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 ------------------------------------------------------------------------------- 3

1. OBJETIVO DO TRABALHO-------------------------------------------------------------- 5

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 ----------------------------------------------------------------------- 17

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.

9

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, 2000, 195 p. Apostila Parker Hannifin Ind. Com. Ltda.

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.

Wikipdia A enciclopdia livre. Compressor. Disponvel em: . Acesso em: 09 jun. 2014.