Redutores

Um redutor consiste num conjunto de eixos com engrenagens cilíndricas de dentes retos, helicoidais, cônicas ou somente com uma coroa com parafuso sem fim, que tem como função reduzir a velocidade de rotação do sistema de acionamento do equipamento.

A parte principal do redutor são as engrenagens, através delas a velocidade de rotação da transmissão é reduzida devido ao contato entre engrenagens de menor e maior número de dentes que promove a redução desejada. A carcaça de um redutor normalmente é fabricada em chapa de aço de baixo carbono ou também de ferro fundido, estruturada com solda ou alumínio, podendo ser bipartida ou com abertura nas tampas dos mancais (servem de apoios físicos para aos elementos rotativos). Os dentes das engrenagens podem ser retos ou helicoidais. Os dentes retos possuem uma fabricação mais simples e sendo assim, tem menor custo, já os helicoidais são utilizados nos redutores quando deseja-se reduzir a vibração e o ruído do equipamento, pois a transmissão de potência é realizada de forma mais homogênea.

Vídeo ilustrando o funcionamento de um redutor: https://www.youtube.com/watch?v=YzVtfADpqP0

Referências: http://download.sew-eurodrive.com/download/pdf/LC_pt-BR_11703997_BP.pdf acesso em 20/10/14

http://www.madeira.ufpr.br/disciplinasalan/AT102-Aula04.pdf acesso em 20/10/14

Filtros de ar

Os filtros de ar são equipamentos responsáveis por proteger os ocupantes e as máquinas das indústrias de impurezas contidas no ar, sejam elas provenientes do ar exterior ou produzidas na própria fábrica e também pela pureza do ar a ser ateado em um ambiente climatizado. São utilizados filtros de ar tanto na tomada de ar na parte externa da indústria quanto no interior de dutos de circulação.

Para obter uma elevada qualidade do ar, geralmente, são usados sistema projetos com uma boa manutenção, boas taxas de renovação de ar e que estão associados a sistemas de filtragens com alta eficiência. A estanqueidade do sistema de filtragem e a limpeza/manutenção periódica dos dutos e filtros são fatores que influenciam, diretamente, na capacidade de filtragem dos filtros de ar. Para as diversas atividades que acontecem em ambientes climatizado existem regulamentações a respeito do tipo e da qualidade de filtragem; em caso de partículas em suspensão são utilizados filtros grossos, finos e absolutos, de modo que cada tipo tem uma eficiência média para um certo tamanho de partícula. A eficiência de um filtro de ar está relacionada ao tamanho da partícula retida e pode ser classificado de acordo com a tabela abaixo:

Referências: http://www.anest.org.br/arquivos/pdf/conest_10a/Apostila_de_Qualidade_do_Ar_Interno_ITAJAi.pdf acesso em 20/10/2014

https://www.lume.ufrgs.br/bitstream/handle/10183/35203/000792992.pdf?sequence=1 acesso em 20/10/2014

Colunas de destilação

Nas indústrias de grande porte, a destilação fracionada é o tipo de destilação é mais utilizado. A destilação fracionada trata-se de uma operação de separação de misturas através de vaporizações e condensações sucessivas, que aproveitam as diferentes volatilidades das substâncias, objetivando que ocorra o enriquecimento da parte vaporizada com as substâncias mais voláteis. Essas vaporizações e condensações sucessivas ocorrem na coluna (ou torre) de destilação, que promove a transferência de massa e calor entre correntes líquidas e de vapor saturadas. A coluna de destilação é constituída por um recipiente cilíndrico e no seu interior, encontra-se uma série de pratos entre os quais circulam valor e líquido em contracorrente.

No topo da coluna, geralmente, possui um condensador responsável por arrefecer e condensar o vapor proveniente da coluna, sendo parte do condensado resultante, designado por refluxo e reenviado para o prato superior. Razão de refluxo é a razão entre o caudal (batelada) da corrente reenviada e o caudal da corrente produzida no topo, que deixa a coluna (destilado). Na base da coluna, encontra-se um revaporizador, responsável por vaporizar parte da corrente de líquido da base para o prato inferior, onde entra sob a forma de vapor. A corrente retida na base da coluna é denominada resíduo.

O processo na coluna de destilação, basicamente, acontece da seguinte maneira: a mistura a ser destilada é colocada em um ponto médio da coluna, chamado de ponto de alimentação. No interior da coluna, a mistura irá descer até atingir a base, onde se encontra um aquecimento do refervedor. O refervedor, que trata-se de um trocador de calor aquecido por vapor d’água ou outra fonte térmica qualquer, irá aquecer a mistura até tal atingir sua temperatura de ebulição. Neste ponto, vapores serão emitidos e realizarão movimentos circulares em sentido ascendente na coluna, em contracorrente com a mistura da alimentação da coluna. Os vapores ascendentes vão para o topo da coluna e atingem um condensador, onde são liquefeitos e deixam a coluna como o produto da destilação. Na base da coluna, a mistura já isenta de componentes mais voláteis deixa o equipamento como resíduo. 

Vídeo ilustrando o funcionamento de uma coluna de destilação: https://www.youtube.com/watch?v=VQ-x5LOsE6Y

Referências:

http://labvirtual.eq.uc.pt/siteJoomla/index.php?option=com_content&task=view&id=223&Itemid=413 acesso em 21/10/2014

http://www.tecnicodepetroleo.ufpr.br/apostilas/petrobras/operacoes_unitarias.pdf acesso em 21/10/2014

         

Compressores

São da família das máquinas operatrizes de fluxo compressível e são utilizados para proporcionar a elevação da pressão de um gás ou escoamento gasoso.

Volumétricos: a elevação de pressão é conseguida através da redução do volume ocupado pelo gás	Alternativos
	Rotativos	Palhetas
		Parafusos
		Lóbulos
Dinâmicos: impelidor e difusor*	Centrífugos
	Axiais

*Impelidor é um órgão rotativo munido de pás que transfere ao gás a energia recebida de um acionador. O escoamento estabelecido no impelidor é recebido por um órgão fixo denominado difusor, cuja função é promover a transformação da energia cinética do gás em entalpia, com o consequente ganho de pressão.

• Compressores de pistão

Este tipo de compressor utiliza um sistema biela-manivela para converter o movimento rotativo de um eixo no movimento translacional de um pistão ou êmbolo. O funcionamento de um compressor alternativo está relacionado ao comportamento das válvulas. Elas possuem um elemento móvel, chamado de obturador, que compara as pressões internas e externa ao cilindro. O obturador da válvula de sucção se abre para dentro do cilindro quando a pressão na tubulação de sucção supera a pressão interna do cilindro, e se mantém fechado em caso contrário. O inverso ocorre quando a pressão interna supera a pressão na tubulação de descarga. O gás é aspirado quando, na etapa de admissão, há uma tendência de depressão no interior do cilindro que proporciona a abertura da válvula de sucção. A etapa de compressão é caracterizada quando o sentido de movimentação do pistão é invertido, a válvula de sucção se fecha e o gás é comprimido até que a pressão do interna do cilindro seja suficiente para promover a abertura da válvula de descarga. Quando tal válvula se abre, a movimentação do pistão faz com o que o gás seja expulso do interior do cilindro, ocorrendo assim a etapa de descarga, que dura até que o pistão termine o seu movimento no sentido do cabeçote. Nessa hora, a válvula de descarga se fecha, entretanto a de admissão só se abrirá quando a pressão interna cair o suficiente para permitir a nova abertura da válvula. Essa etapa, cujo as válvulas estão bloqueadas e o pistão se movimenta em sentido inverso ao do cabeçote, é a de expansão, que precede a etapa de admissão de um novo ciclo.

• Compressores de palhetas

                Possuem um rotor (ou tambor) central que gira excentricamente em relação à carcaça, sendo a única peça em movimento contínuo. Tal tambor possui rasgos radiais, prolongados por todo o seu comprimento, e nos quais se encaixam palhetas retangulares que deslizam numa película de óleo. Quando o tambor gira, as palhetas são deslocadas radialmente ao longo da carcaça sob a ação da força centrífuga. O gás penetra pela abertura de sucção e ocupa os espaços entre as palhetas. Devido a excentricidade do rotor a às posições das aberturas de sucção e descarga, os espaços constituídos entre as palhetas vão diminuindo de modo a provocar a compressão progressiva do gás. O volume varia entre duas palhetas vizinhas desde o fim da admissão até o início da descarga, o que define uma relação de compressão interna fixa para a máquina. Portanto, a pressão do gás no momento em que a comunicação com a descarga é aberta poderá diferir da pressão predominante nessa região. No entanto o equilíbrio é rapidamente atingido e o gás é liberado.

• Compressores de parafusos

               Contêm dois rotores em forma de parafusos, que giram em sentido contrário, mantendo entre si uma condição parecida com a de uma engrenagem. O compressor se conecta com o sistema através das aberturas de sucção e descarga, diretamente opostas. A relação de pressão de um parafuso depende do comprimento e perfil do parafuso e da forma da porta de descarga. O gás penetra pela abertura de sucção e ocupa os intervalos entre os filetes dos rotores. A partir do momento que um determinado filete rotaciona igual a uma engrenagem, o gás nele contido fica encerrado entre o rotor e as paredes da carcaça e a rotação faz com que o ponto de “engrenamento” se desloque para a frente, reduzindo o espaço disponível para o gás e provocando sua compressão. A abertura da descarga é alcançada e o gás é descarregado. 

• Compressores de lóbulos

Possuem dois rotores que giram em sentido contrário, mantendo uma folga muito pequena no ponto de tangência entre si e com relação à carcaça. O gás penetra pela abertura de sucção e ocupa a câmara de compressão, sendo levado até a abertura de descarga pelos rotores. Apesar de ser classificado como um compressor volumétrico, este tipo não contém compressão interna. Os rotores somente deslocam o gás de uma região de baixa pressão para uma de alta pressão. Tem um baixo custo e pode suportar longa duração de funcionamento sem precisar de muita manutenção.

• Compressores centrífugos

O gás é aspirado de forma contínua pela abertura central do impelidor e descarregado pela periferia do mesmo, em um movimento provocado pela força centrífuga que surge graças à rotação. O fluido descarregado começa a descrever uma trajetória em forma espiral através do espaço anular que envolve o impelidor e que é chamado de difusor radial. Esse movimento acarreta na desaceleração do fluido e na elevação da pressão. Posteriormente, o gás é recolhido em uma caixa espiral chamada de voluta e conduzido à descarga do compressor. Antes de ser liberado, o escoamento passa por um bocal divergente, chamado difusor de voluta, onde ocorre um suplementar processo de difusão. A operação é feita em fluxo contínuo e os compressos centrífugos aspiram e descarregam o gás exatamente nas pressões externas. Essa máquina não consegue proporcionar grandes aumentos de pressão, de modo que os compressores deste tipo utilizados em processos industrias são, normalmente, de múltiplos estágios.

• Compressores axiais

            São dotados de um tambor rotativo, cujo possui séries de palhetas, em arranjos circulares igualmente espaçados, dispostas em sua periferia. Essas rodas de palhetas ficam intercaladas ao longo da carcaça quando o rotor é posicionado na máquina. Como o aumento de pressão obtido num estágio axial é muito pequeno, os compressores desse tipo sempre possuem vários estágios. O escoamento é feito através dos estágios segundo uma trajetória hélico-axial envolvendo o tambor.

Vídeo ilustrando o funcionamento de um compressor de pistão: https://www.youtube.com/watch?v=MdlEwK1PqLk

Referências: http://www.compair.pt/About_Us/Compressed_Air_Explained--03The_three_types_of_compressors.aspx acesso em 20/10/2014

http://www.feng.pucrs.br/lsfm/alunos/luc_gab/compressores.html acesso em 20/10/2014

Manômetros

São instrumentos utilizados para medição da pressão na mecânica dos fluidos.

• Manômetro padrão

         É o instrumento de calibração usado com maior frequência. Este tipo de manômetro deve ter alta precisão, já que são usados como padrão para a calibração de manômetros industriais.

• Manômetro tipo coluna líquida em “U”

         É usado na calibração de medidores de pressão pequena. O uso da coluna líquida para a medição de pressão é baseado no princípio de que uma pressão aplicada suporta uma coluna líquida contra a atração gravitacional. Ou seja, quanto maior a pressão, maior a coluna líquida suportada. A água e o mercúrio são os líquidos mais utilizados e a unidade de pressão, nesse caso, é o comprimento. Para melhorar a precisão deste tipo de manômetro, é necessário considerar os seguintes parâmetros: densidade do fluido, não verticalidade do tubo, o valor exato da aceleração da gravidade local, a dificuldade da leitura do menisco do líquido formado pela capilaridade e a expansão da escala graduada.

• Manômetro tipo peso morto

             Este tipo opera sob o princípio de se suportar um peso (força) conhecido por meio de uma pressão agindo sobre uma área conhecida, o que satisfaz a definição de um padrão primário baseado em massa, comprimento e tempo.

• Manômetro mecânico

            A pressão é determinada pelo balanço de um sensor contra uma força desconhecida. Isto pode ocorrer por balanço de pressão ou balanço de força. Os sensores a balanço de força mais usados são aqueles que requisitam deformação elástica, como manômetros tipo Tubo Bourdon, tipo Fole e tipo Diafragma. Os sensores a balanço mais conhecidos são o Manômetro de Coluna Líquida e o tipo Peso Morto.

• Manômetro tipo Tubo Bourdon

           O tubo de Bourdon é um tubo com seção oval, que pode estar disposto em forma espiral, helicoidal ou de C, e possui uma de suas extremidades fechada, sendo que a outra é aberta à pressão que deseja-se medir. O tubo tende a tomar uma seção circular, com a pressão agindo em seu interior, resultando em um movimento na sua extremidade fechada. Esse movimento feito a partir de engrenagens é transmitido a um ponteiro, que indicará uma medida de pressão em uma escala graduada. A precisão dos dispositivos depende dos procedimentos de calibração, da qualidade do projeto e do diâmetro do tubo de Bourdon. Este tipo de manômetro não é adequado para baixas pressões, vácuo ou medições compostas (pressões negativa e positiva), já que o gradiente da mola do tubo Bourdon é muito pequeno para medições menores que 200 kPa.

• Manômetro tipo Diafragma

            Diafragma é um disco circular geralmente usado na medição de pressões de pequenas amplitudes. Trata-se de uma membrana fina de material elástico, metálico ou não, que fica sempre oposta à uma mola. Os materiais mais utilizados na confecção do diafragma são: aço inoxidável (resistente à corrosão), tântalo, latão, bronze fosforoso, monel, neoprene e teflon. Quando aplica-se uma pressão no diafragma, é causado um deslocamento do mesmo até um ponto onde a força da mola se equilibra com a força elástica do diafragma. O deslocamento resultante é transmitido para um ponteiro, onde é exposta a mediação efetuada.

• Manômetro tipo Fole

              Fole trata-se de um dispositivo que possui rugas no círculo exterior. Quando aplicam-se pressões no sentido do eixo, essas rugas se expandem ou se contraem. O fole tem como suas desvantagens sua dependência da variação da temperatura ambiente e também sua fragilidade em ambientes pesados de trabalho e como a resistência à pressão é limitada, é usada para baixa pressão. Assim como o tipo Diafragma, o fole pode ser utilizado para medir pressões absolutas e relativas e em sistemas de balanço de movimentos ou de forças eixo.

                No setor industrial existem diversos tipos de manômetros: utilitários, industriais, herméticos (com glicerina), de aço inoxidável, petroquímicos, de baixa pressão (mmca), de teste, sanitários, de mostrador quadrado para painel, para freon, para amônia (NH₃), de dupla ação, diferencial, com contato elétrico, com transmissão mecânica, digitais e de mercúrio.

Vídeo ilustrando o funcionamento de um manômetro: https://www.youtube.com/watch?v=sOTX8XKSdcM

Referências: http://wwwmecanicadosfluidos.blogspot.com.br/2010/10/tipos-de-medidores-de-pressao.html  acesso em 19/10/2014

http://www.engbrasil.eng.br/pp/mf/aula5.pdf acesso em 19/10/2014 acesso em 19/10/2014

Caldeiras

       De acordo com a Norma Regulamentadora número 13, “caldeiras a vapor são equipamentos destinados a produzir e acumular vapor sob pressão superior à atmosférica, utilizando qualquer fonte de energia, excetuando-se os refervedores e equipamentos similares utilizados em unidades de processo.” A energia para a vaporização pode ser proveniente da queima de qualquer combustível sólido, líquido ou gasoso, por conversão de energia elétrica ou por fissão nuclear. As caldeiras são compostas basicamente por um vaso de pressão onde a água é aquecida por eletrodos ou resistências.

Conforme aquela mesma Norma Regulamentadora, as caldeiras são classificadas em três categorias: categoria A, cuja pressão de operação é igual ou superior a 1960 kPa; categoria C, cuja pressão de operação é igual ou inferior a 588 kPa e o volume interno é inferior a 100 litros; e categoria B, as caldeiras que não se enquadram nas categorias anteriores. No entanto, para uma melhor apresentação, serão apresentados os tipos de caldeiras mais utilizadas na indústria.

·         Caldeiras flamotubulares

Os gases quentes da combustão circulam em tubos que atravessam o reservatório de água a ser aquecida para produzir vapor. Possui baixo rendimento térmico, ocupa grande espaço, a instalação de superaquecedores, economizadores e preaquecedores é mais difícil, é de simples construção e ideal para pequenas instalações. É utilizada principalmente em pequenas indústrias e hospitais por possuir baixo valor de investimento e facilidade de manutenção. Possui duas categorias principais: a vertical e a horizontal.

Nas caldeiras flamotubulares verticais os tubos são colocados verticalmente em um corpo cilíndrico fechado nas extremidades. A fornalha interna fica no corpo cilíndrico abaixo da extremidade inferior e os gases da combustão sobem através dos tubos, aquecendo e vaporizando a água ao redor deles. As fornalhas externas são utilizadas no aproveitamento de combustíveis de baixa capacidade calorífica.

As caldeiras flamotubulares horizontais possuem tubulões (de 1 a 4 por fornalha) internos onde ocorre a combustão e através dos quais passam os gases quentes. Possui 5 diferentes categorias: Cornuália, Lancaster, Multitubular, Locomóvel e Escocesa. A categoria Cornuália é constituída de um tubulão horizontal ligando a fornalha ao local de saída de gases, possui baixo rendimento e funcionamento simples. A categoria Lancaster possui a mesma construção da Cornuália, porém é mais evoluída tecnicamente, constituída por dois a quatro tubulões internos e podendo apresentar tubos de fogo e de retorno. Na categoria Multitubular os gases quentes passam pelos tubos de fogo, e a queima dos combustíveis (qualquer tipo) é efetuada em uma fornalha externa. A categoria Locomóvel apresenta dupla parede em chapa na fornalha, onde a água circula, é de fácil transferência de local e muito utilizada em serrarias e em campos de petróleo. Por fim, a categoria Escocesa é o modelo mais difundido pelo mundo, é destinada a queimar óleo ou gás e seu uso é mais significativo em setores marítimos.

·         Caldeiras aquatubulares

Nas caldeiras aquatubulares, a água a ser aquecida circula por tubos que são envolvidos pelos gases de combustão. Sua produção de vapor a elevadas temperaturas (superiores a 450°C) e pressão (superior a 60 atm) é muito significativa, podendo chegar a 750 toneladas por hora, sendo, por isso, muito utilizada em modernos projetos industriais. Como há pouca água nos tubos sua partida é mais rápida e sua vida útil é de aproximadamente 30 anos. Porém, sua construção é muito mais complexa do que a flamotubular, exige específico tratamento de água e seu custo é mais elevado.

A caldeira aquatubular possui um tubulão inferior que possibilita a circulação de água e acumula as partículas sólidas formadas após reação dos produtos químicos com a água. Além disso, conta com um tubulão superior que contém água e vapor formado pela troca térmica entre gases da combustão e a água em circulação e possui a finalidade de separar o vapor da água. Possuem também tubos de alimentação de água, que são dispostos no tubulão superior; tubos de purga contínua, onde é retirada água para sua análise; defletor, que recebem os vapores vindos dos tubos geradores; separadores de vapor, que retém a água do vapor, para que ele entre com menos umidade no superaquecedor; tubos de circulação, que levam a água do tubulão de vapor para o de água; tubos geradores, que levam a água e o vapor saturado para o tubulão de vapor; parede d’água, onde ocorre o resfriamento da fornalha por meio do fluxo de água dessas paredes; superaquecedor, que aumenta a temperatura do vapor, eliminando um pouco de sua umidade, sem aumentar a pressão; economizador, que aquece a água de alimentação da caldeira; pré-aquecedor, que eleva a temperatura do ar antes de entrar na fornalha, sendo que o calor é proveniente dos gases residuais da caldeira ou do vapor da mesma; e queimadores, que queimam de forma adequada os combustíveis que alimentam a caldeira.

As caldeiras, além de seus equipamentos principais, possuem os auxiliares, que ajudam no melhor funcionamento da mesma. Entre eles, estão os sopradores de fuligem, que retiram a fuligem na superfície externa da zona de convecção das caldeiras; válvulas de segurança, que protegem os equipamentos caso alguma condição saia da normalidade; indicadores de nível de água dentro do tubulão de evaporação; sistemas de controle de água de alimentação, que regulam a água no tubulão de evaporação para que ela não fique abaixo do limite; e sensores de temperatura.

Como já citado, a água que circula nas caldeiras precisa ser tratada. Seu tratamento compreende as seguintes etapas: clarificação, abrandamento, desmineralização ou troca iônica, eliminação de gases dissolvidos na água, remoção de sílica, eliminação da dureza, controle do pH e de sua alcalinidade, eliminação do oxigênio dissolvido e controle dos cloretos e do teor total de sólidos.

Para a manutenção das caldeiras, é necessário realizar um controle químico, limpeza química e proteção contra as corrosões. As corrosões constituem o principal problema das caldeiras e podem ocorrer tanto externamente nas superfícies expostas aos gases de combustão, quanto internamente, por meio da oxidação generalizada do ferro, por galvanização, por aeração diferencial, pelos sais, por fragilidade cáustica e por gases dissolvidos.

Na Norma Regulamentadora número 13 estão descritas as disposições gerais das caldeiras, como devem ser instaladas as caldeiras a vapor, a segurança na operação e na manutenção das caldeiras e como deve ser realizada sua inspeção de segurança. Estes itens foram descritos para que as indústrias que utilizam as caldeiras operem todas em um padrão e com máxima segurança.

Vídeo ilustrando o funcionamento de uma caldeira: http://www.youtube.com/watch?v=MqkDgkgtM9E

Referências: ftp://ftp.demec.ufpr.br/disciplinas/EngMec_NOTURNO/TM364/Material%20de%20Aula/Aula%20de%20caldeiras.pdf acesso em 20/10/2014
http://engmadeira.yolasite.com/resources/Caldeiras_texto.pdf acesso em 20/10/2014

Expansores

                Os expansores são componentes de turbinas a vapor, possuem pequenos orifícios de formato especial e têm como principais objetivos transformar a energia do vapor em energia cinética a partir de restrições no fluxo de vapor e orientar o jato de vapor sobre as palhetas móveis. Então, há perda de pressão, de entalpia e de temperatura e aumento de velocidade e de volume específico do vapor. Um tipo ideal de expansor seria um adiabático reversível, que seria capaz de reverter toda o salto de entalpia em velocidade. No entanto, como ocorrem irreversibilidades internas, os expansores reais não são capazes de realizar toda essa reversão e, por isso, a velocidade é menor.

                Podem ser convergentes ou convergentes-divergentes, conforme sua pressão de descarga do vapor seja maior ou menor que 53% da pressão de admissão. Os convergentes são utilizados sempre que a pressão de descarga for maior ou igual a 53% da pressão de admissão. Os convergentes-divergentes são utilizados quando essa pressão é menor do que 53%. O jato de vapor é lançado nas palhetas móveis para que ocorra a movimentação do rotor. As turbinas são montadas com blocos de 1, 10, 19, 24 ou mais expansores de acordo com sua aplicação.

                Em turbinas do tipo “Rateau”, ao invés da queda total de pressão ocorrer em um expansor, ela ocorre em um grupo de expansores, podendo ser dividida em várias etapas. Ao deixar a turbina, o vapor passa por uma nova série de expansores e assim ocorre até completar o número de estágios estipulado.

Referências: http://cntq.org.br/wp-content/uploads/2013/05/Turbinas-a-vapor-1.pdf acesso em 19/10/2014

https://www.google.com.br/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=10&ved=0CEQQFjAJ&url=http%3A%2F%2Fwww2.pelotas.ifsul.edu.br%2F~adccg%2Flib%2Fexe%2Ffetch.php%3Fmedia%3Dturbina_a_vapor.doc&ei=UrFOVKD5HNP7sAShgYEY&usg=AFQjCNFMpxlItcmZnkgZ_HQUMZrakgroOg&sig2=5x2vyErXXb0CYJqwu9He3Q&bvm=bv.77880786,d.eXY&cad=rja acesso em 19/10/2014
http://eletricistamazinho.files.wordpress.com/2011/08/turbinas-a-vapor.pdf acesso em 20/10/2014

Válvulas

                A principal função das válvulas é abrir e fechar para regular o fluxo de entrada e saída de um fluido. Existem inúmeros tipos de válvulas industriais que são utilizadas no funcionamento de tubulações, em caldeiras e em diversos outros equipamentos. Além disso, podem ser utilizadas no controle de pressão e monitoramento de mudanças de temperatura e fluxo. Cada tipo de válvula possui características próprias e, por isso, as mais utilizadas no setor industrial serão explicadas separadamente.

·         Válvula esfera

A válvula tipo esfera é rotativa e possibilita o controle do fluido em qualquer direção sem problemas dinâmicos. No entanto, apresenta alta tendência à cavitação e a atingir condições de fluxo crítico a relativos diferenciais de pressão. Muito utilizada em malhas fechadas de controle, principalmente em indústrias de papel e celulose e em aplicações para líquidos viscosos, corrosivos e com sólidos em suspensão.

·         Válvula borboleta

Uma das válvulas rotativas mais comuns, consiste de um anel circular no interior do qual oscila entre dois mancais um disco que faz função de obturador. Possui um formato que possibilita o revestimento interno com elastômeros. Suas principais vantagens são a simplicidade, baixo custo, pouco peso e menor espaço de instalação. Possui ampla faixa de aplicações, mesmo em fluidos corrosivos, atuando no controle ou isolamento total da passagem dos fluidos.

·         Válvula globo

Nesta válvula, a qual possui vários tipos, o fluido passa através de um ou dois orifícios e ela é normalmente fechada. Controla o fluxo de fluidos mais viscosos, como o óleo, sendo, por isso, muito utilizada em gasodutos. Ela possui boa vedação, o que contribui para que caso ocorra um vazamento, ele não seja significante perto de sua capacidade de vazão máxima.

·         Válvula de gaveta

Permite a passagem do fluido em apenas um sentido e seu fechamento se dá pela diferença de pressão exercida pelo fluido se houver tendência de inversão no sentido do fluxo. Sendo assim, ela impede a passagem do fluido em contrafluxo, o que poderia afetar a bomba e causar alagamentos. Devem ser utilizadas na horizontal e não devem ser utilizadas para a passagem de fluidos que deixem sedimentos ou depósitos sólidos.

·         Válvula injetora

Sua principal função é lançar jatos pulverizados de combustível direcionados no duto de admissão do motor ou no compartimento de combustão, proporcionando melhor eficiência dos mesmos, diminuindo a emissão de poluentes. Além disso, dosam a quantidade de combustível de acordo com a necessidade do motor, possuindo por isso alta precisão.

·         Válvula de pé

Permitem a passagem do fluido em apenas um sentido (ascendente) e é instalada na entrada de uma tubulação de sucção para impedir o retorno da água quando o bombeamento é desligado. Muito utilizada para controlar fluxos de fluidos. É resistente, muito leve e economiza grande quantidade de energia. Podem ser fabricadas de ferro fundido, bronze ou plástico e podem trabalhar com água, óleo ou líquidos não corrosivos.

·         Válvula de bloqueio

Sua principal função é estabelecer ou interromper o fluxo do fluido, podendo funcionar somente totalmente aberta ou fechada. Pode ser operada manualmente, quando é necessário que uma parte da tubulação seja desligada para manutenção ou limpeza. São divididas em diversos modelos: de retenção, de duas vias e de proteção de ruptura de linha.

·         Válvula de ar

Sua principal função é reter e direcionar o ar que passa pelas tubulações junto com a água, causando economia de água. É fixada em cavaletes junto a hidrômetros com a intenção de controlar precisamente a entrada de ar e fazer com que a corrente de água escoe normalmente.

·         Válvula de fluxo anular

Sua principal função é o controle hidráulico por meio de redução ou/e sustentação de pressão, controle do nível do reservatório e da vazão. Pode ser acionada manualmente, pneumaticamente, mecanicamente ou hidraulicamente, dependendo da necessidade de manuseio do equipamento. São precisas, possuem linearidade no controle, trabalham silenciosamente e sem vibrações mesmo em elevadas temperaturas ou pressões.

Ilustração de algumas das válvulas utilizadas na indústria

Vídeo ilustrando o funcionamento de uma válvula de gaveta: http://www.youtube.com/watch?v=sF2XiqwcciI


Referências: http://www.manutencaoesuprimentos.com.br/conteudo/1945-tipos-de-valvulas-industriais/ acesso em 18/10/2014

http://www.sr.ifes.edu.br/~rafael/ii2/apostilas/valvulas/Apostila%20Valvulas.pdf acesso em 18/10/2014

Condensadores

                O princípio básico dos condensadores é fazer com que uma substância que se encontra no estado gasoso se condense e passe para o estado líquido. Isso é feito principalmente a partir da troca de calor entre duas substâncias. A sustância a ser condensada está em uma temperatura mais elevada e, ao entrar em contato com outra substância que se encontra em temperatura mais baixa e que é trocada continuamente, cede calor e se condensa.

                Os condensadores podem ser encontrados tanto em escala laboratorial quanto em escala industrial. Os de escala laboratorial possuem duas principais partes: uma parte onde passa o vapor a ser condensado e uma parte em volta dessa primeira onde passa um líquido, geralmente a água, em uma temperatura bem mais baixa do que a do vapor. São divididos em dois tipos principais: Condensador Friedrich e Condensador Allihn. O condensador do tipo Friedrich possui uma serpentina dentro da qual passa a água resfriada e em sua extremidade é conectado um balão volumétrico para coletar o condensado. Já o condensador do tipo Allihn possui maior área de resfriamento, pois o vapor passa por um conjunto de balões internos enquanto a água passa pela câmara externa maior.

                Os condensadores de escala industrial são divididos em condensadores resfriados a ar, resfriados a água, sendo este dividido em duplo tubo, carcaça e serpentina, carcaça e tubo e de placa, e evaporativos.

·         Condensadores resfriados a ar

São geralmente utilizados em indústrias de pequena ou média capacidade. Os de grande porte são utilizados em locais onde não há disponibilidade de água ou sua captação para um sistema resfriado a água é muito difícil. Conforme se aumenta a pressão de condensação, diminui-se a capacidade frigorífica do ar. O valor ótimo para a diferença de temperatura entre a de condensação e a do ar que deixa o condensador é de 3,5°C e 5,5°C. Para não danificar o condensador, recomenda-se que a temperatura de condensação não seja maior que 55°C. No entanto, quanto menor for essa temperatura, maior será o tempo de vida útil do condensador.

·         Condensadores resfriados a água

Quando estão em condições ideais, operam com maior eficiência do que os condensadores resfriados a ar. Geralmente, a água utilizada em condensadores resfriados a água provem de uma torre de resfriamento.

O condensador de duplo tubo é formado por dois tubos concêntricos sendo que o tubo por onde circula a água é montado por dentro do tubo de maior diâmetro e o fluido a ser condensado circula em contracorrente. São normalmente utilizados em indústrias de pequena capacidade ou como condensadores auxiliares. São difíceis de limpar e não fornecem espaço suficiente para a separação de gás-líquido.

O condensador carcaça e serpentina é constituído por um ou mais tubos enrolados na forma de serpentina que são montados dentro de uma carcaça fechada. A água resfriada percorre os tubos, enquanto o vapor a ser condensado percorre a carcaça. São de fácil fabricação, mas de difícil limpeza, e utilizados em unidades de pequena e média capacidade.

O condensador carcaça e tubo possui vários tubos horizontais em paralelo conectados a duas placas nas duas extremidades. A água resfriada circula por dentro dos tubos, enquanto o vapor a ser condensado circula pela carcaça. É de fácil manutenção e limpeza, sendo utilizado em pequenos e amplos sistemas de refrigeração.

O condensador de placa é constituído por placas de pequena espessura dispostas paralelamente com um pequeno espaçamento entre cada uma. Geralmente são feitos de aço inoxidável, mas também podem ser feitos de outro material. A água resfriada e o fluido circulam entre espaços alternados formados pelas placas. Possuem elevado coeficiente global de transferência de calor, sendo, por isso, utilizado cada vez mais.

·         Condensador evaporativo

No condensador evaporativo o vapor a ser condensado passa por tubos de um trocador de calor, sendo que por fora deles, em um circuito fechado e em contracorrente, circula a água de resfriamento, sendo esta reposta constantemente. O vapor é então condensado e uma parte da água é evaporada. Em um mecanismo combinado de transferência de calor e massa entre a água e o ar, a água evaporada é resfriada e recirculada por uma bomba.

Vídeo ilustrando o funcionamento de um condensador: http://www.youtube.com/watch?v=Un3sJOi6dWU


Referências: http://wiki.sj.ifsc.edu.br/wiki/images/c/c5/Condensadores_e_valvulas.pdf acesso em 18/10/2014
ftp://ftp.demec.ufpr.br/disciplinas/TM182/REFRIGERACAO/apostila/6_CONDENSADORES.pdf acesso em 18/10/2014

Termopares

São dispositivos elétricos utilizados na medição de temperatura constituídos por dois condutores metálicos e distintos, puros ou homogêneos. Eles podem ser encontrados em diversos formatos, desde modelos que proporcionam um rápido tempo de resposta, com a junção a descoberto, até modelos que estão incorporados em sonda. Para escolher um termopar, deve-se considerar a aplicação que se deseja em termos da temperatura suportada, a exatidão, a confiabilidade da leitura, construção física externa e especificação do tipo de liga, mas a maior limitação do termopar é a exatidão, sendo que são difíceis de obter erros inferiores a 1°C.

• Termopares tipo S

São feitos com fios de platina com 10% de ródio e platina pura e são recomendados para uso contínuo em atmosferas inertes ou oxidantes. É adequado para medição contínua desde 0 ºC até 1480 °C. As vantagens são que ele possui alta exatidão, estabilidade e desempenho em médias/altas temperaturas ao ar, tem reduzida sensibilidade, entretanto possui um custo elevado.

• Termopares tipo E

Formados por fios de Chromel e Constantan e são adequados para medição contínua de -200°C até 870°C. Também é recomendado para uso contínuo em atmosferas oxidantes ou inertes. Como esse é o tipo de termopar com maior sensibilidade, é mais adequado para baixas temperaturas.

• Termopares tipo K

Feitos de fios de Chromel e Alumel, são adequados para medição contínua de -200 até 1260°C e recomendados para uso contínuo em atmosferas completamente inertes ou oxidantes. O tipo K é um termopar de uso geral e tem um baixo custo. É mais resistente à oxidação em temperaturas elevadas quando comparado aos tipos E, J e T. O maior problema deste tipo de termopar é que a grande exposição a altas temperaturas pode resultar no aparecimento de não homogeneidades nos fios.

• Termopares tipo B

Feitos por fios de platina com 30% de ródio e platina com 6% de ródio e são adequados para medição contínua de 870°C até 1700°C, sendo recomendados para uso contínuo em atmosferas inertes ou oxidantes ou no vácuo por curtos períodos. Esse tipo possui alta estabilidade, aumento da resistência mecânica, opera em temperaturas mais altas quando comparado aos tipos S e R, tem reduzida sensibilidade e alto custo.

•  Termopares tipo R

Formados por fios de platina com 13% de ródio e platina pura e são adequados para medição contínua de 0°C a 1480°C, sendo recomendado o uso contínuo em atmosferas inertes ou oxidantes. Esse tipo possui alta exatidão, desempenho em média/altas temperaturas ao ar, estabilidade, ótima reprodutibilidade, reduzida sensibilidade e alto custo.

• Termopares tipo N

Formados por fio de Nicrosil e Nisil, são recomendados para uso contínuo em atmosferas oxidantes ou inertes e é o tipo de termopar mais moderno, sendo que ele foi criado para melhorar os problemas existentes no tipo K. É adequado para medição contínua de 0°C até 1260°C. Possui resistência a oxidação em altas temperaturas e alta estabilidade, sendo usado para medir temperaturas elevadas.

• Termopares tipo J

Feitos de fios de ferro puro e Constantan e são adequados para medição contínua desde 0 °C até 760 °C. São recomendados para uso contínuo em atmosferas oxidantes, redutoras ou inertes ou no vácuo, não podendo ser utilizado temperaturas abaixo de 0°C devido a oxidação do termoelemento ferro. O tipo J é mais aplicado com equipamentos antigos e se usado acima de 760°C, há uma transformação magnética que compromete a calibração.

• Termopares tipo T

Formados por fios de cobre puro e Constantan e são recomendados para uso contínuo no vácuo ou em atmosferas oxidantes, redutoras ou inertes. São adequados para medição contínua de -270°C até 370°C. Este tipo tem a melhor exatidão entre os termopares de metal base e é resistente à corrosão em atmosferas úmidas e usado para medições em temperaturas abaixo de 0°C.

Os termopares também podem ser encontrados ligados em série.

Referências:

http://www.ecil.com.br/temperatura-industrial/pirometria/termopares/ acesso em 19/10/14

Escoamento

LEITO FIXO

      O leito de partículas (leito fixo) é utilizado no escoamento de fluidos. Em muitas operações industriais a fase fluida escoa através de uma fase sólida particulada (fase sólida estacionária). As também chamadas colunas empacotadas são usadas para reações com catalisadores, adsorção de um soluto, absorção, leito de filtração, etc.

      Um leito fixo tem como objetivo, principalmente, promover o contato íntimo entre as fases envolvidas no processo, sendo elas: fase fluida gasosa e/ou líquida com a fase estacionária/partículas ou entre diferentes fases fluidas.

      Em um leito fixo o fluido passa através de um leito de partículas, em baixas velocidades, apenas passando através dos espaços vazios existentes entre as partículas estacionárias.

      O material de empacotamento pode ser: esferas, partículas irregulares, cilindros, diversos tipos de materiais disponíveis para comercialização.

Podemos citar algumas aplicações de Leitos Fixos de Partículas:

·      Processos de adsorção;

·      Processos de absorção de gases;

·      Coluna de destilação com recheio;

·      Extração líquido-líquido;

·      Leitos de reação catalítica;

·      Filtros de resina de troca iônica.

 Figura 1: Desenho esquemático do funcionamento de um leito fixo.

LEITO FLUIDIZADO

      Considera-se fluidização ou leito fluidizado a condição na qual as partículas estão completamente suspensas na forma de um fluido mais denso, apresentando um comportamento equivalente a de um fluido.

      A suspensão das partículas ocorre quando há alta vazão, ao ponto em que as forças de fricção entre as partículas e o fluido contrabalançam o peso das partículas.

      A eficiência na utilização de um leito fluidizado depende em primeiro lugar do conhecimento da velocidade mínima de fluidização. Abaixo desta velocidade o leito não fluidiza; e muito acima dela, os sólidos são carregados para fora do leito.

      Geralmente, leitos fluidizados industriais se caracterizam por intensa movimentação ao longo do leito, o que propicia as altas taxas de transferência de calor e massas nesses sistemas.

Processos físicos que usam leitos fluidizados incluem secagem, mistura, granulação, cobertura, aquecimento e resfriamento. Todos estes processos tiram proveito das excelentes capacidades de mistura do leito fluida. A boa mistura de sólidos conduz a boa transferência de calor, uniformidade de temperatura e facilidade de controle do processo.

      Entre os processos químicos que utilizam leitos fluidizado estão: hidrogenação so etileno, queima do minério de sulfeto, quebra de hibrocarbonetos, anidrido ftálico acrilonitrila, entre outros.

 

Figura 2: Sistema de fluidização: a) leito fixo, b) leito fluidizado.

 

      A diferença é que o leito fixo é utilizado quando há menores velocidades, assim, os sólidos permanecem no local enquanto o fluido passa através dos espaços vazios no material. Já no leito fluidizado, como a velocidade do fluido é aumentada, o reator irá atingir um estágio onde a força do fluido sobre os sólidos é suficiente grande para equilibrar o peso do material sólido. Esta etapa é conhecida como fluidização incipiente e ocorre na velocidade de mínima fluidização. 

 Referências:

“Escoamento em Meios Porosos – Leito Fixo”. Universidade Federal de Santa Catarina, EQA 5313 – Turma 645 – Operações Unitárias de Quantidade de Movimento.

MEDEIROS, Petruccio Tenório. “Física Industrial II – Apostila Geral”.

Manutenção & Suprimentos. “Como funciona um reator de leito fluidizado”. Disponível em: <http://www.cimm.com.br>. Acesso: 18 outubro 2014.

UNICAMP. “Leito Fluidizado”. Disponível em: <www.fluidizacao.com.br>. Acesso: 18 outubro 2014.

Tubulação

        As tubulações industriais são de grande importância e essenciais para o funcionamento de todo tipo de indústria, possibilitando uma conexão física entre pontos de geração, armazenamento e utilização de um determinado fluido. São utilizados principalmente para distribuição de gases, óleos, vapores e lubrificantes e podem representar 70% do custo dos equipamentos, ou 25% do custo total da instalação. Se classificam em:

·       Tubulações de processo: conduzem fluidos que são parte integrante do processo produtivo, sendo mais empregados nas indústrias químicas, petroquímicas, alimentícias e farmacêuticas.

·         Tubulações de utilidades: conduzem fluidos auxiliares para o funcionamento da indústria, como redes de ar comprimido para máquinas pneumáticas e vapor para aquecimento de máquinas.

Figura 1: Exemplo de tubulação industrial.

           

A identificação é dada por cores que obedecem a seguinte tabela:

Tabela 1: Identificação para tubulação.

        Os tubos são divididos em dois grupos: tubos sem costura e tubos com costura. Os tubos sem costura são fabricados por três tipos de processos industriais: laminação (para tubos grandes diâmetros), extrusão (para tubos com pequenos diâmetros) e o processo de fundição. Já os tubos com costura são fabricados por solda.

 

Figura 2: Componentes de tubulações em geral.

        Os acessórios para tubulações são componentes utilizados em sistemas de tubulações e encanamentos para conectar-se diretamente tubos ou partes de tubulação, para se adaptar os diferentes tamanhos ou formas, e regular fluxos de fluido, por exemplo. São exemplos de acessórios de tubulação as curvas, os joelhos ou cotovelos, os tês, as peças em "Y", as cruzetas, as selas (saddles), os colares, os anéis de reforço, as reduções, as luvas (coupling), as uniões, as flanges, os niples e as virolas.

  

Figura 3: Exemplos de tubos e acessórios.

Referências:

“Tubulações Industriais”. Disponível em: <www.sumitani.com.br>. Acesso: 18 outubro 2014.

“Tubulação Industrial”. Disponível em: <www.metalica.com.br>. Acesso: 18 outubro 2014.

CPM - Programa de Certificação de Pessoal de Manutenção – Mecânica. “Acessórios de Tubulação Industrial”. SENAI - Departamento Regional do Espírito Santo.

“NR-26 Treinamento De Sinalização De Segurança”. Disponível em: <www.aedtreinamentos.com.br>. Acesso: 18 outubro 2014.