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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO
CAMPUS UNIVERSITRIO DE RONDONPOLIS
INSTITUTO DE CINCIAS AGRRIAS E TECNOLGICAS
CURSO DE ENGENHARIA MECNICA
FABRCIO SILVA DO AMARAL MRCIO LUCAS RODRIGUES
PRINCPIOS DE FUNCIONAMENTO, DETALHES CONSTRUTIVOS E APLICAES
PARA COMPRESSORES
Rondonpolis - MT
Julho de 2014
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FABRCIO SILVA DO AMARAL
MRCIO LUCAS RODRIGUES
PRINCPIOS DE FUNCIONAMENTO, DETALHES CONSTRUTIVOS E APLICAES
PARA COMPRESSORES
Trabalho realizado como forma de avaliao para disciplina de
Comandos Hidrulicos e Pneumticos do Curso de Engenharia Mecnica da
Universidade Federal de Mato Grosso Prof. Mrcio Venzon
Rondonpolis MT
Julho de 2014
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Primeira planta de distribuio de ar comprimido
................................ 6
Figura 2. Classificao dos Compressores..
....................................................... 7
Figura 3. Ciclo de trabalho de um compressor de pisto de duplo
efeito. .......... 8
Figura 4. Cilindro com duplo efeito.
....................................................................
9
Figura 5. Efeito de mais de um estgio.
............................................................ 10
Figura 6. Compressor parafuso.
.......................................................................
13
Figura 7. Supercharger utilizado nos automveis
............................................. 13
Figura 8. Compressor Diafragma
......................................................................
15
Figura 9. Compressor Shulz utilizado em pequenas pinturas
........................... 16
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SUMRIO
LISTA DE FIGURAS
-------------------------------------------------------------------------------
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1. OBJETIVO DO
TRABALHO--------------------------------------------------------------
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2. INTRODUO TERICA
----------------------------------------------------------------
6
2.1 Compressor com pisto de simples estgio e duplo efeito
----------------------- 8
2.2 Compressor com pisto de dois ou mais estgio e duplo efeito
----------------- 8
2.2.1 Detalhe Construtivo
----------------------------------------------------------- 11
2.2.2 Aplicao
------------------------------------------------------------------------
12
2.3 Compressor de Parafuso
---------------------------------------------------------------
12
2.3.1 Aplicao
------------------------------------------------------------------------
13
2.4 Compressor de Diafragma
-------------------------------------------------------------
14
2.4.1 Aplicao
------------------------------------------------------------------------
15
2.5 Compressor de Lbulo
------------------------------------------------------------------
16
2.5.1 Aplicao
------------------------------------------------------------------------
16
2.5.2 Vantagens
-----------------------------------------------------------------------
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REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS
---------------------------------------------------------- 18
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1. OBJETIVO DO TRABALHO
Esta pesquisa tem por objetivo expor os princpios de
funcionamento, detalhes
construtivos e aplicao para os compressores de pisto de simples
estgio e duplo
efeito, pisto de dois ou mais estgio de simples e duplo efeito,
parafuso, lbulo e
diafragma, dando maior nfase a detalhes que no puderam ser
expostos em sala
de aula, uma vez que existem disponveis no mercado diversas
variaes para cada
tipo de compressor. Compreender estes princpios e aplicaes
possibilita ao futuro
engenheiro mais opes para tomada de decises perante a um novo
projeto ou
soluo de problemas.
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2. INTRODUO TERICA
O compressor um equipamento cujo objetivo aumentar a presso de
um
determinado fluido. Segundo a equao de Clapeyron isto s possvel
alterando
seu volume e/ou temperatura, j que alterar as propriedades do
fluido seria um tanto
quanto complexo.
Os compressores de ar comprimido absorvem o ar atmosfrico e
comprime-o,
aumentando sua presso e diminuindo seu volume, logo aps
armazenado e
segue para diversas aplicaes.
Equao 1. Equao de Clapeyron
Os primeiros compressores de que se tem notcias so os pulmes
humanos,
em 1762 John Smeaton patenteou um compressor acionado por uma
roda dgua,
sendo um dos mais importantes para o desenvolvimento dos modelos
atuais. Em
Paris, no ano de 1888, foi inaugurada a primeira planta de
distribuio de ar
comprimido, que era utilizada pela grande maioria dos
equipamentos da fbrica,
conforme ilustra a Figura 1. (Marques, 2008).
Figura 1. Primeira planta de distribuio de ar comprimido.
Fonte: MARQUES (2008, p. 05)
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Os compressores de ar, aos quais daremos nfase neste trabalho,
tm como
caracterstica converter energia mecnica (ou eltrica) em energia
pneumtica (ar
comprimido). Atualmente estas mquinas so facilmente encontradas,
pois existem
modelos dimensionados para lidar com cada trabalho, desde inflar
um brinquedo,
at alimentar furadeiras, chave de impacto, grampeadores e
pistolas. A maior
vantagem de sua utilizao que por no necessitar de motores
volumosos, a
ferramenta torna-se leve, compacta e de fcil manuseio (KLENCK,
1999).
Existem diversos tipos de compressores e suas classificaes, sua
escolha
depende da quantidade de ar, qualidade de limpeza, e quo seco o
ar deve ser para
atender as necessidades.
Figura 2. Classificao dos Compressores.
Fonte: SAGGIN (2004, p.14).
Destacamos entre estes modelos, os compressores de pisto de
simples
estgio e duplo efeito, de pisto de dois ou mais estgio de
simples e duplo efeito,
de parafuso, de lbulo e de diafragma, que so nosso objeto de
estudo.
Esses compressores compe o grupo dos compressores de
deslocamento
positivo que consiste fundamentalmente na reduo de volume. O ar
admitido para
uma cmara isolada do meio exterior onde se processa a
compresso.
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2.1 Compressor com pisto de simples estgio e duplo efeito
O compressor com pisto simples estgio e duplo efeito (Figura 3),
tambm
conhecido como compressor tipo cruzeta apresenta duas cmeras, o
mbolo efetua
o movimento descendente e o ar admitido na cmara superior,
enquanto que o ar
contido na cmara inferior comprimido e expelido. Procedendo-se o
movimento
oposto, a cmara que havia efetuado a admisso do ar realiza a sua
compresso e
a que havia comprimido efetua a admisso, resultando em duas
suces e duas
descargas para cada revoluo.
Figura 3. Ciclo de trabalho de um compressor de pisto de duplo
efeito
Fonte: Parker (2000, p.19).
2.2 Compressor com pisto de dois ou mais estgio e duplo
efeito
O compressor de duplo estgio e duplo efeito possui dois pistes
atuando no
sistema, cada cilindro dividido em duas cmaras separadas pelo
pisto, enquanto
uma face do cilindro comprime o fluido, o lado oposto suco, como
mostra a Figura
4.
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Figura 4. Cilindro com duplo efeito.
Fonte: Vale (2013, p. 37)
Se a temperatura de descarga calculada usando uma fase muito
elevada,
necessrio, obviamente, mais fases. Durante dimensionamento
preliminar, a
temperatura de descarga isentrpica pode ser utilizado, mas, se
um certo nmero de
etapas cria uma situao marginal, a temperatura de descarga deve
ser estimado
com maior preciso. Como uma primeira estimativa, pode
presumir-se que
propores iguais de presso so utilizados para todas as etapas. Na
prtica,
muitas vezes utilizada para dar uma razo de presso mais elevada
nas fases de
baixa relao de presso e de presso mais elevada na descarga.
Em quase todas as aplicaes com mais de um estgio o gs ser
refrigerado
entre os estgios. Neste caso, o aumento do nmero de fases, at ao
limite, ir
aumentar a eficincia do compressor. Isto porque com resfriador,
a compresso se
aproxima mais de uma compresso isotrmica, resultando em uma
menor
necessidade de energia.
Uma forma alternativa de olhar para isto em um diagrama de
presso-volume
mostrado na Figura 5. O trabalho necessrio para comprimir o gs
dada pela rea
do diagrama de presso-volume.
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Figura 5. Efeito de mais de um estgio
Fonte: Hanlon (2001, p. 34).
O trabalho determinado pelas reas dos diagramas , obviamente,
menor no
caso de dois estgios do que no caso de estgio nico. Alm disso,
se todos os
lquidos so condensados na parte externa do gs nos
refrigeradores
intermedirios, os lquidos devem ser separados do ar comprimido
entre as etapas
para a utilizao. No entanto, se forem usados muitos estgios, as
perdas de
presso nas vlvulas e nas tubulaes ir compensar os ganhos da
refrigerao, e a
eficincia ser reduzida.
O custo de um compressor para fazer uma dada tarefa geralmente
aumenta
medida que o nmero de fases aumentado por causa dos cilindros
compressores
adicionais, refrigeradores e tubulaes.
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Em algumas aplicaes, no haver escapes laterais, nas quais o gs
ou entra
ou sai do processo a presses fixas. Estes requisitos podem
determinar as presses
entre estgios usados.
Uma vez que o nmero de estgios selecionado, os cilindros para
cada
estgio pode ser selecionado. Normalmente, uma seleo ser feita a
partir de
desenhos de cilindros disponveis. Conhecendo as condies de
admisso e a
capacidade exigida, e com a velocidade e curso j selecionado, o
dimetro do
cilindro necessrio pode ser calculada, e posteriormente
selecionados conforme
disponibilidade do fornecedor. A classificao de presso do
cilindro deve ser
adequada para ser seguro para o design e todas as condies
adversas, atendando-
se para que a presso mxima no cilindro seja sempre menos que na
vlvula de
escape, por questes de segurana.
Note-se que, se os cilindros mais pequenos so utilizados, a
carga e a
estrutura de alimentao por lance ser reduzida. usual para
cilindros menores
para estar disponvel em verses superiores razo de presso, de
modo que todos
os requisitos geralmente podem ser atendidas pelo uso de
mltiplos cilindros por
palco.
O dimensionamento bsico compressor pouco complexa, mas deve
ser
verificada condies adversas. Outros fatores, como a fora
transmitida do
compressor para a fundao, o potencial de vibraes torcionais
nocivos no
virabrequim e trem de acionamento, a otimizao do layout do
compressor,
eficincia e custo devem ser consideradas antes que o projeto
seja finalizado.
A Figura 5 mostra um comportamento de pisto com uma nica fase e
uma
compresso de duas fases para uma dada aplicao. O esquema de
compresso de
estgio nico 1-2-3-4-1. Para compresso de dois estgios,
1-5-6-7-3-8-4-1.
medida que o gs arrefecido entre estgios (5-6), o seu volume
diminui.
2.2.1 Detalhe Construtivo
Os compressores de deslocamento positivo alternativos (pisto)
so
basicamente constitudos de cilindro(s) e seus componentes, mbolo
(pisto) e seus
componentes, virabrequim e vlvulas.
Os cilindros so geralmente em ferro fundido de boa resistncia
mecnica e
boas caractersticas de lubrificao. Pode ser fundido com aletas
para auxiliar no
resfriamento com ar ou ainda com paredes duplas para
resfriamento com gua.
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Geralmente utiliza-se camisa de ao em bloco de ferro fundido. O
mbolo (pisto)
pode variar seu formato de acordo com a articulao existente
entre ele e a biela,
uma vez que no simples efeito o p da biela articula diretamente
sob o pisto. J no
duplo efeito o mbolo rigidamente preso a haste e so fabricados
em ferro fundido
ou alumnio.
O virabrequim transforma o movimento rotativo da fonte de
energia (eltrica por
exemplo) em movimento linear para que seja realizada a
compresso. As vlvulas
so utilizadas para regular o fluxo de entrada e sada de ar da
cmara (cilindro).
2.2.2 Aplicao
Os compressores de pisto so muito utilizados em servios de
jateamento,
limpeza, pintura, acionamento de pequenas mquinas pneumticas e
at para
abastecimento de ar comprimido em indstrias de pequeno
porte.
2.3 Compressor de Parafuso
O Compressor de Parafuso classificado como Compressor de
Deslocamento
Positivo Rotativo e composto basicamente por uma carcaa e dois
rotores em
forma de parafuso que giram em sentidos opostos. Um dos rotores
possui lbulos
convexos enquanto o outro apresenta depresses cncavas, sendo
denominados
respectivamente macho e fmea.
A compresso basicamente acontece quando o ar penetra pela
abertura de
suco e ocupa os intervalos existentes entre os filetes (paredes
dos rotores). A
partir do momento em que existe o engrenamento dos dois rotores,
o ar fica retido
entre as paredes do rotor e a carcaa. A rotao faz ento que o
ponto de
engrenamento dos rotores se desloque para frente reduzindo o
espao disponvel
para o ar e ento acontece a compresso.
Os rotores podem ser engrenados de duas formas: atravs de
engrenagens ou
por contato direto. Quando os rotores so engrenados atravs de
engrenagens, no
existe um contato metlico entre os rotores. O desgaste nesse
caso ocorre nas
engrenagens e no existe necessidade de leo para lubrificao dos
rotores,
possibilitando um ar mais limpo isento de leo. No sistema por
contato direto dos
rotores (acionamento por arraste), o desgaste ocorre nos rotores
macho e fmea,
sendo necessria a utilizao de lubrificante nos parafusos. Dessa
forma o ar
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produzido por esse sistema se torna imprprio para aplicaes como
por exemplo
em hospitais e indstrias alimentcias.
Figura 6. Compressor parafuso
Fonte: Shanghai Success Engine Compressor Co., Ltd.1
2.3.1 Aplicao
Os compressores do tipo parafuso so utilizados na indstria
alimentcia,
bebidas, fbrica de cerveja (nos trs exceto por contato direto),
indstria
automobilstica, manufatura, petroqumica, aeroespacial, entre
outras.
Figura 7. Supercharger utilizado nos automveis
Fonte: Google Imagens2
1 Disponvel em: . Acesso em: 27 jun. 2014
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2.4 Compressor de Diafragma
Classificado como Compressor de Deslocamento Positivo
Alternativo, o
compressor de diafragma um dispositivo destinado a comprimir ou
pressionar o ar
atmosfrico para o seu armazenamento ou uso imediato por meio de
deslocamento
de uma membrana flexvel ou diafragma. Esta definio bastante
tcnica significa
simplesmente que um compressor de diafragma um equipamento que
emprega a
flexo de uma membrana de borracha ou silicone para comprimir o
ar, impedindo o
contato do ar com as partes mveis do equipamento, um fator
essencial a fim que
no haja contaminao do ar com os fluidos lubrificantes do
compressor.
Dentro da categoria de compressores de mbolo, os tipos de
compressores de
diafragma, ou compressores de membrana como tambm so
conhecidos,
comprimem o ar devido ao fenmeno do deslocamento, atingindo
presses de at
300 MPa, vazes at 200 Nm/h.
Seus principais componentes so: um cilindro, onde ocorre a
compresso,
vlvulas de suco ou de descarga que regulam o fluxo de entrada e
de sada do ar
do cilindro, o virabrequim, responsvel por transformar o
movimento rotacional do
eixo do motor eltrico em linear, as membranas, que ajudam a
comprimir o ar e a
cruzeta, servindo como um guia o movimento do eixo do pisto.
Uma das maneiras mais fceis de demonstrar esses princpios
citando o
exemplo de uma seringa de plstico vazia. Esta seringa, quando
bloqueada com um
dedo, tem seu mbolo pressionado lentamente. Um aumento da tenso
sobre o
mbolo ser sentido nesse momento, devido compresso da coluna de
ar no tubo
de seringa. Este fenmeno o resultado do ar que est sendo movido
ou deslocado
por um objeto slido.
O deslocamento de ar resultante provoca a compresso do ar em uma
cmara
equipada com o mesmo tipo de vlvula encontrado em um compressor
de pisto
convencional. Alm das diferenas bvias operacionais, o ciclo de
compresso
continua o mesmo. O compressor de diafragma especialmente eficaz
em lidar com
gases corrosivos ou perigosos, em detrimento de sua
caracterstica de
estanqueidade, em que o gs j comprimido mantm-se totalmente
isolado, evitando
riscos de haver mistura dos lubrificantes do equipamento.
2 Disponvel em: <
http://dc398.4shared.com/doc/q2fA4IGK/preview_html_4da97ed.jpg>.
Acesso em: 27 jun. 2014.
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Figura 8. Compressor Diafragma.
Fonte: Frum 4x4brasil3
2.4.1 Aplicao
O compressor de diafragma industrial usado em uma ampla gama
de
aplicaes, j que os fabricantes de compressores desse modelo
produzem desde
mini compressores com 08/01 cv, capazes de produzir at 50 libras
por polegada
quadrada (PSI) de presso contnua. O compressor de diafragma
particularmente
adequado para aplicaes como no caso de pintura de automveis e
pulverizao
de tintas at a compresso de gases txicos ou explosivos, devido
ao fato de que o
atrito entre metais quase nulo.
3 Disponvel em: <
http://www.4x4brasil.com.br/forum/attachments/suzuki/405844d1365958253-
acionamento-do-4x4-do-grand-vitara-tracker-bomba-de-diafragma.jpg>.
Acesso em: 27 jun. 2014.
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Figura 9. Compressor Shulz utilizado em pequenas pinturas.
Fonte: Shulz S/A4
2.5 Compressor de Lbulo
Os Compressores de lbulos possuem dois rotores em que giram em
sentido
contrrio, mantendo uma folga muito pequena no ponto de tangncia
entre si e com
relao carcaa. O gs penetra pela abertura de suco e ocupa a cmara
de
compresso, sendo conduzido at a abertura de descarga pelos
rotores.
Os compressores de lbulos, embora classificados volumtricos, no
possuem
compresso interna, porque os rotores apenas deslocam o fludo de
uma regio de
baixa presso para uma de alta presso. So conhecidos como
sopradores ROOTS
e constituem um exemplo tpico do que se pode chamar de soprador,
porque gera
aumentos de presso muito pequenos. So amplamente utilizados na
sobre
alimentao de motores e como sopradores de gases de presso
moderada.
2.5.1 Aplicao
Os Compressores tipo roots, so compressores de baixa presso, que
so
muito utilizados em transportes pneumticos e na sobrealimentao
dos
motores Diesel. Estes compressores apresentam um rendimento
volumtrico muito
baixo, mas em compensao o rendimento mecnico elevado. No entanto
a
4Disponvel em: . Acesso em:
27 jun. 2014.
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principal vantagem destes compressores a sua grande robustez, o
que permite
que rodem anos sem qualquer reviso.
2.5.2 Vantagens
1. O movimento de rotao;
2. A velocidade de rotao alta, o que permite acoplamento direto
e
dimenses reduzidas;
3. A fundao pode ser pequena;
4. O rendimento volumtrico alto e independente da relao de
presso do
compressor;
5. A ausncia de vlvulas, a no ser a da reteno de carga;
6. O funcionamento silencioso.
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REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS
BRANCO, Renata. Caractersticas do compressor de diafragma. 2011.
Disponvel em: . Acesso em: 25 jun. 2014.
COMPAIR. Informaes Sobre Ar Comprimido: Os trs tipos de
compressores. Disponvel em: . Acesso em: 25 jun. 2014.
HANLON, Paul C. Compressor handbook. McGraw Hill Professional,
2000.
KLENCK, Thomas. How it Works: Air Compressor. 1997. Disponvel
em: . Acesso em: 10 jun. 2014.
MARQUES, Carlos Alberto. Dias, Jair Silva. Compressores.
Salvador: CEFET-BA, 2008.
MEKA-WIKI. Compressores de lbulos. Disponvel em: . Acesso em: 30
jun. 2014.
PARKER Trainning. Tecnologia Pneumtica Industrial. So Paulo,
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SAGGIN, Adagir et al. Hidrulica e tcnicas de comando.
Florianpolis: SENAI-SC, 2004.
Wikipdia A enciclopdia livre. Compressor de ar. Disponvel em: .
Acesso em: 09 jun. 2014.
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