BOMBAS DE PALHETAS 2-5-2018

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Instalações Industriais
Professor: Me. Aux. Ramón Francisco Bernal Chacón
Tema 3: Máquinas volumétricas rotativas auxiliares: Compressores e bombas de palhetas.
O que é bomba de palhetas?
São bombas que possuem baixo fluxo de pulsação, mais utilizadas em máquinas de fundição, moldagem por injeção e maquinário de construção. 
Sua principal característica e vantagem em relação a outras bombas hidráulicas (de acordo com o uso), é a pulsação leve e constante, ou seja, com esta configuração o grau de silêncio é maior, mesmo com a velocidade de rotação elevada. 
Características
Deslocamento: 6 a 640 cc.
Pressão: até 200 bar.
Velocidade: de 500 a 3000 rpm.
A bomba hidráulica funciona com acionamento por motores a combustão ou elétricos, transmitindo energia pelo fluido hidráulico. 
São amplamente empregadas na indústria, como também na construção civil, sendo utilizadas em escavadeiras e tratores. 
Porém, outros modelos de bombas também são disponibilizados no mercado, como a bomba hidráulica de palheta. 
A bomba hidráulica de palheta funciona da seguinte maneira: ela opera em uma pulsação leve e constante, produzindo menos ruído e mais velocidade. 
É utilizado um sistema de ventoinhas para criar o fluxo que é varrido para uma cavidade semilunar. 
A bomba hidráulica de palheta é normalmente encontrada em máquinas de fundição, moldagem por injeção e maquinário para a construção de estradas. 
VANTAGENS DA BOMBA HIDRÁULICA DE PALHETA
A bomba hidráulica de palheta não tem contato de metal com metal e compensa quando o ponto de avaliação é a durabilidade. 
São bombas bem silenciosas e funcionam muito bem em transferência de fluidos, já que possuem ótimas características de sucção. 
Outro ponto positivo a ressaltar é a grande variedade de velocidades e de viscosidades.
VANTAGENS DA BOMBA HIDRÁULICA DE PALHETA
Existem diversos modelos de bomba hidráulica de palheta, elas podem ser: 
Bomba hidráulica de palheta de uma câmara, 
Bomba hidráulica de palheta de duas câmaras 
Bomba de palheta de deslocamento variável. 
Os pontos em comum entre esses modelos é que todas usam os mesmos dispositivos: 
Rotor e ventoinha, 
Volume de deslocamento de 6 a 640 cc, 
Pressão máxima até 200 bar 
E variedade de velocidade 500 a 3000 rpm.
O que é bomba de palhetas?
Em geral, a pressão operacional da bomba de palheta é de cerca de 175 BAR, mas podem ser projetadas para operarem a 200/300 BAR, de acordo com o emprego. 
Está disponível em versões de uma ou duas aberturas (câmara) que utilizam rotor e ventoinha. 
O que é bomba de palhetas?
O rotor se move radialmente com a força centrífuga, o que empurra a palheta para o encaixe na base. 
E o anel de lançamento em ambos os tipos é o que define suas distinções, pois limita o movimento.
A bomba de palhetas rotativas é uma bomba de deslocamento positivo que consiste de palhetas montadas em um rotor que gira dentro de uma cavidade. 
Em alguns casos estas palhetas podem ser de comprimento variável e/ou tensionadas para manter contato com as paredes nas quais a bomba gira. 
A bomba de palhetas rotativas:
Foi inventada por Charles C. Barnes de Sackville, New Brunswick que a patenteou em 16 de junho de 1874.[1]
Bomba de palhetas rotativas. Note-se que modernas bombas tem uma área de contato entre o rotor e o estator (e não uma linha de contato).
1. corpo da bomba 2. rotor 3. palhetas 4. mola
A mais simples bomba de palhetas rotativas é um rotor circular girando dentro de uma cavidade circular mais larga. 
Os centros destes dois círculos são descentrados, causando ecentricidade. 
As palhetas são livres para entrar e sair do rotor e selo em todas as margens, com a criação de câmaras de palhetas que fazem o trabalho de bombeamento. 
No lado da entrada da bomba, as câmaras de palhetas aumentam de volume. 
Estas câmaras de palhetas que aumentam o volume estão cheias de líquido forçada pela pressão de entrada. 
Muitas vezes esta pressão de entrada não é nada mais do que a pressão da atmosfera. 
Do lado de descarga da bomba, as câmaras de palhetas estão diminuindo em volume, forçando o fluido da bomba. 
A ação da palheta expulsa o mesmo volume de fluido a cada rotação. 
As bombas de vácuo rotativas de palhetas multiestágio podem atingir pressões tão baixas quanto 10−3 mbar (0.1 Pa).
Usos
Usos comuns de bombas de palhetas rotativas incluem bombas hidráulicas de alta pressão e usos automotivos incluindo bombas de supercompressão, direção assistida e câmbio automático. 
Bombas para pressões de faixa mediana incluem aplicações como carbonadores de dosadores de refrigerantes e máquinas de café espresso. 
Eles também são frequentemente utilizados como bombas de vácuo para prestação de assistência à frenagem (através de uma frenagem servofreio) em caminhões grandes, e na maioria dos aviões leves para conduzir instrumentos de voo giroscópicos, o horizonte artificial e indicador de rumo. 
Bomba de palhetas na indústria. Usos
Além disso, as bombas de palhetas podem ser usados em aplicações de gás de baixa pressão, como injeção secundária de ar para controle de emissão de exaustão, e em aplicações de vácuo incluindo linhas de evacuação de fluido refrigerante em condicionadores de ar, e secadores a frio laboratoriais, extensivamente em sistemas de deposição química de vapor em semicondutores, e experimentos com vácuo em física. 
Nesta aplicação o gás bombeado e o óleo são misturados dentro da bomba, mas devem ser separados externamente
As bombas de palheta são equipamentos para bombear líquidos e fluidos.
A bomba de palhetas é um dispositivo que funciona segundo o princípio de deslocamento positivo. 
Composta por uma série de palhetas que são montadas para um rotor, que proporciona a circulação com a cavidade principal, a bomba de palhetas torna possível forçar o líquido através de um tubo ou sistema de duto no ritmo desejado pelo operador.
BOMBAS ROTATIVAS DE PALHETAS
Estas bombas de vácuo são constituídas de um corpo cilíndrico no qual gira numa posição excêntrica - um rotor com canais nos quais são inseridos as palhetas. 
BOMBAS ROTATIVAS DE PALHETAS
Durante a rotação deste último são empurrados em contacto com o corpo da bomba, por efeito da força centrífuga, criando um espaço fechado que aumenta progressivamente o volume retirando ar do recipiente a ser evacuado e expelindo-o da tubulação para a descarga. 
BOMBAS ROTATIVAS DE PALHETAS
Se for usado como um compressor, o ar de admissão vem da descarga.
As bombas a seco pode trabalhar em serviço contínuo, seja da pressão atmosférica, seja ao máximo vácuo. 
BOMBAS ROTATIVAS DE PALHETAS
Pelo contrário não pode ser utilizado, exceto com filtros especiais, quando o ar de admissão está molhado ou contém vestígios de óleo ou outros fluídos.
BOMBAS ROTATIVAS DE PALHETAS
Os compressores rotativos têm a vantagem de fornecer ar a uma pressão dada, pulsação e, portanto, não necessitam de um tanque de armazenamento. 
BOMBAS ROTATIVAS DE PALHETAS
Tecnologia a Seco
 Bombas de palhetas rotativas
TECNOLOGIAS UTILIZADAS
Tecnologia a Seco
 Bombas de compressores de lôbulos de garra
TECNOLOGIAS UTILIZADAS
Tecnologia a Seco
 Turbinas
TECNOLOGIAS UTILIZADAS
Tecnologia a Seco
 Bombas de Compressores de pistão.
TECNOLOGIAS UTILIZADAS
Tecnologia a Seco
 Bombas de lôbulos (roots)
TECNOLOGIAS UTILIZADAS
Tecnologia Lubrificada
 Bombas rotativas de palhetas lubrificadas
TECNOLOGIAS UTILIZADAS
Tecnologia Lubrificada
 Bombas de banho de óleo
TECNOLOGIAS UTILIZADAS
RESUMO IMPORTANTE DE ELEMENTOS BÁSICOS A DOMINAR
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Conceitos Importantes
Pressão
Pressão é a força normal exercida por unidade de área
31
32
Conceitos Importantes
Pressão Manométrica x Pressão Absoluta
Pressão do Sistema
Pressão atmosférica local
1,033 kgf/cm2
Zero absoluto
Pman
Pabs
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Conceitos Importantes
Vazão
O volume por unidade de tempo que escoa através de determinada seção transversal de um conduto.34
Conceitos Importantes
Fluido – Principais Propriedades
Massa Específica: é a quantidade de massa que ocupa uma unidade de volume (kg/m³, lbm/ft³)
Volume Específico: é o volume ocupado por unidade de massa. Muito importante no estudo de fluidos compressíveis. (m³/kg, ft³/lbm)
Densidade: é a razão entre a massa específica desta substância e a massa específica de uma substância padrão. Para substâncias em estado líquido ou sólido, a substância de referência é a água a 15°C. Para substâncias no estado gasoso é o ar
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35
Conceitos Importantes
Fluido – Principais Propriedades
Pressão de Vapor: pressão na qual ao ser atingida, em uma dada temperatura constante, inicia-se a vaporização do líquido. 
Viscosidade: exprime a resistência ao cisalhamento interno, isto é, a qualquer força que tende a produzir o escoamento entre suas camadas. Depende diretamente da temperatura e natureza do fluido.
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Fluidos Compressíveis x Incompressíveis
Fluidos compressíveis são aqueles que quando pressurizados modificam seu volume específico.
Fluidos incompressíveis são aqueles que quando pressurizados não modificam consideravelmente seu volume específico.
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Conceitos Importantes
Escoamento de Fluidos
Escoamento laminar
O escoamento laminar tem como característica o movimento suave entre as camadas do fluido.
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Conceitos Importantes
Escoamento de Fluidos
Escoamento Turbulento
Caracteriza por movimentos tridimensionais aleatórios das camadas do fluido.
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Bombas
Para que servem?
39
40
Energia elétrica 
Combustão
Manual
Bombas
Objetivo
Transformar energia hidráulica em energia cinética e potencial ou seja transformar uma energia mecânica em movimento e pressão no fluido.
Motor
energia mecânica
Bomba
energia hidráulica
Fluido
energia cinética e potencial
40
41
Bombas
Tipos Disponíveis
Bombas Dinâmicas ou Turbo-bombas
Axial
Centrífuga
Fluxo Misto
Bombas Volumétricas ou Deslocamento Positivo
Alternativas (Pistão, Êmbolo, Diafragma)
Rotativas (Engrenagens, Lóbulos, Parafusos, Palhetas Deslizantes)
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42
Bombas Dinâmicas ou 
Turbo-bombas
Turbo-bombas ou bombas dinâmicas são máquinas nas quais a movimentação do líquido é produzida por forças que atuam na massa líquida, em conseqüência da rotação de uma roda (rotor), que aumenta a quantidade de movimento das partículas do líquido.
42
Bombas Dinâmicas ou 
Turbo-bombas
Bombas de Fluxo Axial
Toda a energia é transmitida ao fluido por forças permanentemente de arrasto. A direção de saída do líquido é paralela ao eixo da bomba.
É empregada quando se deseja elevadas vazões e cargas (alturas) pequenas.
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Bombas Dinâmicas ou 
Turbo-bombas
Bombas Centrífugas
A energia fornecida ao fluido é em grande parte cinética. Tal energia cinética posteriormente é convertida em pressão através do difusor.
É o tipo de bomba com mais aplicações na industria. 
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Bombas Dinâmicas ou 
Turbo-bombas
Bombas de Fluxo Misto
Parte da energia é fornecida devido à força centrífuga e parte devido à força de arrasto.
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Bombas Volumétricas
As bombas volumétricas são equipamentos que fornecem energia ao um fluido sob forma de pressão. O fluido, sucessivamente, enche e depois é expulso de espaços com volume determinado no interior da bomba.
46
47
Bombas Volumétricas
Bombas Alternativas
Empregadas principalmente quando se deseja cargas elevadas e vazões baixas. 
Causam pulsação na tubulação e conseqüente vibração da tubulação devido ao bombeamento do fluido
47
48
Bombas Volumétricas
Esquema Bomba Alternativa
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Bombas Volumétricas
Bombas Rotativas
São bombas comandadas por um movimento de rotação. 
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Bombas Volumétricas
Bomba Volumétrica de Lóbulos
50
50
Bombas Volumétricas
Bomba Volumétrica de Parafusos
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Bombas
Vantagens e Desvantagens
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Turbo-bombas
Bombas Volumétricas
A vazão bombeada depende das características de projeto da bomba, da rotação e das características do sistema em que está operando
Relação constante entre vazão de descarga e a velocidade da bomba
A energia é transmitida ao fluido pelo órgão mecânico, sob forma cinética, que posteriormente é convertida em energia de pressão
A vazão bombeada praticamente independe da altura e/ou pressão a serem vencidas
O início de funcionamento deve ser com a bomba cheia de fluido (escorvada).
O órgão mecânico transmite energia ao fluido sob forma exclusivamente de pressão
Menor custo de aquisição e manutenção
Podem iniciar seu funcionamento com a presença de ar em seu interior
Conseguem bombear líquidos muito viscosos
Aplicações que demandam altas pressões
Principais Problemas
Cavitação
Fenômeno que ocorre em decorrência da formação e o subseqüente colapso de bolhas de vapor do líquido quando o fluxo do fluido sofre variações de pressão em seu trajeto provocadas por: 
Redução local da pressão do fluido, atingindo a pressão de vapor do fluido e formando bolhas e vapor;
Colapso das bolhas formadas anteriormente quando elas atingem uma região de mais alta pressão.
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Principais Problemas
Cavitação
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Principais Problemas
Vazamentos e Contaminação do Ambiente
Ocorre principalmente devido à folgas entre as partes ou ineficiência do sistema de vedação da bomba.
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Principais Problemas
Corrosão das Partes
Pode ter diversos fundamentos, como fluido bombeado corrosivo em relação ao material das partes da bomba, materiais de fabricação das partes da bomba não compatíveis entre si. 
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Principais Problemas
Vibração
Problema que consome grande parte de energia do sistema, podendo levar ao colapso caso algumas freqüências sejam atingidas. Além de desgaste precoce das peças.
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Aplicações
58
Aplicações
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Resumão
60
Energia Mecânica
Energia Potencial
Energia Cinética
Inputs
Desnível de sucção,
Desnível de recalque,
Vazão desejada
Pressão desejada
Distancia a ser percorrida na tubulação
Fluido a ser bombeado
Perda na sucção e recalque 
Perda conexões
Outputs
Vazão e Pressão desejada do fluido
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Ventiladores
Para que servem?
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62
Energia elétrica 
Combustão
Manual
Ventiladores
Objetivo
Transformar energia mecânica do rotor em energia cinética e potencial ao fluido (gases) ou seja transformar uma energia mecânica em movimento e pressão no fluido.
Motor
energia mecânica
Ventilador
Fluido (gases)
energia cinética e potencial
62
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Ventiladores
Classificação quanto ao nível energético de pressão
Baixa pressão – até uma pressão efetiva de 0,02kgf/cm²
Média pressão – pressões de 0,02 a 0,08 kgf/cm²
Alta pressão – pressões de 0,08 a 0,250 kgf/cm²
Altíssimas pressões – pressões acima de 0,250 kgf/cm²
63
Ventiladores
Classificação quanto a modalidade construtiva
Centrífugos: quando a trajetória da partícula gasosa mo rotor é aproximadamente normal ao eixo do rotor
Hélico-centrífugos: quando a trajetória da partícula gasosa tem a característica helicoidal cônica
Axial: a trajetória da partícula gasosa pelo rotor aproxima-se de uma helicoidal cilíndrica
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Ventiladores
Classificação quanto a modalidade construtiva
65
Ventiladores
Classificação quanto a forma das pás
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Ventiladores
Velocidade específica
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n: Rotação (rpm)
Q: vazão (l/s²)
H: altura manométrica (mmca)
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Principais Problemas
Desbalanceamento
O desbalanceamento caracteriza-se por um distribuição de massa em relação ao eixo de rotação do componente girante.
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Principais Problemas
Rolamentos defeituosos
Possíveis causas para este tipo de problema são: 
Lubrificação ineficaz
Desbalanceamento do rotor
Quebra das partes constituintes do rolamento
69
69
70
Principais Problemas
Pulsação do ar
O ventilador deve operar na área de estabilidade de sua curva de performance. O ventilador está subdimensionado para esta aplicação ou que a resistência do sistema é maior que a especificada na seleção do ventilador. 
70
71
Principais Problemas
Eixo Empenado
Problemas na armazenagem ou na montagem do ventilador.Sentido de Rotação Trocado
Baixo desempenho do ventilador ou fluxo invertido.
71
Aplicações
72
Aplicações
Aplicações
75
Resumão
Energia Mecânica
Energia Potencial
Energia Cinética
Inputs
Vazão desejada
Pressão desejada
Peso específico do fluido
Características químicas do fluido
Equipamentos do sistema de ventilação
Distancia a ser percorrida pelo fluido
Outputs
Vazão e pressão desejada do fluido
75
Compressores
Para que servem?
Ao pressurizar o gás o mesmo pode:
Deslocar-se a longas distâncias em tubulações
Ser armazenado em reservatórios (acumular energia)
Realizar trabalho mecânico, atuando sobre dispositivos
76
Compressores
77
Compressores
78
Objetivo
O objetivo principal do compressor é transmitir a energia mecânica aos fluidos compressíveis de forma predominantemente de pressão
Energia elétrica 
Combustão
Manual
Motor
energia mecânica
Compressor
Fluidos compressíveis energia potencial de pressão
Compressores
Classificação dos Compressores
 Compressores Volumétricos:
Alternativos
Rotativos
Palhetas
Lóbulos
Parafusos
Compressores Dinâmicos ou Turbo Compressores:
Centrífugos
Axiais
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Compressores Volumétricos
Alternativos
80
Compressores Volumétricos
Alternativo
81
Compressores Volumétricos
Diagrama de Compressão
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Compressores Volumétricos
Fases do Processo de Compressão:
4-1: Fase de Admissão: Ao se deslocar o pistão, a válvula de sucção abre, permitindo a entrada do volume Vd de gás no cilindro, na pressão P1, a mesma do reservatório de sucção.
1-2: Fase de Compressão: Com as válvulas de sucção e descargas fechadas, o pistão comprime o gás. O gás ao atingir a pressão P2, abre-se a válvula de descarga, permitindo a saída do gás para o reservatório de descarga.
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Compressores Volumétricos
2-3: Fase de Descarga: O pistão desloca todo o gás que estava contido no cilindro para o reservatório de descarga a uma pressão constante P2, igual à do reservatório.
3-4: Fase de Expansão: Quando o pistão se deslocar ligeiramente, haverá uma rápida expansão da pequena massa de gás no interior do cilindro. O gás ao atingir a pressão P1, igual à do reservatório de sucção, a válvula de sucção se abre e cilindro recebe nova massa de ar e o ciclo se repete.
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Compressores Volumétricos
Sistema de Selagem do Pistão
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Compressores Dinâmicos ou Turbo-compressores
Centrífugos
Um compressor centrífugo aumenta a pressão do gás, acelerando-o enquanto ele escoa rapidamente através do impelidor, e convertendo posteriormente esse energia cinética em pressão pela passagem do gás em um difusor.
A operação desse compressor é portanto semelhante à de uma bomba centrífuga. Contudo, a diferença significativa na performance de ambos se deve ao fato do gás ser um fluido compressível.
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Compressores Dinâmicos ou Turbo-compressores
Centrífugos de Múltiplos Estágios
Como a transferência de energia é limitada pela rotação admissível, freqüentemente há a necessidade de empregar compressores de múltiplos estágios ou até em série.
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Compressores Dinâmicos ou Turbo-compressores
Principais Limitações
O compressor centrífugo de um modo geral tem ainda pressões limitadas, devido a:
Sistema de selagem do eixo, principal fator limitante;
Velocidade máxima do gás ( menor que a velocidade do som);
Estrutura mecânica do impelidor.
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Compressores Dinâmicos ou Turbo-compressores
Diagramas
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Vantagens e Desvantagens
Compressores
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Compressores Alternativos
Turbo Compressores
Capazes de operar com diferenças de pressão bastante altas
Menor custo de instalação (devido aos menores esforços, as fundações não necessitam ser tão grandes como para os alternativos
As propriedades do fluido pouco influem na sua performance
Menor custo de manutenção
Maior eficiência pararc> 2 por estágio
Maior eficiência pararc< 2 por estágio
Operam eficientemente em baixas vazões
Maior relação capacidade x espaço ocupado
Compressores
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Cuidados na Instalação
Tubulações para Compressores:
A tubulação de sucção de um compressor deve ser o mais curta possível e com o menor número possíveis de acidentes;
A tubulação de sucção deve ser drenável (separadores automáticos ou vasos coletores), para evitar a entrada de qualquer quantidade de líquido no compressor. 
Filtros de admissão de ar devem ficar elevados (aproximadamente 2,0 m acima do solo);
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Cuidados na Instalação
Na tubulação de descarga deve haver uma válvula de segurança descarregando para área segura e, logo após, uma válvula de bloqueio;
Amortecedores de pulsação de saída devem ficar o mais próximo possível do compressor. 
Devido as fortes vibrações nas linhas ligadas aos compressores alternativos, se necessário devem ser previstas ancoragens, amortecedores de vibração ou juntas de expansão especiais. 
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Resumão
Energia Mecânica
Energia Potencial (Pressão)
Inputs
Vazão desejada
Pressão desejada
Características do fluido compressível
Detalhes da instalação (tubulação, válvulas, etc)
Outputs
Vazão e pressão desejada do fluido
Fluido Compressível
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