalmente quanto maior é o número de rpm (rotações por minuto),</p><p>maior é a vazão efetiva e vice-versa; a diminuição das rpm diminui a vazão</p><p>efetiva.</p><p>A regulagem com marcha</p><p>intermitente, conforme a Figura,</p><p>permite o funcionamento do</p><p>compressor (2) acionado do motor M1</p><p>somente a plena carga. O</p><p>funcionamento é regulado pelo</p><p>pressostato (S1). Quando em rede ou</p><p>no reservatório (4) a pressão excede</p><p>um valor estabelecido (pressão limite),</p><p>o contator K1 desliga o motor M1 e</p><p>vice-versa, quando a pressão desce</p><p>abaixo de um determinado valor, o</p><p>compressor torna a acionar, ligando o</p><p>contator K1.</p><p>Por fim temos a presença da válvula de</p><p>retenção sem mola (3), que impede</p><p>que o reservatório seja esvaziado.</p><p>• Regulagem com Marcha Intermitente</p><p>DISTRIBUIÇÃO DO AR COMPRIMIDO</p><p>O ar tratado em uma central de compressão deve ser distribuído para a</p><p>fábrica.</p><p>A rede de distribuição deve ser projetada e realizada procurando reduzir</p><p>ao mínimo a queda de pressão nas tubulações e eliminar a condensação</p><p>de pequena parte do ar.</p><p>Rede de Distribuição</p><p>A distribuição do ar pode ser efetuada simplesmente por meio de:</p><p>▪ uma rede aberta da qual são derivadas as várias cargas</p><p>pneumáticas;</p><p>▪ uma rede com linha fechada ou por anéis;</p><p>▪ uma rede com linha/entrelaçada.</p><p>Uma rede aberta se apresenta como na Figura. É aconselhável quando o</p><p>consumo de ar não excede 100 m3/h e quando não existe uma simulta-</p><p>neidade da absorção de ar na rede. E indicada também quando queremos</p><p>abastecer pontos da rede muito isolados.</p><p>Tem as seguintes desvantagens:</p><p>• a queda de pressão aumenta com o aumento da distância do</p><p>reservatório;</p><p>• não é possível secionar a rede sem desligar a alimentação.</p><p>Rede Aberta</p><p>Rede com Linha Fechada ou por Anéis</p><p>Uma rede com linha fechada se apresenta como na Figura.</p><p>Esta solução é melhor do que a com rede aberta. De fato, oferece as</p><p>seguintes vantagens:</p><p>• maior uniformidade de pressão com a variação da absorção de ar na</p><p>rede;</p><p>• possibilidade de inserir válvulas para futuras ampliações ou para</p><p>eventuais intervenções de manutenção.</p><p>Rede com Linha Entrelaçada</p><p>Uma rede com linha entrelaçada se apresenta como na Figura</p><p>E a melhor solução no caso de instalações de grande porte.</p><p>Perdas de Carga (Queda de Pressão)</p><p>A queda de pressão ocorre devido em parte à viscosidade do fluido, ao</p><p>atrito nas paredes da tubulação pneumática e à mudança rápida de</p><p>direção do fluido devido aos pontos de estrangulamento.</p><p>Temos dois tipos de perdas em geral:</p><p>• Perdas de cargas contínuas ou distribuídas: são aquelas que ocorrem</p><p>ao longo da tubulação reta, de diâmetro constante e pouco variável.</p><p>• Perdas de cargas localizadas ou concentradas: são aquelas que</p><p>ocorrem por causa da mudança rápida de direção do fluido ao longo</p><p>da tubulação devido aos pontos de estrangulamento.</p><p>Dimensionamento da Linha Principal (tronco)</p><p>Ao proceder ao dimensionamento do diâmetro mínimo necessário à linha</p><p>principal, de forma que ela possa atender à pressão e vazão necessárias</p><p>aos diversos pontos de alimentação que se distribuirão por dentro da</p><p>fábrica, é necessário já estimar um possível aumento de demanda ao</p><p>longo dos anos.</p><p>Esse dimensionamento deve considerar uma queda de pressão de 0,3 a</p><p>0,5kgf/cm2 do reservatório (adotar 0,5 a partir de 500m) até o</p><p>consumidor.</p><p>Para o cálculo da tubulação, precisamos dispor pelo menos dos seguintes</p><p>parâmetros:</p><p>• vazão efetiva;</p><p>• comprimento da tubulação considerada;</p><p>• perdas de carga admitidas;</p><p>• pontos de estrangulamento (são chamados também de</p><p>singularidades e podem ser curvas, tês, registros etc).</p><p>• pressão de regime;</p><p>Vazão efetiva  Volume de Ar Corrente</p><p>É a quantidade em m3 de ar por hora que será consumida da rede, pelos</p><p>automatismos,</p><p>supondo todos em funcionamento em um mesmo</p><p>momento.</p><p>Para efeito de dimensionamento seguro e recordando a possibilidade de</p><p>futura ampliação dos pontos de consumo, deve-se somar a esse volume</p><p>o percentual estimado para a futura ampliação.</p><p>Variável Unidade</p><p>Q ..............................[m3/h]</p><p>Comprimento da tubulação considerada</p><p>Comprimento Total da Linha Tronco</p><p>É a soma do comprimento linear da tubulação da linha tronco com o</p><p>comprimento equivalente originado dos pontos de estrangulamento.</p><p>Variável Unidade</p><p>Lt [m]</p><p>Lt = L1 + L2</p><p>L1 = Comprimento retilíneo [m]</p><p>L2 = Comprimento equivalente [m]</p><p>Queda de Carga (Pressão) Admitidas</p><p>A pressão de um fluido, ao deslocar-se através de uma tubulação, sofre</p><p>gradual redução ao longo do comprimento, em função dos atritos internos</p><p>e dos possíveis estrangulamentos (curvas, registros, Tês, etc.) que existam</p><p>ao longo dela.</p><p>Essa queda de pressão, também conhecida como perda de carga, para um</p><p>satisfatório desempenho da rede, não deve exceder 0,3kgf/cm2.</p><p>Em caso de grandes redes pode chegar ao máximo de 0,5kgf/cm2.</p><p>Variável Unidade</p><p>P [kgf/cm2]</p><p>Número de Pontos de Estrangulamento</p><p>São as singularidades já mencionadas (curvas, registros, tês, etc.),</p><p>necessárias para distribuição da linha tronco por dentro de toda a planta</p><p>industrial.</p><p>Essas singularidades devem ser transformadas em comprimento</p><p>equivalente (L2), o que é possível com a utilização da Tabela A6 a seguir.</p><p>Pressão de Regime</p><p>Como já fora visto anteriormente, é a pressão na qual o ar se encontra</p><p>armazenado no reservatório (7 a 12 kgf/cm2). Lembrando que a pressão</p><p>de trabalho considerada econômica industrialmente é de 6 kgf/cm2.</p><p>Variável Unidade</p><p>P ......................[kgf/cm2]</p><p>Equacionamento</p><p>A determinação do diâmetro mínimo necessário para atender à demanda,</p><p>inclusive já prevendo expansão futura, pode ser obtida então pelo</p><p>seguinte equacionamento das variáveis citadas:</p><p>O diâmetro obtido corresponderá ao diâmetro interno e será em unidade</p><p>de milímetros.</p><p>O estabelecimento do diâmetro comercial do tubo pode ser feito por meio</p><p>da Tabela A5 para tubos de aço preto ou galvanizado ASTM A 120</p><p>SCHEDULE 40, a seguir.</p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p>=</p><p>−</p><p>5</p><p>85,1310663785,1</p><p>10</p><p>PP</p><p>LtQ</p><p>d</p><p>Exemplo Prático</p><p>A seguir, é demonstrado um exemplo prático em que se deseja</p><p>determinar o diâmetro necessário à tubulação da linha tronco de uma</p><p>rede com as seguintes características:</p><p>Comprimento de tubulação linear (retilíneo) 300m</p><p>Perda de carga admitida 0,3 kgf/cm²</p><p>Pressão de regime 9 kgf/cm2</p><p>Volume de ar corrente 300 m3/h</p><p>Aumento de capacidade prevista nos próximos 10 anos 60%</p><p>Singularidades</p><p>5 tês roscados com fluxo em ramal</p><p>29 tês roscados com fluxo em linha</p><p>7 válvulas do tipo gaveta, roscadas</p><p>6 curvas de 90° de raio longo</p><p>Solução</p><p>Em primeiro lugar é necessário dispor em uma tabela todas as</p><p>singularidades com seus respectivos comprimentos equivalentes, porém,</p><p>ao consultarmos a Tabela A.6</p><p>Verificamos que há necessidade do conhecimento de um diâmetro</p><p>nominal. Esse diâmetro será obtido de uma primeira aplicação da</p><p>equação do diâmetro, sem, no entanto, considerar a existência das</p><p>singularidades, ou seja, será considerado apenas o comprimento da</p><p>tubulação retilínea. Assim, teremos:</p><p>Lembrando que, em 10 anos a capacidade deve crescer 60%, o volume de ar será:</p><p>d = 70mm  3 in (diâmetro nominal- Tabela A.5).</p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p>=</p><p>−</p><p>5</p><p>85,13 110663785,1</p><p>10</p><p>PP</p><p>LQ</p><p>d</p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p>=</p><p>−</p><p>5</p><p>22</p><p>85,1</p><p>3</p><p>3</p><p>93,0</p><p>)300(48010663785,1</p><p>10</p><p>cm</p><p>kgf</p><p>cm</p><p>kgf</p><p>m</p><p>h</p><p>m</p><p>d</p><p>h</p><p>m</p><p>Q</p><p>3</p><p>4806,1300 ==</p><p>Substituindo as variáveis:</p><p>Tabulando agora as singularidades em uma grade, teremos:</p><p>Singularidades QTD Comp. Equiv. Total</p><p>Tê roscado com fluxo em ramal 5 5,2 26</p><p>Tê roscado com fluxo em linha 29 3,7 107,3</p><p>Válvula do tipo gaveta, roscada 7 0,58 4,06</p><p>Curva de 90° de raio longo 6 1,2 7,2</p><p>Comprimento Equivalente Total (L2): 144,56</p><p>O comprimento total da linha tronco será:</p><p>Lt = L1 + L2 = 300m + 144,56m = 444,56m</p><p>Reaplicando a equação do diâmetro e substituindo as variáveis:</p><p>d = 75,79mm  3 in (diâmetro nominal - Tabela A.5)</p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p>=</p><p>−</p><p>5</p><p>22</p><p>85,1</p><p>3</p><p>3</p><p>93,0</p><p>)56,444(480106637855,1</p><p>10</p><p>cm</p><p>kgf</p><p>cm</p><p>kgf</p><p>m</p><p>h</p><p>m</p><p>d</p><p>Dimensionamento das Linhas Secundária e de Alimentação</p><p>O dimensionamento das linhas secundárias e de alimentação pode ser</p><p>feito aplicando a mesma equação do diâmetro.</p><p>No caso das linhas secundárias, sendo todas de mesmo comprimento,</p><p>divide-se o volume de ar corrente pelo número de linhas secundárias, e</p><p>procede-se ao cálculo, ajustando também a valor da variável</p><p>comprimento (Lt).</p><p>Exemplo Prático 1</p><p>Supondo que a rede calculada anteriormente tenha a vista superior,</p><p>conforme demonstrada na figura seguinte:</p><p>Os dados referentes às linhas secundárias, conforme a figura abaixo, são</p><p>os seguintes:</p><p>Comprimento de tubulação linear (retilíneo) 11m</p><p>Perda de carga admitida 0,3 kgf/cm²</p><p>Pressão de regime 9 kgf/cm2</p><p>Volume de ar corrente 300 m3/h</p><p>Aumento de capacidade prevista nos próximos 10 anos 60%</p><p>Singularidades</p><p>3 tês roscados com fluxo em ramal</p><p>1 válvula do tipo gaveta, roscada</p><p>1 curva 90 raio longo, roscada</p><p>1 cotovelo de 90° roscado</p><p>São dez linhas secundárias de igual comprimento.</p><p>Solução</p><p>Volume de ar corrente por linha secundária (Q):</p><p>Aplicando a equação do diâmetro</p><p>d = 15,42 mm  ½ in (diâmetro nominal- Tabela A.5).</p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p>=</p><p>−</p><p>5</p><p>22</p><p>85,1</p><p>3</p><p>3</p><p>93,0</p><p>)11(0,4810663785,1</p><p>10</p><p>cm</p><p>kgf</p><p>cm</p><p>kgf</p><p>m</p><p>h</p><p>m</p><p>d</p><p>h</p><p>mh</p><p>m</p><p>Q</p><p>3</p><p>3</p><p>0,48</p><p>10</p><p>6,1300</p><p>=</p><p></p><p>=</p><p>Tabulando agora as singularidades em uma grade, teremos:</p><p>Singularidades QTD Comp.</p><p>Equiv.</p><p>Total</p><p>Tê roscado com fluxo em ramal 3 1,3 3,9</p><p>Válvula do tipo gaveta, roscada 1 0,17 0,17</p><p>Curva de 90° de raio longo, roscada 1 0,67 0,67</p><p>Cotovelo 90° comum roscado 1 1,1 1,1</p><p>Comprimento Equivalente Total (L2): 5,84</p><p>O comprimento total da linha secundária será:</p><p>Lt = L1 + L2 = 11m + 5,84m = 16,84m</p><p>Reaplicando a equação 2.6 e substituindo as variáveis:</p><p>d = 16,80mm  3/4 in (diâmetro nominal- Tabela A.5 ).</p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p>=</p><p>−</p><p>5</p><p>22</p><p>85,1</p><p>3</p><p>3</p><p>93,0</p><p>)84,16(0,4810663785,1</p><p>10</p><p>cm</p><p>kgf</p><p>cm</p><p>kgf</p><p>m</p><p>h</p><p>m</p><p>d</p><p>Exemplo Prático 2</p><p>Conforme figura, a linha de alimentação possui as seguintes</p><p>características:</p><p>Comprimento de tubulação linear (cada linha) 5m</p><p>Perda de carga admitida 0,3 kgf/cm²</p><p>Pressão de regime 9 kgf/cm2</p><p>Volume de ar corrente 48 m3/h</p><p>São três linhas de alimentação de igual comprimento por cada linha</p><p>secundária.</p><p>Singularidades</p><p>1 tê roscado com fluxo em ramal</p><p>1 válvula do tipo gaveta, roscada</p><p>1 curva 180 raio longo, roscada</p><p>Solução</p><p>Volume de ar corrente por linha de alimentação (Q):</p><p>Aplicando a equação do diâmetro:</p><p>d = 8,77mm  1/4 in (diâmetro nominal- Tabela A.5)</p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p>=</p><p>−</p><p>5</p><p>22</p><p>85,1</p><p>3</p><p>3</p><p>93,0</p><p>)5(0,1610663785,1</p><p>10</p><p>cm</p><p>kgf</p><p>cm</p><p>kgf</p><p>m</p><p>h</p><p>m</p><p>d</p><p>h</p><p>mh</p><p>m</p><p>Q</p><p>3</p><p>3</p><p>0,16</p><p>3</p><p>0,48</p><p>==</p><p>Singularidades QTD Comp. Equiv. Total</p><p>Tê roscado com fluxo em ramal 1 1,3 1,3</p><p>Válvula do tipo gaveta, roscada 1 0,17 0,17</p><p>Curva de 180° de raio longo, roscada 1 1,1 1,1</p><p>Comprimento Equivalente Total (L2): 2,57</p><p>Tabulando agora as singularidades em uma grade, teremos:</p><p>O comprimento total da linha alimentação será:</p><p>Lt = L1 +L2 = 5m + 2,57m = 7,57m</p><p>Reaplicando a equação diâmetro e substituindo as variáveis:</p><p>d = 9,53mm  3/8 in (diâmetro nominal- Tabela A.5</p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p>=</p><p>−</p><p>5</p><p>22</p><p>85,1</p><p>3</p><p>3</p><p>93,0</p><p>)57,7(1610663785,1</p><p>10</p><p>cm</p><p>kgf</p><p>cm</p><p>kgf</p><p>m</p><p>h</p><p>m</p><p>d</p><p>Dimensionamento da Linha Tronco a Partir de um Nomograma</p><p>A FMA Pokomy, de Frankfurt, na Alemanha, desenvolveu um</p><p>nomograma o qual permite obter o diâmetro da tubulação da linha</p><p>tronco, de forma um pouco mais rápida, com cálculos simples, porém</p><p>não tão precisos.</p><p>Na seguir</p><p>é apresentado o nomograma, e que pode ser usado</p><p>conforme as seguintes instruções.</p><p>Exemplo Prático</p><p>Utilize o nomograma A7, para solução do exemplo pratico</p><p>apresentado anteriormente e resolvido por meio de equacionamento.</p><p>Solução:</p><p>"A solução deste exercício encontra-se resolvida no próprio</p><p>nomograma".</p><p>Passo 1:</p><p>Traça-se inicialmente uma linha, ali referenciada como (1), unindo o</p><p>ponto 300m do eixo "comprimento da tubulação", cruzando pelo</p><p>ponto de volume 480 m³/h, do eixo "volume aspirado", até encontrar</p><p>o EIXO 1.</p><p>Passo 2:</p><p>Do eixo "queda de pressão", traçar a linha (2), partindo do ponto 0,3</p><p>bar, que é a queda de pressão admitida, até encontrar a pressão de</p><p>regime de trabalho da rede (9 bar), no eixo "pressão de regime". Essa</p><p>linha cruzará sobre o EIXO 2.</p><p>Passo 3:</p><p>Unir com uma reta o ponto de cruzamento da linha (1) com o EIXO 1,</p><p>ao ponto da linha (2) com o EIXO 2.</p><p>Passo 4:</p><p>Ler sobre o eixo "diâmetro interno do tubo", no ponto ali marcado com</p><p>um (X), qual o diâmetro de referência para a tubulação da linha tronco.</p><p>O valor é impreciso, mas aparentemente gira em tomo de 58mm.</p><p>Passo 5:</p><p>A partir desse diâmetro de referência, seguir o procedimento comum,</p><p>obtendo com o auxílio das tabelas A5 e A6, as perdas de carga por</p><p>singularidades e ao final somá-las ao comprimento de tubulação linear,</p><p>que em nosso caso era os 300m.</p><p>Problema 1 Determinar o diâmetro necessário à tubulação da</p><p>linha tronco de uma rede com as seguintes características:</p><p>Comprimento de tubulação linear...................................400 m</p><p>Perda de carga admitida..........................................0,3 kgf/cm²</p><p>Pressão de regime...................................................9,0 kgf/cm²</p><p>Volume de ar corrente.................................................350 m³/h</p><p>Aumento de capacidade prevista nos próximos 10 anos...60%</p><p>Singularidades:</p><p>06 Tês roscados com fluxo em ramal</p><p>30 Tês roscado com fluxo em linha</p><p>08 Válvulas do tipo gaveta, roscado</p><p>07 Curvas de 90º de raio longo roscado.</p><p>Problema 2) Determinar o diâmetro necessário à tubulação para 12</p><p>linhas secundárias de uma rede com as seguintes características:</p><p>1)Comprimento de tubulação linear.........................................18 m</p><p>2)Perda de carga admitida.............................................0,3 kgf/cm²</p><p>3)Pressão de regime......................................................9,0 kgf/cm²</p><p>4)Volume de ar corrente total na fabrica...........................350 m³/h</p><p>5)Aumento de capacidade prevista nos próximos 10 anos..... 60%</p><p>Singularidades:</p><p>3 tês roscados com fluxo em ramal</p><p>1 válvula do tipo gaveta, roscado</p><p>1 curva de 90º de raio longo, roscada.</p><p>Problema 3) Determinar o diâmetro necessário à tubulação para 4</p><p>linhas de alimentação de uma rede com as seguintes características:</p><p>•Comprimento de tubulação linear..................................................5 m</p><p>•Perda de carga admitida....................................................0,3 kgf/cm²</p><p>•Pressão de regime.............................................................9,0 kgf/cm²</p><p>•Volume de ar corrente total na fabrica.................................350 m³/h</p><p>•Aumento de capacidade prevista nos próximos 10 anos..... 60%</p><p>Singularidades:</p><p>1tês roscados com fluxo em ramal</p><p>1 válvula do tipo gaveta, roscado</p><p>1 curva de 180º de raio longo, roscada.</p><p>Problema 4 Determinar o diâmetro necessário à tubulação da</p><p>linha tronco de uma rede com as seguintes características:</p><p>Comprimento de tubulação linear...................................350 m</p><p>Perda de carga admitida..........................................0,3 kgf/cm²</p><p>Pressão de regime...................................................9,0 kgf/cm²</p><p>Volume de ar corrente.................................................300 m³/h</p><p>Aumento de capacidade prevista nos próximos 10 anos...60%</p><p>Singularidades:</p><p>06 Tês roscados com fluxo em ramal</p><p>25 Tês roscado com fluxo em linha</p><p>08 Válvulas do tipo gaveta, roscado</p><p>07 Curvas de 90º de raio longo roscado.</p><p>5) Determinar o diâmetro necessário à tubulação para 12 linhas</p><p>secundárias de uma rede com as seguintes características:</p><p>a. Comprimento de tubulação linear.....................................15 m</p><p>b. Perda de carga admitida..........................................0,3 kgf/cm²</p><p>c. Pressão de regime...................................................9,0 kgf/cm²</p><p>d. Volume de ar corrente total na fabrica.......................300 m³/h</p><p>e. Aumento de capacidade prevista nos próximos 10 anos..60%</p><p>Singularidades:</p><p>3 tês roscados com fluxo em ramal</p><p>1 válvula do tipo gaveta, roscado</p><p>1 curva de 90º de raio longo, roscada.</p><p>6) Determinar o diâmetro necessário à tubulação para 4 linhas de</p><p>alimentação de uma rede com as seguintes características:</p><p>a) Comprimento de tubulação linear......................................4 m</p><p>b) Perda de carga admitida.............................................0,3 kgf/cm²</p><p>c) Pressão de regime......................................................9,0 kgf/cm²</p><p>d) Volume de ar corrente total na fabrica.........................300 m³/h</p><p>e) Aumento de capacidade prevista nos próximos 10 anos..... 60%</p><p>Singularidades:</p><p>1 tês roscados com fluxo em ramal</p><p>1 válvula do tipo gaveta, roscado</p><p>1 curva de 180º de raio longo, roscada.</p><p>FIM</p>