CUPRINS

Introducere...........................................................................................................3

Maşini şi unităţi pentru producerea aerului comprimat.................................4

1. Maşini pentru producerea aerului comprimat................................................4

1.1. Compresoare volumice (pneumo-statice)................................................4

1.2. Turbocompresoare pneumo-dinamice.....................................................8

2. Unităţi pentru producerea aerului comprimat................................................9

3. Răcirea aerului comprimat...........................................................................13

Bibliografie..........................................................................................................15

INTRODUCERE

Aer comprimat, aer sub presiune mai mare decât cea a atmosferei. Când

sa extins la o presiune mai mică, acesta poate fi utilizat pentru a împinge un

piston sau poate fi extinsă printr-o duza pentru a produce o mare viteză, ca, de

exemplu, un jet de vopsea pulverizator. 

Dar aerul comprimat este, de asemenea, utilizat în industria minieră de

cărbune-unelte, pentru a reduce pericolul de o explozie cauzată de o scântei de la

instrumente electrice.

Cele mai vechi aparate pneumatice datează de la 1700, când fizicianul

francez Denis Papin se utiliza de puterea unei mori de apă pentru a comprima

aerul care a fost transmis prin tuburi. Un secol mai târziu, de inventator britanic

George Medhurst a inventat un autovehicul cu aer comprimat, care este folosit

pentru prima dată 1865.

În ziua de azi, aerul comprimat se foloseşte cu succes în multe domenii şi

sectoare de activitate cum este cel medical, în industrie şi multe altele.

3

MAŞINI ŞI UNITĂŢI PENTRU PRODUCEREA AERULUI

COMPRIMAT

1. Maşini pentru producerea aerului comprimat

Pentru producerea aerului comprimat se folosesc maşini care realizează

comprimarea sau presarea aerului, transformând energia mecanică primită la arbore în

energie de presiune a aerului. După principiul de funcţionare, compresoarele se pot

clasifica în compresoare volumice şi turbocompresoare.

1.1. Compresoare volumice (pneumo-statice)

Funcţionarea lor se bazează pe principiul camerei de volum variabil. în

faza de aspiraţie, aerul este absorbit într-o cameră cu volum mare şi apoi închis,

mai mult sau mai puţin etanş. După aspiraţie camera îşi micşorează volumul iar

aerul se comprimă. Când s-a ajuns la un volum minim al camerei, se trece în

faza de refulare. Aerul este evacuat în circuitul de refulare, având o presiune

proporţională cu variaţia de volum a camerei.

Compresoarele volumice pot fi:

Cu piston

o Cu comprimare directă

o Cu comprimare prin membrană

Cu angrenaje

o Cu şurub

o Cu lobi (ROOTS)

Cu palete

Compresoarele cu piston cu comprimare directă pot avea o treaptă de

comprimare, fig. 1, două trepte, fig. 2, sau mai multe. Fiecare treaptă poate avea

unul sau mai mulţi cilindri. La comprimarea în mai multe trepte, treapta

4

următoare aspiră aerul comprimat în treapta precedentă, în acest fel mărindu-se

valoarea presiunii aerului comprimat furnizat de compresor. De exemplu, dacă

un compresor cu o treaptă ridică presiunea aerului până la 4 bar, unul cu două

trepte o poate ridica până la 15 bar. Un compresor cu 3 sau mai multe trepte

ridică presiunea peste 15 bar.

Fig. 1: Compresor cu piston cu comprimare directă

În figura 2 se poate observa că treapta a doua are un diametru al

cilindrului mai mic decât treapta întâia. Diametrul cilindrului de comprimare

este unul din parametrii după care putem identifica fiecare treaptă a unui

compresor cu piston în practică.

Acest tip de compresor poate realiza valori de comprimare foarte înalte

(până la 1000 bar), însă el are dezavantaje care li limitează utilizarea, şi anume:

generează şocuri de presiune în instalaţiile consumatoare, introduce ulei în aerul

comprimat, este zgomotos, iar, datorită frecărilor în zonele de etanşare,

temperatura aerului comprimat este foarte ridicată.

5

Fig. 2: Compresor cu piston cu două trepte

Compresoare cu piston cu comprimare indirectă funcţionează pe

acelaşi principiu, însă camera în care este aspirat aerul numai este cilindrul, iar

pistonul este separat complet de această cameră printr-o membrană elastică.

Acest compresor este utilizat în aplicaţiile în care trebuie evitată contaminarea

gazului comprimat, cu uleiul din sistemul de ungere al compresorul.

Exemple: industria chimică, industria alimentară, aer comprimat pentru

măsurări, uz medical etc.

Datorită membranei, care are rezistenţa mecanică şi la oboseală limitate,

performanţele acestui compresor sunt mai scăzute.

Compresoarele cu palete sunt alcătuite, fig. 3, dintr-o carcasă 1, un rotor

cilindric 2 aşezat excentric faţă de carcasa în care sunt dispuse iar în canale

frezate pe generatoarele rotorului, paletele 3.

Între suprafaţa rotorului, palete, carcasă şi capacele laterale se formează

camere de volum variabil (CW) care în faza de aspiraţie închid etanş mase de

aer şi, pe măsura rotirii ansamblului mobil, aceste camere îşi micşorează

6

volumul determinând creşterea presiunii. Când ating un volum minim ajung în

dreptul racordului de refulare, iar aerul comprimat este evacuat.

Paletele rotorului trebuie să asigure etanşarea laterală (cu capacele),

frontală (cu carcasa) şi faţă de rotor. Etanşarea frontală este asigurată prin

apăsarea paletelor pe carcasă datorită forţei centrifuge şi, la unele modele,

datorită unor arcuri dispuse în canalele practicate în rotor, iar uzura paletelor

este compensaţi automat Celelalte etanşări sunt influenţate de precizia de

execuţie şi, în timp, de uzura paletelor.

Paletele se execută în general din materiale anti fricţiune şi care protejează

carcasa contra uzurii. înlocuirea paletelor, când s-a ajuns la un anumit grad de

uzură, repune compresorul în funcţiune. Maşina atinge performanţele maxime

după un anumit timp de funcţionare, necesar redării paletelor.

Fig. 3: Compresor cu palete

7

Compresoare cu angrenaje. Caracteristic acestor compresoare, fig. 4,

este faptul că rotoarele profilate (lobi, şuruburi) nu se află în contact direct,

mişcarea lor fiind sincronizată prin angrenaje dispuse pe capetele arborilor.

Datorită acestui fapt, uzura acestor maşini este practic nulă. Randamentul

lor este însă mai slab deoarece, neexistând contact direct între elementele care

materializează camera de volum variabil, apar scurgeri dinspre racordul de

refulare către cei de aspiraţie. Totuşi, compresoarele cu şurub se caracterizează

printr-o remarcabilă uniformitate a debitului, funcţionare silenţioasă şi robusteţe.

Fig. 4: Compresor cu lobi Roots

1.2. Turbocompresoare pneumo-dinamice

Funcţionarea se bazează, pe mărirea vitezei de curgere a aerului, acesta

fiind "înghesuit" în orificiul de refulare al maşinii. Faţă de compresoarele

volumice. turbocompresoarele se caracterizează prin debite mari, fără oscilaţii

de debit-presiune. dar şi prin nivelul redus al presiunii aerului refulat.

Turbocompresoarele pot fi axiale sau radiale.

În figura 5 este prezentat un turbocompresor axial. Se poate observa că

accesul aerului aspirat se face paralel cu axul elicei aspiratoare. Ventilatorul de

birou este un exemplu de compresor axial, care însă refulează în atmosferă.

8

Fig. 5: Turbocompresor axial Fig. 6: Turbocompresor radia în trei trepte

În figura 6 se poate observa un turbocompresor radial în trei trepte (are

trei rotoare dispuse în serie, pe axul maşinii). Aerul este aspirat de primul rotor, i

se măreşte viteza şi este refulat prin centrifugare, perpendicular pe axul maşinii

(deci radial) către periferia carcasei, fiind aspirat mai departe de al doilea rotor si

având o presiune mai mare ca presiunea atmosferica . Fiind centrifugat de

al doilea rotor, aerul va avea o presiune mai mare decât la intrarea în

treapta a treia. Presiunea finala va fi

În figura 7 este prezentată diagrama domeniilor ocupate de fiecare tip de

compresor, în coordonate debit-presiune. Această diagramă este un instrument

deosebit de util în alegerea tipului de compresor necesar pentru o aplicaţie

practică, atunci când se cunosc parametri consumatorului.

Dacă intersecţia coordonatelor debit-presiune are loc într-un domeniu

ocupat de mai multe tipuri de compresoare, alegerea se face ţinând seama de alţi

factori: posibilităţi şi cerinţe de întreţinere, sensibilitatea consumatorilor la

şocuri de presiune, fiabilitate, preţ etc.

2. Unităţi pentru producerea aerului comprimat

Definim ca imitate de producere a aerului comprimat ansamblul format

din următoarele elemente:

- maşina de producere a aerului comprimat;

9

- sistemele de reglare a parametrilor aerului comprimat (debit, presiune,

temperatură, umiditate);

- aparatele de măsură şi control (manometre, presostate, termometre etc.);

- recipientul de stocare a aerului comprimat, mărimea compresorului precum

şi de tipul maşinii de antrenare: motor electric sau cu ardere internă.

Fig. 7: Diagrama domeniilor ocupate de fiecare tip de compresor

Reglarea prin deversare. În aval de compresor, pe racordul de refulare,

se instalează o supapă de limitare a presiunii. La orice tendinţă de depăşire a

10

presiunii reglate, supapa deversează în atmosferă până la anularea tendinţei de

mărire a presiunii (fig. 8).

Reglarea prin izolarea compresorului. În aval de recipientul de stocare se

culege o reacţie de presiune pentru un distribuitor 2/2 normal deschis cu revenire cu arc,

plasat pe racordul de aspiraţie al compresorului. Orice creştere a presiunii peste

valoarea prescrisă, determină închiderea distribuitorului montat pe aspiraţie, sub efectul

presiunii din sistem. Având izolată aspiraţia, compresorul nu mai debitează aer în sistem

până când presiunea tinde să scadă sub valoarea reglată, moment în care distribuitorul

începe să se deschidă. Acest tip de reglare îl întâlnim la compresoarele cu piston şi la

cele cu angrenaje (fig. 9).

Fig.8: Reglare prin deversare Fig. 9: Reglare prin izolarea compresorului

Reglarea internă (fig. 10). Deschiderea supapei de aspiraţie este

controlată de un dispozitiv pneumatic comandat de o reacţie de presiune culeasă

din racordul de refulare.

Când presiunea în sistem creşte la o anumită valoare, supapa de aspiraţie

rămâne deschisă şi aerul aspirat este refulat tot pe aspiraţie la presiunea

atmosferică.

Acest tip de reglare îl întâlnim Ia compresoarele cu piston de mare

capacitate.

11

Fig. 10: Reglarea internă

Reglarea prin intervenţia asupra motorului de antrenare

a) În cazul în care maşina de antrenare este un motor cu ardere internă, se

reglează turaţia acestuia, manual sau automat. în al doilea caz, se utilizează o

reacţie de presiune sau traductoare şi sisteme electronice de control.

Cilindrul CR, fig. 11, preia funcţia de reglare a pompei de injecţie (sau a

carburatorului), decelerând motorul de antrenare la orice tendinţă de creştere a

presiunii în sistem.

Fig. 11: Reglarea prin intervenţia asupra motorului de antrenare, utilizând o

reacţie de presiune

12

Corespunzător, debitul oferit de compresor scade. Utilizarea unui cuplaj

centrifugal permite decuplarea totală a compresorului la o anumită turaţie. Acest

sistem de reglare este utilizat mai ales pe utilajele mobile.

b) Dacă motorul de antrenare este electric, fig. 12, se introduce în schema

de comandă a motorului un releu de presiune RP (presostat) reglat astfel încât să

comande dezactivarea contactorului C, deci oprirea motorului de antrenare când

presiunea în sistem atinge o anumită valoare.

Fig. 12: Reglare prin intervenţie asupra motorului electric de antrenare

3. Răcirea aerului comprimat

Pentru a evita variaţia parametrilor fizici ai aerului comprimat utilizat ca

agent de lucru, aerul comprimat trebuie să aibă o temperatură cât mai constantă

şi cât mai apropiată de cea a mediului în care se află instalaţia.

La ieşirea din compresor aerul poate atinge temperaturi de până la 200°C.

Dacă ar intra în instalaţie cu o temperatură apropiată de această valoare, efectele

ar putea fi următoarele:

- deformarea sau topirea paharelor filtrelor şi ungătoarelor;

- înmuierea, deformarea şi ruperea conductelor din plastic;

- alterarea elementelor de etanşare elastomerice;

- griparea unor aparate, prin modificarea jocurilor între piesele mobile şi fixe,

datorită dilataţiei.13

Aşadar, este necesar să se asigure o temperatură corespunzătoare a aerului

livrat consumatorilor. Se recomandă ca temperatura aerului să fie în jurul valorii

de minim 10°C iarna şi maxim 30°C vara, dar în nici un caz nu va depăşi 50°C

Răcirea aerului se poate face chiar din faza de comprimare, acest lucru protejând

şi compresorul.

Fig. 13: Compresor Fig. 14: Compresor Fig. 15: Compresor cu două

prevăzut cu circuit cu aripioare de răcire trepte, cu răcire intermediară

de răcire permanent

În figura 13, compresorul este prevăzut cu un circuit care răceşte în

permanenţă cilindrul (similar motoarelor termice).

O altă metodă de răcire este suflarea de aer asupra cilindrului de

comprimare, prevăzut cu aripioare de răcire, fig. 14. Aripioarele măresc

suprafaţa de schimb de căldură cu mediul, iar aerul suflat peste cilindru permite

transferul mai rapid al căldurii de la maşină către mediu.

În general, aceste două metode de răcire se combină cu o a treia metodă

de răcire, fig. 15, care se aplică compresoarelor cu mai multe trepte. În

canalizaţia dintre treptele 1 şi 2 (cazul compresorului cu două trepte) se

instalează un schimbător de căldură sau un agregat de răcire, ce permit

reducerea temperaturii aerului.

În multe cazuri, metodele de răcire descrise mai sus, nu sunt suficiente,

motiv pentru care unităţile de producere a aerului comprimat se completează cu

agregate de răcire a aerului după ce acesta a ieşit din compresor.

14

BIBLIOGRAFIE

1.Bratu, I., Mecanisme, Editura Univ.Oradea, 2001;

4. Demian, T. - Mecanisme şi elemente constructive de mecanică fină, E. D. P.,

Bucureşti

5. Demian, T. ş. a. - Mecanisme de mecanică fină E. D. P., Bucureşti,1970

6. Handra - Luca, V., - Introducerea în teoria mecanismelor, vol. I, II, Ed.

Dacia, Cluj-Napoca,1982

7. Kovacs, Rf., ş. a. - Mecanisme lito., I. P. T.,1992

8. Pelecudi, Chr., ş. a. - Algoritmi şi programe pentru analiza mecanismelor, Ed.

Tehnică, Bucureşti,1982.

9.Perju, D,- Mecanisme de mecanică fină, vol. I, II, Lito. I. .P. T. , 1990

10. Popescu, I., - Proiectarea mecanismelor plane, Ed. Scrisul Românesc,

Craiova,1997

11. Rus, Al., Mecanisme, Editura Univ. Oradea, 2001;

15