Pneu Hidr Fascículo 1

5/9/2018 Pneu Hidr Fascículo 1 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/pneu-hidr-fasciculo-1 1/48

MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃOSECRETARIA DE EDUCAÇÃO PROFISSIONAL E TECNOLÓGICAINSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE GOIÁSCampus Itumbiara

I

Acionamentos Pneumáticose Hidráulicos

Fascículo 1

Joaquim Francisco Martins

2011




II

Índice

1. PNEUMÁTICA.....................................................................................................1

1.1. INTRODUÇÃO ....................................................................................................11.2. AR COMPRIMIDO...............................................................................................2

1.2.1. Vantagens e Limitações............................................................................21.3. FUNDAMENTOS FÍSICOS ....................................................................................4

1.3.1. Fluido........................................................................................................41.3.2. Força e Pressão ......................................................................................... 41.3.3. Propriedades do Ar ................................................................................... 4

1.3.3.1. Expansibilidade..................................................................................41.3.3.2. Compressibilidade ............................................................................. 51.3.3.3. Elasticidade........................................................................................51.3.3.4. Difusibilidade .................................................................................... 61.3.3.5. Peso....................................................................................................6

1.3.4. Transformações: Isotérmica, Isocórica e Isobárica .................................. 71.4. CUSTOS ENERGÉTICOS......................................................................................7

1.4.1. Usos Indevidos..........................................................................................91.4.2. Excesso de Pressão ................................................................................... 91.4.3. Vazamentos...............................................................................................9

1.4.3.1. Identificação de Vazamentos...........................................................111.4.5. Sistema Eficiente .................................................................................... 12

1.5. CONSIDERAÇÕES PRÁTICAS ............................................................................121.5.1. Pressão Baixa..........................................................................................121.5.2. Pressão Normal.......................................................................................121.5.1. Pressão alta ............................................................................................. 12

1.6. EXERCÍCIOS PROPOSTOS .................................................................................12

2. PRODUÇÃO E DISTRIBUIÇÃO DO AR COMPRIMIDO..........................15

2.1. DEFINIÇÕES BÁSICAS......................................................................................152.1.1. Deslocamento Positivo ........................................................................... 152.1.2. Deslocamento Dinâmico.........................................................................152.1.3. Difusor ....................................................................................................152.1.4. Cores Técnicas........................................................................................15

2.2. GERAÇÃO DE PRESSÃO ...................................................................................162.2.1. Compressores Alternativos Tipo Pistão..................................................18

2.2.1.1. Compressor Alternativo de Simples Efeito ..................................... 192.2.1.2. Compressor Alternativo de Duplo Efeito ........................................ 192.2.1.2. Compressor Alternativo de Duplo Estágio......................................20

2.2.2. Compressor Alternativo Tipo Diafragma ............................................... 21




III

2.2.3. Compressores Rotativos ......................................................................... 222.2.3.1. Compressor de Palhetas...................................................................222.2.3.2. Compressor de Parafuso .................................................................. 232.2.3.3. Compressor de Lóbulos ou “Roots” ................................................ 24

2.2.4. Compressores Dinâmicos ....................................................................... 242.2.4.1. Compressor Axial............................................................................242.2.4.2. Compressor Centrífugo....................................................................25

2.2.5. Considerações.........................................................................................26

2.2.5.1. Deslocamento Positivo .................................................................... 262.2.5.2. Deslocamento Dinâmico..................................................................262.2.5.3. Comparativo .................................................................................... 262.2.5.4. Curiosidades .................................................................................... 27

2.2.5.4.1. Compressores Alternativos.......................................................272.2.5.4.2. Compressores de Parafuso........................................................272.2.5.4.3. Compressores Centrífugos........................................................27

2.3. PREPARAÇÃO DO AR COMPRIMIDO .................................................................282.3.1. Compressor.............................................................................................282.3.2. Refrigerador ou Resfriador.....................................................................292.3.3. Reservatório de Ar Comprimido ............................................................ 30

2.3.4. Secador ................................................................................................... 312.3.4.1. Secagem por Resfriamento..............................................................312.3.4.2. Secagem por Adsorção .................................................................... 322.3.4.3. Secagem por Absorção .................................................................... 33

2.4. LUBREFIL ........................................................................................................342.5 TUBULAÇÃO.....................................................................................................35

2.5.1. Tubos de Aço Perfilados.........................................................................352.5.2. Tubos de Aço Sem Costura .................................................................... 362.5.3. Tubos de Aço Inoxidável........................................................................36

2.6. CONTAMINAÇÃO .............................................................................................392.6.1. Fontes de Contaminação.........................................................................39

2.6.1.1. Externa.............................................................................................392.6.1.2. Interna..............................................................................................402.6.1.3. Manutenção / Montagem.................................................................40

2.6.2. Efeitos da Contaminação........................................................................412.7. EXERCÍCIOS PROPOSTOS .................................................................................41




IV

Índice de FigurasFigura 1.1 – Diagrama esquemático de um sistema pneumático. .......................................... 1Figura 1.2 – Diagrama de blocos de um sistema pneumático. ............................................... 1Figura 1.3 - Exemplo de aplicação de uma força em uma superfície (10 Kgf/cm2). .............4Figura 1.4 – Expansibilidade do ar.........................................................................................5Figura 1.5 – Compressibilidade do ar.....................................................................................5Figura 1.6 – Elasticidade do ar...............................................................................................6Figura 1.7 – Difusibilidade do ar............................................................................................6Figura 1.8 - Custo efetivo, médio, de um compressor durante 10 anos de uso......................8Figura 1.9 - Demanda média em um sistema de ar comprimido............................................8Figura 1.10 – Identificação de vazamentos em um sistema de ar comprimido....................11Figura 2.1 – Exemplo de produção de ar comprimido. ........................................................ 16Figura 2.2 – Compressão e condicionamento do ar em sistemas pneumáticos....................17Figura 2.3 – Compressão e condicionamento do ar em sistemas pneumáticos....................17Figura 2.4 – Diagrama esquemático de um compressor alternativo de simples efeito. ....... 19Figura 2.5 – Diagrama esquemático de um compressor alternativo de duplo efeito............20Figura 2.6 - Diagrama esquemático de um compressor de dois estágios.............................20Figura 2.7 – Diagrama esquemático de um compressor tipo diafragma. ............................. 21Figura 2.8 – Compressor de palheta.....................................................................................22Figura 2.9 – Compressor de parafuso...................................................................................23Figura 2.10 – Compressor de lóbulos...................................................................................24Figura 2.11 - Diagrama esquemático de um compressor axial.............................................25Figura 2.12 - Diagrama esquemático de um compressor centrífugo....................................25Figura 2.13 – Diagrama esquemático de uma estação de ar comprimido. ........................... 28Figura 2.14 – Diagrama de resfriador posterior. .................................................................. 29Figura 2.15 - Diagrama esquemático de um reservatório de ar comprimido. ...................... 30Figura 2.16 - Diagrama esquemático de um secador por resfriamento................................32Figura 2.17 - Diagrama esquemático da secagem por adsorção...........................................32Figura 2.18 - Diagrama esquemático de uma secagem por absorção...................................33Figura 2.19 – Exemplos de Lubrefil e sua simbologia.........................................................34Figura 2.20 – Distribuição de ar comprimido (a) Anel aberto e (b) Anel fechado. ............. 38Figura 2.20 – Diagrama esquemático do declive de uma tubulação. ................................... 38Figura 2.21 – Tomada de ar em uma tubulação de ar comprimido......................................39




V

Índice de TabelasTabela 1.1 - Relação de vazamento x perda de potência com o custo. ................................ 10Tabela 2.1 – Relação entre número de estágios e a pressão para compressores. ................. 21Tabela 2.2 – Características gerais dos compressores..........................................................27




1

1. Pneumática

1.1. Introdução

Pneumática é deriva do grego “Pneumos” ou “Pneuma” que significa: Respiração,sopro. É definida como parte da Física responsável pelo estudo da dinâmica e dosfenômenos físicos relacionados com os gases e os vácuos. Além disso, estuda a conversãoda energia pneumática em energia mecânica.

Sistemas pneumáticos são bastante comuns nas áreas industriais, devido suasimplicidade aliados à velocidade e a força aplicada. Como por exemplo: Acionamentos econtroles industriais, transporte pneumático, ejetores defluidos, processos como produçãode peças de vidro ou plástico, jato de areia, pinturas, ferramentas (marteletes, perfuratrizes,etc.), acionamento de freios, operações submarinas, dentre outros.

A figura 1.1 mostra um diagrama esquemático de um sistema pneumático.

Figura 1.1 – Diagrama esquemático de um sistema pneumático.

A figura 1.2 mostra o diagrama de blocos de um sistema pneumático.

Figura 1.2 – Diagrama de blocos de um sistema pneumático.




2

1.2. Ar Comprimido

O ar é insípido, inodoro e incolor, mas é facilmente percebido através dos ventos,correntes de ar que sustentam pássaros e asas deltas e que atenuam a queda através do pára-quedas. Apresenta algumas propriedades importantes, as quais podem favorecer ou limitarsua aplicação nos ambientes industriais.

1.2.1. Vantagens e Limitações

Um sistema pneumático no ambiente industrial, geralmente, é caracterizado pelasseguintes vantagens:

• Robustez dos componentes pneumáticos: A robustez inerente aoscontroles pneumáticos torna-os relativamente insensíveis a vibrações egolpes, permitindo que ações mecânicas do próprio processo sirvam de sinalpara as diversas seqüências de operação. São de fácil manutenção;

• Facilidade de implantação: Pequenas modificações nas máquinasconvencionais, aliadas a disponibilidade de ar comprimido, são os requisitos

necessários para implantação dos controles pneumáticos;

• Simplicidade de manipulação: Os controles pneumáticos não necessitamde operários especializados para sua manipulação;

• Disponibilidade: O ar está disponível em quantidade em qualquer parte; • Custo da tubulação: Não há necessidade de tubulação de retorno;

• Velocidade do fluído: A velocidade de fluxo do ar no interior das válvulas etubulação é alta;

• Estocagem: O ar comprimido pode ser estocado dentro de reservatórios;

• Limpeza: Não polui o ambiente em caso de vazamentos;

• Montagem: Apresenta facilidade de montagem entre os componentes dosistema com tubulações flexíveis, em outras palavras, apresenta engaterápido;

• Custo de produção: Incremento da produção com investimentorelativamente pequeno;




3

• Redução dos custos operacionais: A rapidez nos movimentos pneumáticose a libertação do operário de operações repetitivas possibilitam o aumento doritmo de trabalho, aumento de forma significativa à produtividade e, comoconsequência, um menor custo operacional.

• Segurança: Como os equipamentos pneumáticos envolvem sempre pressõesmoderadas, tornam-se seguros contra possíveis acidentes, tanto para osoperários, quanto para o equipamento, além de evitar problemas de

explosão.

• Redução do número de acidentes: A fadiga é um dos principais fatores quefavorecem acidentes, a implantação de controles pneumáticos reduz esteproblema. Também diminuem doenças funcionais, já que o trabalho físicorepetitivo fica restrito ao maquinário.

Um sistema pneumático no ambiente industrial, geralmente, é caracterizado pelasseguintes limitações:

• Preparação: O ar comprimido necessita de uma boa preparação para

realizar o trabalho proposto, entre as quais destacam:o Remoção de impurezas; o Eliminação de umidade para evitar corrosão nos equipamentos; o Desgastes acentuados nas partes móveis do sistema;

• Utilização: Os componentes pneumáticos são normalmente projetados eutilizados a uma pressão máxima de 1.723,6 kPa (17,2 BAR). Logo otamanho dos atuadores são maiores quando se devem vencer grandes forças;

• Controle de velocidade: Velocidades muito baixas são difíceis de ser

obtidas com o ar comprimido devido às suas propriedades físicas. Nestecaso, recorre-se a sistemas mistos (hidráulicos / pneumáticos);

• Compressibilidade: O ar é um fluido altamente compressível, portanto, éimpossível de se obter paradas intermediárias e velocidades uniformes;

• Poluição sonora: O ar comprimido é um poluidor sonoro quando sãoefetuadas exaustões para a atmosfera. Esta poluição pode ser evitada com ouso de silenciadores nos orifícios de escape;

• Vazamentos: As perdas por vazamento são dispendiosas devido à constanteperda de energia, pois o compressor permanece muito tempo ligado.




4

1.3. Fundamentos Físicos

A seguir serão abordados os principais fundamentos físicos do ar para um bomentendimento da Pneumática.

1.3.1. Fluido

Qualquer substância que é capaz de escoar e assumir a forma do recipiente que a

contém é denominado de fluido. O fluido pode ser líquido ou gasoso. A pneumática tratados fluidos gasosos, especialmente, o ar.

1.3.2. Força e Pressão

Pode-se dizer que força é qualquer causa capaz de alterar o estado de equilíbrio deum corpo, podendo produzir ou alterar o movimento ou ainda produzir deformações. Já apressão é definida como a aplicação de uma força sobre uma área determinada. Comomostrado pela figura 1.3.

Figura 1.3 - Exemplo de aplicação de uma força em uma superfície (10 Kgf/cm2).

1.3.3. Propriedades do Ar

A seguir serão abordadas as principais propriedades do ar para um bomentendimento da Pneumática.

1.3.3.1. Expansibilidade

Propriedade do ar que lhe possibilita ocupar totalmente o volume de qualquerrecipiente, adquirindo o seu formato, como mostra a figura 1.4.




5

Figura 1.4 – Expansibilidade do ar.

Onde:

(a) Recipiente contendo ar e a válvula está fechada;

(b) Quando a válvula é aberta o ar expande, assumindo o formato dos recipientesenvolvidos no circuito pneumático.

1.3.3.2. Compressibilidade

O ar quando submetido à ação uma força reduz seu volume. Logo, é possívelencerrá-lo em um recipiente com volume determinado e posteriormente provocar-lhe umaredução.

Pode-se concluir que a compressibilidade do ar permite reduzir o seu volumequando sujeito à ação de uma força exterior, como mostra a figura 1.5.

Figura 1.5 – Compressibilidade do ar.

1.3.3.3. Elasticidade

Devido a sua elasticidade, o ar volta ao seu volume inicial quando cessa a ação daforça, como mostra a figura 1.6.




6

Figura 1.6 – Elasticidade do ar.

1.3.3.4. Difusibilidade

Propriedade do ar que lhe permite misturar-se homogeneamente com qualquer meiogasoso que não esteja saturado. Como mostra a figura 1.7.

Figura 1.7 – Difusibilidade do ar.

Onde:

(a) Volumes contendo ar e gás com a válvula fechada;

(b) Válvula aberta, é obtida uma mistura homogênea.

1.3.3.5. Peso

Um litro de ar, a temperatura de 0 ° Celsius e ao nível do mar pesaaproximadamente: 1,293 gramas. Em função do peso do ar e do volume da atmosferaterrestre, todos nós sofremos a ação de uma força em todos os sentidos e direções, estandoassociada a uma pressão.




7

1.3.4. Transformações: Isotérmica, Isocórica e Isobárica

As leis de Boyle-Mariotte, Charles e Gay Lussac referem-se a transformações deestado, nas quais uma das variáveis físicas permanece constante, para gases perfeitos.

Geralmente, a transformação de um estado para outro envolve um relacionamentoentre todas, sendo assim, a relação generalizada é expressa pela fórmula:

2

22

1

11 ..

T

V P

T

V P

=

Logo as transformações para gases perfeitos, podem ser:

• Isotérmica: Caracteriza-se pela temperatura constante, onde:

o Diminui o Volume Aumenta a pressão;

o Aumenta o Volume Diminui a pressão.

• Isocórica ou Isovolumétrica: Caracteriza-se pelo volume constante, onde:

o Diminui a Temperatura Diminui a Pressão;

o Aumenta-se a Temperatura Aumenta a Pressão.

• Isobárica: Caracteriza-se pela pressão constante, onde:

o Diminui a Temperatura Diminui o Volume;

o Aumenta a Temperatura Aumenta o Volume.

1.4. Custos Energéticos

Um sistema pneumático gasta energia para seu funcionamento implicando que,quanto menor seu gasto de energia, menor o custo de produção.

Um erro comum é não contabilizar o ar comprimido com custo de produção, poisapesar do ar ser encontrado na natureza sua geração requer um gasto de energia.

Economizar energia por melhorias no sistema de ar comprimido pode resultar emuma economia de 20 a 40% do consumo de energia elétrica.

O Gerenciamento do sistema de ar comprimido adequado pode:




8

• Diminuir em até em torno de 40% o consumo de energia elétrica;• Reduzir o número de compressores em serviço;• Evitar manutenção não programada, ou seja, manutenção corretiva;• Diminuir o tempo de equipamentos fora de serviço;• Aumentar a Produção;• Melhorar a qualidade dos produtos produzidos.

A figura 1.8 mostra o custo efetivo, médio, de um compressor durante 10 anos de

uso.

Figura 1.8 - Custo efetivo, médio, de um compressor durante 10 anos de uso.

A figura 1.9 mostra a demanda média em um sistema de ar comprimido.

Figura 1.9 - Demanda média em um sistema de ar comprimido.




9

1.4.1. Usos Indevidos

Entendem-se como usos indevidos atividades que não estão ligadas ao uso dosistema pneumático a qual foi projetado, dentre os principais, estão:

• Resfriamento pessoal:• Resfriamento de motores:• Limpeza de peças;

• Limpeza do chão da fábrica.

Estas atividades representam, em média, 5% da demanda de ar comprimido, ou seja,um custo elevado e desnecessário. Logo, devem ser proibidos.

1.4.2. Excesso de Pressão

Excesso de pressão no sistema também tem um custo bem representativo, em tornode 8% da demanda média.

Por exemplo: Um sistema que, normalmente, trabalha com 5,5 bar consome emmédia 11,3 m3 /h. Se o mesmo trabalhar com excesso de pressão de 8, o bar irá consumir em

média 15 m3

/h.Logo o desperdício é de 3,7 m3 /h que em média é de 30 HP. Este desperdício de 30HP, considerando o custo médio de energia de R$ 0,20 kW/h. Em um ano o prejuízo estaráem torno de R$ 40.000,00.

Conclui-se que, evitar excesso de pressão nem um sistema significa maiordisponibilidade no caixa para investimento, mais competitividade e menos problemas narede de ar.

1.4.3. Vazamentos

Vazamentos além de aumentar o consumo de energia elétrica por aumentar o

trabalho do compressor, também contribuem para a ocorrência de problemas operacionaisem um sistema, tais como:

• Flutuações no sistema de pressão, as quais podem tornar os equipamentosmenos eficientes e afetar a qualidade da produção;

• Exigir mais trabalho do compressor, resultando em custos mais altos que onecessário;

• Reduzir a vida útil e aumentar a manutenção dos equipamentos ligados aosuprimento de ar, inclusive do próprio compressor, em virtude do aumentode partidas e paradas desnecessárias e ao aumento da carga em trabalho.




10

A tabela 1.1 mostra a relação de vazamento x perda de potência com o custo.

Tabela 1.1 - Relação de vazamento x perda de potência com o custo.

O volume de ar dos vazamentos está relacionado diretamente com a pressão desuprimento, quanto maiores os vazamentos, maior será a necessidade de aumento napressão para compensá-los.

No ambiente industrial é muito comum, quando uma área de trabalho é afetada porqueda de pressão, que a primeira providência seja ajustar a descarga do compressor parauma pressão mais elevada.

A conseqüência é que isso provoca o aumento de vazamentos, implicando em maisgasto energético e, obviamente, em custos mais elevados.

Os vazamentos ocorrem com maior freqüência em:

• Engates rápidos;• Mangueiras;• Tubos:• Conexões;• Filtros;• Reguladores;• Lubrificadores;

• Drenos;• Válvulas;• Flanges;• Vedações;• Juntas de tubulações;• Roscas mal vedadas;




11

• Válvulas, cilindros e ferramentas pneumáticas;• Pontos fora de uso, mas ainda ligados à rede de ar.

1.4.3.1. Identificação de Vazamentos

Ao fluir através do local do vazamento, um fluxo turbulento é gerado.Essa turbulência tem fortes componentes ultra-sônicos, os quais são captados

através de uma sonda e transmitidos para fones de ouvido e para um medidor que os

transforma em sinais luminosos ou sonoros.Quanto maior o vazamento, maior o nível de ultra-som.Estabelecer um pequeno roteiro para identificar vazamentos em um sistema de ar

facilita o desenvolvimento deste trabalho. Também dá uma visão mais ampla do que estáocorrendo, criando uma forma metódica e criteriosa para um plano contínuo de controle emanutenção.

A forma mais adequada de identificar vazamentos em um sistema de ar comprimidoé através de um sensor de ultra-som, como mostra a figura 1.10.

Figura 1.10 – Identificação de vazamentos em um sistema de ar comprimido.




12

1.4.5. Sistema Eficiente

Um sistema eficiente de ar comprimido garante, ao sistema:

• Economiza energia;• Elimina desperdícios;• Menor custo de reposição;

• Menor ruído no ambiente;• Economia em manutenção;

• A vida útil dos componentes é maior;

• Os vazamentos são insignificantes;• A pressão no sistema é estável;

1.5. Considerações Práticas

A seguir são abordadas algumas considerações práticas de utilização de pressões emsistemas pneumáticos.

1.5.1. Pressão Baixa

Considera-se baixa pressão baixa sistemas que operam até 1,5 bar. Geralmente,utilizam estas pressões sistemas de comando e / ou ativação de sensores pneumáticos.

1.5.2. Pressão Normal

Considera-se pressão normal sistemas que operam de 1,5 a 10 bar. Geralmente,utilizam estas pressões sistemas de comando e / ou trabalho. Normalmente, operam emtorno de 6 bar por terem um bom custo / benefício.

1.5.1. Pressão alta

Considera-se pressão alta sistemas que operam acima de 10 bar. Geralmente, sãosistemas especiais sistemas que justificam o seu custo, normalmente, elevado.

1.6. Exercícios Propostos

1) Uma empresa possui uma linha pneumática que apresenta pequenos vazamentos.Como você é o técnico responsável pela área, deve justificar para gerência que amanutenção desta linha faz-se necessário.




13

Para tal você associou os vazamentos a pequenos furos e os representou como umfuro total de:

a) Área de 113 mm2;b) Área de 57 mm2;c) Área de 20 mm2 d) Área de 10 mm2;e) Área de 5 mm2;

f)

Área de 3 mm

2

;g) Área de 0,7 mm2;

Indique: Os volumes de ar escapado bem como seus custos anuais.

2) Um êmbolo que pode se mover livremente por um cilindro tem uma massa de0,60 Kg. Sua situação inicial é que o embolo está a uma altura de 5 cm a uma temperaturade 27 ºC. Admita a área do embolo de 10 cm2 e a gravidade g = 9,81 m/s2.

a) Se o cilindro for aquecido até 180 ºC, qual a altura que o êmbolo estará ?

b) Qual será o peso necessário para se colocar no êmbolo para que o mesmo fique naposição inicial ? ( 5 cm )

3) Um êmbolo que pode se mover livremente por um cilindro tem uma massa de0,30 Kg. Sua situação inicial é que o embolo está a uma altura de 5 cm a uma temperaturade 25 ºC. Admita a área do embolo de 10 cm2 e a gravidade g = 9,81 m/s2.

a) Se o cilindro for aquecido até 180 ºC, qual a altura que o embolo estará ?




14

b) Quando o êmbolo atingir o equilíbrio, o mesmo é travado e mergulhado emnitrogênio líquido ( 77 K ). Determine o valor da nova pressão interna mediante estavariação brusca de temperatura em BAR.

4) Um cilindro, de área de seção transversal reta A, é provido de um êmbolo móvel,podendo-se variar, assim, o volume de um gás (ideal) contido no cilindro. Quando oêmbolo esta marcando 0,30 sua temperatura é de 300 k e a pressão é 2 BAR. Levando o

êmbolo até a marca 0,20. Pede-se:

a) Se a temperatura for mantida a mesma, qual é a pressão no interior do cilindro ?

b) Se a temperatura for alterada para 400 k, qual é a pressão no interior do cilindro ?




15

2. Produção e Distribuição do Ar Comprimido

O elemento que produz ar comprimido é denominado compressor.Por definição: “ Compressores são máquinas destinadas a elevar a pressão de

um certo volume de ar, admitido nas condições atmosféricas, até uma determinadapressão, exigida na execução dos trabalhos realizados pelo ar comprimido”.

2.1. Definições Básicas

2.1.1. Deslocamento Positivo

Baseia-se fundamentalmente na redução de volume.O ar é admitido em uma câmara isolada do meio exterior, onde seu volume é

gradualmente diminuído, processando-se a compressão.Quando uma determinada pressão é atingida, provoca a abertura de válvulas de

descarga, ou simplesmente o ar é empurrado para o tubo de descarga durante a contínuadiminuição do volume da câmara de compressão;

2.1.2. Deslocamento Dinâmico

A elevação da pressão é obtida por meio de conversão de energia cinética emenergia de pressão, durante a passagem do ar através do compressor.

O ar admitido é colocado em contato com impulsores (rotor laminado) dotados dealta velocidade. Este ar é acelerado, atingindo velocidades elevadas e consequentemente osimpulsores transmitem energia cinética ao ar.

Posteriormente, seu escoamento é retardado por meio de difusores, obrigando a umaelevação na pressão.

2.1.3. Difusor

É uma espécie de duto que provoca diminuição na velocidade de escoamento de umfluido, causando aumento de pressão.

2.1.4. Cores Técnicas

As cores utilizadas pelo ANSI (American National Standard Institute), que substituia organização ASA, pois sua padronização de cores é bem completa e abrange a maioriadas necessidades de um circuito pneumático, onde:




16

• Vermelho: Indica pressão de alimentação, pressão normal do sistema, é apressão do processo de transformação de energia, por ex.: Compressor;

• Violeta: Indica que a pressão do sistema de transformação de energia foiintensificada, por ex.: Multiplicador de pressão;

• Laranja: Indica linha de comando, pilotagem ou que a pressão básica foireduzida, por ex.: Pilotagem de uma válvula;

• Amarelo: Indica uma restrição no controle de passagem do fluxo, por ex.:Utilização de válvula de controle de fluxo;

• Azul: Indica fluxo em descarga, escape ou retorno, por ex.: Exaustão paraatmosfera;

• Verde: Indica sucção ou linha de drenagem, por ex.: Sucção do compressor;• Branco: Indica fluido inativo, por ex.: Armazenagem.

2.2. Geração de Pressão

Na indústria, geralmente, o ar comprimido é produzido em local central, porexemplo: Na casa de máquinas e, posteriormente, conduzido ao local da aplicação atravésde uma rede de tubulação. A figura 2.1 mostra um exemplo de produção de ar comprimido.

Figura 2.1 – Exemplo de produção de ar comprimido.




17

Obviamente, através da figura 2.1 que o ar em um sistema pneumático deve seralém comprimido condicionado, ou seja, ter qualidade. Como por exemplo: Isento deumidade e impurezas.

A figura 2.2 mostra em forma gráfica estas condições.

Figura 2.2 – Compressão e condicionamento do ar em sistemas pneumáticos.

Para a geração de ar comprimido em sistemas pneumáticos são necessáriosequipamentos adequados, denominados de compressores.

A figura 2.3 mostra em diagrama esquemático os tipos mais comuns decompressores que são aplicados em sistema pneumáticos.

Figura 2.3 – Compressão e condicionamento do ar em sistemas pneumáticos.




18

Através da figura 2.3, pode-se comentar que:

• Compressores Volumétricos: São compressores que realizam o processode comprimir o ar através da redução de volume. Devido esta característicasão também conhecidos como compressores de deslocamento positivo. Emgeral, são subdivididos em dois subgrupos:

o Compressores Alternativos:

o Pistão:o Simples efeito, de um ou múltiplos estágios;o Duplo efeito de um ou múltiplos estágios;

o Diafragma.

o Compressores Rotativos:o Palhetas;o Lóbulos, também conhecidos como “Roots”;o Parafuso;o Turbocompressores.

• Compressores Dinâmicos: São compressores que realizam o processo decomprimir o ar através da aceleração de massa, ou seja, através do fluxo.Devido esta característica são também conhecidos como compressores de deslocamento dinâmico. Em geral, são subdivididos em dois subgrupos:

o Centrífugos;o Axiais.

2.2.1. Compressores Alternativos Tipo Pistão

Um compressor alternativo é, geralmente, utilizado para produzir altas pressões.

Geralmente, seu funcionamento é dado por quatro etapas distintas:

• Admissão – Etapa 1: Quando o pistão se move para baixo, o ar flui para ointerior do cilindro através da válvula de entrada;

• Compressão – Etapa 2: Quando o pistão se move para cima, o ar écomprimido sendo liberado convenientemente por uma válvula de saída;

• Descarga – Etapa 3: O ar comprimido é expelido e entra, então, em umreservatório de armazenamento;




19

• Expansão – Etapa 4: Após a descarga, nem todo o gás é expulso docilindro. Resta uma parte denominada volume morto ou espaço morto,compreendido entre o cabeçote e o pistão no ponto final de deslocamento.Válvulas de entrada e de saída fechadas, enquanto o pistão se desloca parabaixo. Precede a etapa de admissão até que a pressão interna se torne menorque a pressão externa.

2.2.1.1. Compressor Alternativo de Simples Efeito

Resumidamente, o compressor de simples efeito, também conhecido comocompressor de simples ação, pode ter um ou mais estágios.

São caracterizados por obterem a compressão do ar somente quando o êmbolorealiza seu movimento ascendente.

O ar é comprimido pela ação de um pistão em um cilindro como mostra a figura 2.4.

Figura 2.4 – Diagrama esquemático de um compressor alternativo de simples efeito.

Este tipo de compressor também e conhecido como compressor do tipo tronco.

2.2.1.2. Compressor Alternativo de Duplo Efeito

Compressor de duplo efeito, também conhecido como compressor de dupla ação,pode ter um ou mais estágio.

São caracterizados por comprimirem o ar em ambos os sentidos do deslocamento doêmbolo, em outras palavras, o compressor de duplo efeito possui duas câmaras, ou seja, asduas faces do êmbolo aspiram e comprimem.

Desta forma, o êmbolo efetua o movimento descendente e o ar é admitido na câmarasuperior, enquanto que o ar contido na câmara inferior é comprimido e expelido.




20

Procedendo-se o movimento oposto, a câmara que havia efetuado a admissão do arrealiza a sua compressão e a que havia comprimido efetua a admissão. Como mostra afigura 2.5.

Figura 2.5 – Diagrama esquemático de um compressor alternativo de duplo efeito.

Logo, apresentam maior eficiência, pois em cada ciclo (subida e descida)comprimem maior volume de ar por unidade de tempo.

Este tipo de compressor também e conhecido como compressor do tipo cruzeta.

2.2.1.2. Compressor Alternativo de Duplo Estágio

O compressor de dois estágios após o ar ser sugado ele sofre dupla compressão,devido a esta característica é necessário um sistema de refrigeração para diminuir atemperatura para a segunda compressão, já que após a primeira compressão o ar sofre umaumento natural de temperatura. A figura 2.6 mostra um diagrama esquemático de umcompressor de dois estágios.

Figura 2.6 - Diagrama esquemático de um compressor de dois estágios.




21

A tabela 2.1 mostra a relação entre número de estágios e a pressão paracompressores.

RELAÇÃO ENTRE NÚMERO DE ESTÁGIOS E PRESSÃONº de Estágios Pressão Usual * Pressão Possível **

1 4 bar 12 bar2 15 bar 30 bar

3 ou mais > 15 bar > 30 bar

Tabela 2.1 – Relação entre número de estágios e a pressão para compressores.

Onde:* Pressão, normalmente, econômica;

** Pressão possível, mas não necessariamente econômica.

2.2.2. Compressor Alternativo Tipo Diafragma

Em um compressor alternativo tipo diafragma, a pressão hidráulica oscilante de umlado do diafragma faz com que este flexione dentro de uma câmara, comprimindo o gás do

outro lado.Tanto as válvulas de admissão, quanto as válvulas de descarga permitem que gás debaixa pressão entre no compressor e o gás pressurizado seja descarregado para o sistema,respectivamente.

A pressão oscilante é gerada por um pistão que se move dentro de um cilindro, ondea câmara do compressor é separada do pistão por um diafragma.

A figura 2.7 mostra um diagrama esquemático de um compressor alternativo tipodiafragma.

Figura 2.7 – Diagrama esquemático de um compressor tipo diafragma.




22

Sua vantagem é que nenhuma tubulação de óleo entra no fluxo de ar, a partir docompressor.

O compressor de diafragma é, portanto, utilizado onde o óleo deve ser excluído dosuprimento de ar, por exemplo:

• Indústrias:o Alimentícias;o Farmacêuticas;o Produtos químicos.

2.2.3. Compressores Rotativos

São compressores de deslocamento positivo que utilizam meios rotacionais de seuselementos internos promovem de forma direta a sucção e compressão do ar até que omesmo esteja em condições de utilização para dispositivos pneumáticos.

Em geral, são subdivididos em três subgrupos:• Palhetas;• Parafuso;

• Lóbulos ou “Roots”.

2.2.3.1. Compressor de Palhetas

O compressor em palhetas é composto por um rotor central que giraexcentricamente em relação à carcaça, como mostra a figura 2.8.

Figura 2.8 – Compressor de palheta.




23

2.2.3.2. Compressor de Parafuso

O compressor em parafuso é composto de dois rotores em forma de parafuso quegiram em sentido contrário um em relação ao outro, mantendo uma condição de“engrenamento”, como mostra a figura 2.9.

Figura 2.9 – Compressor de parafuso.

Onde:

• (a) - O ar é sugado pela abertura de admissão preenchendo o espaço entre osparafusos;

• (b) - À medida que os rotores giram, o ar é isolado, iniciando a compressão;

• (c) - O movimento de rotação produz uma compressão suave, que continuaaté atingir a abertura de descarga;

• (d) - O ar comprimido é suavemente descarregado do compressor, ficando aabertura de descarga selada, até a passagem do volume comprimido no cicloseguinte.




24

2.2.3.3. Compressor de Lóbulos ou “Roots”

O compressor é constituído em sua carcaça por um cilindro e dois rotoresdescentrados, projetados para que sejam constantemente tangentes, tanto a carcaça, quantoentre si. Como mostra a figura 2.10.

Figura 2.10 – Compressor de lóbulos.

Onde:

• (a) – Sucção do ar atmosférico;

• (b) – Início da compressão do ar com a rotação do rotor, pois há umadiminuição do seu volume;

• (c) – Compressão completa ar comprimido;

• (d) - Descarga do ar comprimido para utilização em um sistema pneumático.

2.2.4. Compressores Dinâmicos

São compressores de deslocamento dinâmico que utilizam sua força rotacional para

acelerar uma determinada massa de ar e, consequentemente, causando a compressão domesmo.Estes compressores são particularmente ajustáveis para grandes quantidades de

produção.

2.2.4.1. Compressor Axial

No compressor axial, também conhecido como turbocompressor, o ar admitido éacelerado axialmente ao longo do eixo, em outras palavras, paralelo ao eixo de rotação.




25

O compressor é composto de várias linhas de cascatas de superfícies de sustentação.Algumas destas linhas, chamadas rotores, são ligadas à haste central e rodam a altavelocidade.

Os maiores utilizadores deste tipo de compressores são as fábricas de aeronaves emotores de aeronaves. Devido suas propriedades únicas, permitem que este tipo de desenhoseja facilmente incorporado em um engenho “fui através”, tal como são hoje usados nasmodernas aeronaves.

A figura 2.11 mostra um diagrama esquemático de um compressor axial.

Figura 2.11 - Diagrama esquemático de um compressor axial.

2.2.4.2. Compressor Centrífugo

O compressor centrífugo é constituído por uma sucessão de pás colocadas em sériesobre o mesmo eixo, ou seja, o rotor dotado de lâminas dispostas radialmente.

A figura 2.12 mostra um diagrama esquemático de um compressor centrífugo.

Figura 2.12 - Diagrama esquemático de um compressor centrífugo.

O ar é acelerado a partir do centro de rotação, em direção à periferia, ou seja, éadmitido pela primeira hélice e assim sucessivamente pela outras hélices, sendo acelerado eexpulso radialmente.




26

Os compressores centrífugos produzem uma descarga de alta pressão através daconversão de um momento angular resultante da rotação do impulsor caracterizando odeslocamento dinâmico. De forma fazê-lo eficientemente eles rodam a maiores velocidadesdo que os outros tipos de compressores.

Estes compressores são também projetados e desenhados para altas capacidadesporque o fluir do ar através do compressor é contínuo.

Ajustar as palhetas de guia de entrada do ar é o método mais comum para controlara capacidade de um compressor centrífugo. Fechando as palhetas guia o fluido volumétrico

e, consequentemente, a capacidade é reduzida e vice-versa.

2.2.5. Considerações

A seguir são mencionadas algumas considerações consideradas importantes.

2.2.5.1. Deslocamento Positivo

A compressão se dá pela redução física do volume da câmara em intervalosdiscretos.

O clássico compressor a pistão, também denominado de compressor alternativo, é oexemplo mais evidente.Já os compressores denominados rotativos também são de deslocamento positivo,

mas a redução de volume ocorre pelo movimento de rotação de um conjunto de peças,conforme visto anteriormente.

2.2.5.2. Deslocamento Dinâmico

A compressão se dá pela ação de um rotor ou outros meios que aceleram o ar,aumentando sua pressão total através da massa do ar, conforme visto anteriormente.

Devido à aceleração do ar, são atingidas velocidades elevadas e quando este ar é

retardado por difusores há naturalmente uma elevação de pressão.2.2.5.3. Comparativo

De forma geral, pode-se dizer que os compressores de deslocamento positivo sãomais adequados para maiores pressões e menores vazões.

Já e os compressores de deslocamentos dinâmicos, são mais adequados paramenores pressões e maiores vazões.

Algumas vezes, compressores de alta vazão e pressão relativamente baixa, como osusados em transportadores pneumáticos, são denominados sopradores.




27

A tabela 2.2 mostra algumas características gerais dos compressores dedeslocamento positivo e deslocamento dinâmico.

CARACTERÍSTICAS GERAISDeslocamento positivo Deslocamento Dinâmico

Compressão Redução de volume Aceleração de massaProcesso Intermitente ContínuoAplicação Maiores pressões

Menores vazõesMenores pressõesMaiores vazões

Tabela 2.2 – Características gerais dos compressores.

2.2.5.4. Curiosidades

A seguir, são comentadas algumas curiosidades encontradas no ambiente industrial.

2.2.5.4.1. Compressores Alternativos

Para pressão de saída de 7 bar, encontram-se modelos com vazões deaproximadamente 2 nm3 /h até 10000 nm3 /h que representam 0,4 a 900 kW de potência do

motor, respectivamente.Em geral, os de maior porte fazem sua compressão em dois ou mais estágios, comresfriamento intermediário em trocador de calor, denominado “Intercooler”.

Também podem ter refrigeração a ar ou a água, lubrificação ou isento de óleo eoutras características para atender as mais diversas necessidades.

Podem ser de ação simples: Apenas um lado do pistão comprime. Ou de dupla ação:Há compressão nos dois lados do pistão, conforme visto anteriormente.

2.2.5.4.2. Compressores de Parafuso

É o tipo de compressor rotativo mais usado. Podem ser encontrados com vazões de

aproximadamente 50 a 5000 nm3

/h. Alguns são de dois estágios para maiores pressões.Podem ter lubrificação com óleo ou ser isentos de óleo, resfriamento a ar ou a água,etc. A instalação destes compressores é simples por não haver vibrações como nosalternativos.

2.2.5.4.3. Compressores Centrífugos

São apropriados para altas vazões. Valores típicos na faixa de 700 a 25000 nm3 /h.Em geral, são de vários estágios e o ar é isento de óleo, pois a lubrificação dos

mancais é isolada da câmara de compressão, sendo, normalmente, refrigerados a água.




28

2.3. Preparação do Ar Comprimido

O ar aspirado da atmosfera, obviamente, contém pó e umidade.Para o desempenho contínuo de sistemas pneumáticos de controle e elementos de

trabalho, é necessário garantir que o fornecimento de ar esteja na pressão necessária, seco elimpo.

Se alguma destas condições não for atendida, vai haver uma degeneração de curto emédio prazo. Logo, haverá o maquinário irá parar, gerando custos operacionais. Além

disso, haverá custos, normalmente, elevados com reparos e/ou a substituições de peças.A figura 2.13 mostra um diagrama esquemático de uma estação de ar comprimido.

Figura 2.13 – Diagrama esquemático de uma estação de ar comprimido.

2.3.1. Compressor

O compressor é responsável pela produção do ar comprimido a ser utilizada pelosistema pneumático, em outras palavras, o compressor deve fornecer um volume de arcomprimido em m3.

O compressor é responsável pela pressão de regime, que é a pressão com a qual oar se encontra armazenado no reservatório.

Após passar pelo compressor, apesar da redução da quantidade de poeira, retiradapor uma pré-filtragem, juntam-se ao mesmo o óleo usado na lubrificação do própriocompressor.

A presença de poeira é prejudicial porque ela é abrasiva, provocando desgastes naspeças móveis dos equipamentos.

Já a presença de água condensada nas linhas de ar é a causa de principalmente: • Oxidação da tubulação e componentes pneumáticos; • Redução da vida útil das peças, por remover a película lubrificante;




29

• Avarias em válvulas e instrumentos; • Rápido desgaste das vedações e partículas em movimento nos cilindros e

válvulas;• Silenciadores contaminados;• Corrosão nos canos, válvulas, cilindros e outros componentes;• Em caso de vazamento, o ar comprimido que escapa pode prejudicar os

materiais a serem processados, como por exemplo: Indústria alimentícia.

Logo, é importante antes de utilizar o ar comprimido nas instalações, deve-serealizar um condicionamento de ar, normalmente composto por:• Filtros; • Resfriadores; • Secadores; • Reguladores de pressão; • Lubrificador de ar; • Drenos.

2.3.2. Refrigerador ou Resfriador

Quando o ar é comprimido há um aumento de temperatura no mesmo, o que faz queeste ar retenha a umidade. Sendo assim, não haverá precipitação no interior das câmaras decompressão. A precipitação de água ocorrerá quando o ar sofrer um resfriamento, ou seja,no resfriador ou na linha de distribuição.

O resfriador é simplesmente um trocador de calor utilizado para resfriar o arcomprimido. Como consequência deste resfriamento, permite-se retirar cerca de 75% a90% do vapor de água contido no ar, bem como vapores de óleo; além de evitar que a linhade distribuição sofra uma dilatação, causada pela alta da temperatura de descarga do ar.

A figura 2.14 mostra um diagrama de resfriador um sistema pneumático.

Figura 2.14 – Diagrama de resfriador posterior.




30

2.3.3. Reservatório de Ar Comprimido

De forma geral, um reservatório é configurado como acessório de um compressor,para estabilizar o ar comprimido.

Também deve compensar as flutuações de pressão quando o ar comprimido estásendo retirado do sistema. Se a pressão no reservatório cair abaixo de um determinadovalor, o compressor irá compensar até que o valor mais alto definido seja atingidonovamente. Isso é uma vantagem uma vez que o compressor não necessita operar

continuamente.A grande área de superfície do reservatório resfria o ar. Dessa maneira, uma parteda umidade do ar é separada diretamente no reservatório na forma de água, a qual deve serdrenada regularmente por meio de um dreno.

Sua capacidade deve ser em torno de 6 a 10 vezes a capacidade do compressor pôrsegundo.

A figura 2.15 mostra um diagrama esquemático de um reservatório de arcomprimido.

Figura 2.15 - Diagrama esquemático de um reservatório de ar comprimido.

Os reservatórios devem ser instalados de modo que todos os drenos, conexões eaberturas de inspeção sejam facilmente acessíveis.

Em nenhuma condição, o reservatório deve ser enterrado ou instalado em local dedifícil acesso; deve ser instalado, de preferência, fora da casa dos compressores, na sombra,para facilitar a condensação da umidade e do óleo contidos no ar comprimido.

Deve possuir um dreno no ponto mais baixo para fazer a remoção deste condensadoacumulado em cada 8 horas de trabalho; o dreno, preferencialmente, deverá ser automático.




31

Os reservatórios devem ser dotados ainda de manômetro, válvulas de segurança,termômetro e são submetidos a uma prova de pressão hidrostática, antes da utilização.

Os reservatórios são construídos no Brasil conforme a norma PNB 109 da A.B.N.T,que recomenda: “ Nenhum reservatório deve operar com uma pressão acima da Pressão

Máxima de Trabalho permitida, exceto quando a válvula de segurança estiver dandovazão; nesta condição, a pressão não deve ser excedida em mais de 6% do seu valor” .

Em resumo, o reservatório possui as seguintes funções:

• Armazenar o ar comprimido;• Resfriar o ar auxiliando a eliminação do condensado;• Compensar as flutuações de pressão em todo o sistema de distribuição;• Estabilizar o fluxo de ar;• Garantia de reserva em altas demandas;• Controlar as marchas dos compressores.

2.3.4. Secador

Consiste no 3º estágio da separação da umidade contida no ar comprimido. Sua

finalidade é manter o ponto de orvalho do ar, na pressão de saída do sistema, 10 ºC abaixoda mínima temperatura do ambiente onde estão os instrumentos.

Sua utilização é necessária quando um ar de altíssima qualidade é requerido(instrumentação).

Existem três métodos de secagem de redução de umidade do ar:

• Secagem por Resfriamento;• Secagem por adsorção;• Secagem por absorção.

2.3.4.1. Secagem por Resfriamento

O método de secagem ou desumidificação do ar comprimido por refrigeraçãoconsiste em submeter o ar a uma temperatura suficientemente baixa, a fim de que aquantidade de água existente seja retirada em grande parte e não prejudique de modo algumo funcionamento dos equipamentos, porque, como mencionamos anteriormente, acapacidade do ar de reter umidade está em função da temperatura.

Utilizado para temperaturas entre +2 e +5 ºC, além de remover a água, provoca, nocompartimento de resfriamento, uma emulsão com o óleo lubrificante do compressor,auxiliando na remoção de certa quantidade.

O método de secagem por refrigeração é bastante simples.A figura 2.16 mostra um diagrama esquemático de um secador por resfriamento.




32

Figura 2.16 - Diagrama esquemático de um secador por resfriamento.

2.3.4.2. Secagem por Adsorção

Na secagem por adsorção a água é depositada na superfície de sólidos. O agente desecagem é um material granulado (gel), que consiste quase que inteiramente de dióxido desilício (silica-gel).

A figura 2.17 mostra um diagrama esquemático da secagem por adsorção.

Figura 2.17 - Diagrama esquemático da secagem por adsorção.




33

Normalmente, dois tanques são utilizados. Quando o gel em um tanque estiversaturado, o fluxo de ar é comutado para o segundo tanque seco e o primeiro tanque éregenerado por meio de secagem de ar quente. Os menores pontos de orvalho equivalentes(abaixo a -90 ºC) podem ser atingidos por meio de secagem por adsorção.

As principais substâncias utilizadas são: Cloreto de Cálcio, Dry-o-lite, Cloreto deLítio.

Com a diluição das substâncias no processo de adsorção, é necessária uma reposiçãoregular, caso contrário o processo torna-se deficiente.

A umidade retirada e a substância diluída são depositadas na parte inferior doinvólucro, junto a um dreno, de onde são eliminadas para a atmosfera.

2.3.4.3. Secagem por Absorção

Pode-se definir absorção como uma substância sólida ou líquida se une a umasubstância gasosa. A secagem por absorção é puramente um processo químico.

A figura 2.18 mostra um diagrama esquemático de uma secagem por absorção.

Figura 2.18 - Diagrama esquemático de uma secagem por absorção.

É importante lembrar que:

• Tanto vapor de óleo, quanto as partículas de óleo são separadas no secadorpor absorção;

• Um filtro de poeira deve ser instalado no secador para capturar quaisquerpartículas arrastadas juntamente ao agente de fluxo;




34

• Pode ser atingida pressão de pontos de orvalho abaixo de 0 ºC.

Logo, a secagem por absorção é o método que utiliza em um circuito umasubstância sólida ou líquida, com capacidade de absorver outra substância líquida ougasosa.

Este processo é também chamado de Processo Químico de Secagem, pois o ar éconduzido no interior de um volume através de uma massa higroscópica, insolúvel oudeliquescente ( que absorve a umidade do ar ), processando-se uma reação química.

A secagem por absorção não tão importante na prática, atualmente. Uma vez que oscustos operacionais são muito altos e a eficiência é muito baixa para a maioria dasoperações.

A umidade no ar comprimido forma um composto com o agente secador no tanque.Isso faz com que o agente secador se distribua; é nesse momento que ele é descarregado naforma de um fluído na base do tanque.

A mistura deve ser drenada regularmente e o agente de fluxo deve ser substituído.As características do processo de absorção são:

• Instalação simples do sistema;• Baixo desgaste mecânico, por não possuir partes que se movem no secador;

• Sem necessidade de energia externa;

2.4. Lubrefil

Após passar por todo o processo de produção, tratamento e distribuição, o arcomprimido deve sofrer um último condicionamento, antes de ser colocado para trabalhar,a fim de produzir melhores desempenhos. A figura 2.19 mostra exemplos de lubrefil.

Figura 2.19 – Exemplos de Lubrefil e sua simbologia.




35

Neste caso, o beneficiamento do ar comprimido consiste no seguinte: Filtragem,regulagem da pressão e introdução de uma quantidade de óleo adequada à lubrificação detodas as partes mecânicas dos componentes pneumáticos.

A utilização desta unidade de serviço é indispensável em qualquer tipo de sistemapneumático, do mais simples ao mais complexo. Ao mesmo tempo em que permite aoscomponentes trabalharem em condições favoráveis, prolonga a sua vida útil.

2.5 TubulaçãoNo que se refere à tubulação é importante escolher o material adequado, baseado

nas necessidades de rede de ar comprimido, tais como:

• Baixas perdas de pressão• Ausência de vazamentos• Resistência à corrosão• Capacidade de ampliação do sistema

Podem ser utilizados como tubulação de um sistema de ar comprimido vários

materiais, os mais comuns são:

• Tubos de aço perfilados;• Tubos de aço sem costura;• Tubos de aço inoxidável;• Tubos plásticos

2.5.1. Tubos de Aço Perfilados

Conforme as normas DIN 2440, 2441 e 2442 (tipo de pesos médio e pesado) os

tubos perfilados são feitos de aço. A máxima pressão de trabalho é de 10 a 80 bar e amáxima temperatura de trabalho é de 120 ºC.

As vantagens dos tubos de aço perfilado são:

• São baratos e rápidos de instalar;• As conexões são separáveis e os componentes individuais podem ser

reutilizados.

As desvantagens dos tubos de aço perfilado são:




36

• Alta resistência para o fluxo de ar;• As juntas começam a apresentar vazamentos após certo tempo de uso;• A instalação desse tipo de tubulação requer certa experiência;• Tubos perfilados que não sejam galvanizados não devem ser utilizados em

sistemas de fornecimento de ar comprimido sem que haja um secadoracoplado ao sistema, visto que eles são sensíveis à corrosão.

2.5.2. Tubos de Aço Sem Costura

Conforme a norma DIN 2448, os tubos de aço sem costura (nas versõesgalvanizados ou com recozimento) normalmente, são instalados em sistemas de arcomprimido. A pressão máxima de trabalho é de 12,5 a 25 bar e a temperatura máxima detrabalho é de 120 ºC.

As vantagens dos tubos de aço sem costura são:

• São baratos e nas instalações profissionais os vazamentos de ar são quasetotalmente descartados.

As desvantagens dos tubos de aço sem costura são:

• A instalação requer certa experiência, visto que esses tubos têm que sersoldados ou colados;

• Tubos de aço sem costura que não sejam galvanizados não devem serutilizados em sistemas de fornecimento de ar comprimido sem que haja umsecador acoplado ao sistema, visto que eles são sensíveis à corrosão.

2.5.3. Tubos de Aço Inoxidável

Conforme as normas DIN 2462 e 2463, os tubos de aço inoxidável são escolhidospara satisfazer as demandas de qualidade mais altas. A pressão máxima de trabalho é de até

80 bar e a temperatura máxima de trabalho é de 120 ºC.As vantagens dos tubos de aço inoxidável são:

• São resistentes à corrosão e oferecem baixa resistência ao fluxo de ar;• Nas instalações profissionais, os vazamentos são quase que totalmente

descartados.

As desvantagens dos tubos de aço inoxidável são:

• A instalação requer certa experiência visto que os tubos devem ser soldadosou colados;




37

• Custos iniciais são altos.

È importante destacar que ao selecionar um material adequado para as tubulações,deve ser considerado não somente o preço por metro, mas também outro fator importante,que são os custos de instalação.

Estes custos são menores quando se opta por materiais plásticos, pois podem seradicionadas completamente seladas com a utilização de adesivos ou conexões, além depermitir facilidades na ampliação da rede.

Já as tubulações de aço, ferro e cobre tem um preço de compra menor, masnecessitam ser soldadas ou conectadas por meio de conectores com rosca.Caso a montagem não for feita corretamente, limalhas, resíduos, partículas de solda

ou materiais seladores podem acabar sendo introduzidos no sistema. Isso pode levar a ummau funcionamento.

Em geral, para pequenos e médios diâmetros, a tubulação de plástico é superior aoutros materiais, em relação à:

• Custos;• Montagem;• Manutenção;

• Facilidade de ampliação.

Como é comum haver flutuações de pressão na rede, torna-se necessário assegurarque os canos estejam montados firmemente para que não haja vazamentos nas conexões,tanto rosqueáveis, quanto soldadas.

É importante dimensionar o diâmetro da rede de ar comprimido de forma tal quenão ocorra uma perda de pressão maior que 0,1 Bar.

Para evitar transtornos futuros, é também recomendável que seja prevista umaampliação, pois uma substituição posterior da rede é demasiadamente cara.

Para o dimensionamento do diâmetro da rede deve-se levar em consideração:

• Vazão;• Comprimento da rede;• Queda de pressão admissível;• Pressão de trabalho;• Pontos de estrangulamento.

A figura 2.20 mostra redes de distribuição de ar comprimido em anel aberto e anelfechado.




38

Figura 2.20 – Distribuição de ar comprimido (a) Anel aberto e (b) Anel fechado.

A aplicação da rede aberta mostrada na figura 2.20 (a), geralmente, é quando sedeseja abastecer pontos isolados ou distantes. Neste tipo de rede o ar flui numa únicadireção e, como conseqüência não há uniformidade de ar comprimido.

Já o sistema de rede fechada mostrada na figura 2.20 (b), é mais utilizado, poisfacilita a instalação de novos pontos, bem como possibilita uma uniformidade de arcomprimido nos dois sentidos.

É importante lembrar que é importante:

• Realizar manutenção periódica na tubulação;

• Deve haver um declive entre 0,5 % a 2 % na direção do fluxo, como mostrao diagrama esquemático da figura 2.20;

• As tomadas de ar devem sair pela parte superior da tubulação principal,como mostra o diagrama esquemático da figura 2.21.

Figura 2.20 – Diagrama esquemático do declive de uma tubulação.




39

Figura 2.21 – Tomada de ar em uma tubulação de ar comprimido.

É conveniente que cada ponto instalado se tenha uma válvula de registro, o quefacilita em muito a manutenção do ponto. Isto porque pode-se isolar o ponto evitandodesligamento geral do circuito pneumático.

2.6. Contaminação

É importante a monitoração do nível de contaminação e/ou dos equipamentos querealizam a preparação do ar comprimido para assegurar um desempenho adequado dosistema pneumático.

2.6.1. Fontes de Contaminação

Usualmente, há três fontes de contaminação do ar comprimido em um sistemapneumático:

• Externa;• Interna;• Manutenção / Montagem.

2.6.1.1. Externa

A contaminação externa ocorre através do próprio ar aspirado, pois o mesmocontém vários contaminantes, por exemplo:




40

• Poeira;• Umidade;• Fuligem;• Fumaça.

2.6.1.2. Interna

A contaminação interna ocorre através dos próprios componentes internos dosistema pneumático, por exemplo:

• Compressor: Óleo proveniente da lubrificação interna;

• Tubulação: Corrosão da tubulação e/ou desagregação de escoria de solda;

• Ambiente: Elevação da temperatura de descarga do ar comprimido elevandoseu ponto de saturação.

2.6.1.3. Manutenção / Montagem

A contaminação durante a manutenção ou montagem de um sistema pneumáticoocorre, em geral, por imprudência e/ou mão de obra não qualificada.

Os contaminantes adicionados ao sistema durante a manutenção são responsáveis,em grande parte, pela quebra imediata dos equipamentos e/ou falhas de funcionamento dosistema.

As ocorrências mais comuns destas fontes de contaminação são:

• Peças pequenas esquecidas / perdidas: Em reservatórios, tubulação, comopor exemplo: Molas, parafusos, anéis, porcas, etc.

• Tubulação aberta durante a montagem: Que permite a entrada decontaminantes;

• Fios de estopa e trapos: Deixados durante a limpeza de tanques e peças,onde em hipótese alguma pode-se usar este tipo de material para limpeza doscomponentes;

• Excesso de vedantes: Na união de conexões, como por exemplo: colas,fitas, dentre outros.




41

2.6.2. Efeitos da Contaminação

Componentes e linha de distribuição:

• Destruição da película lubrificante entre as peças móveis, acarretandodesgaste prematuro e redução de vida útil das válvulas e atuadores;

• Arraste de partículas sólidas, promovendo o entupimento dos orifícios depassagem;

• Instabilidade ao processo;• Aumento do índice de manutenção;• Oxidação da tubulação de distribuição e dos componentes pneumáticos.

Válvula de retenção:

• Desgaste nas esferas e sedes, resultando em vazamentos.

Atuadores:

• Desgaste excessivo das hastes, vedações e camisas;

• “Riscamento” da camisa.

Válvulas direcionais:

• Entupimento de orifícios;• Desgaste em regiões da carcaça e do carretel, criando excessivo vazamento;• Emperramento em carretéis com falhas do solenóide;• Emperramento de válvulas podendo causar excessivas cargas de choque,

golpe de Aríete, e danos nas tubulações e outros componentes.

Válvulas de controle de vazão:

• Erosão em orifícios, com mudança das características do fluxo e da própriacapacidade de regulagem.

2.7. Exercícios Propostos

1) Indique (F) para falso e (V) para verdadeiro em relação aos compressoresvolumétricos, caso a afirmação for falsa, justifique.




42

( ) Podem ser divididos em: Alternativos, Rotativos e Dinâmicos.( ) Utilizam sua força rotacional para gerar ar comprimido.( ) Realizam o processo de comprimir o ar através da redução de volume.( ) São mais adequados para maiores pressões e menores vazões.

2) Comente, resumidamente, como ocorre a compressão do ar em um compressoralternativo.

3) Indique (F) para falso e (V) para verdadeiro em relação aos compressoresalternativos, caso a afirmação for falsa, justifique.

( ) Compressores de simples ação são mais eficientes que os de dupla ação.( ) Quanto maior a número de estágios menor será a pressão fornecida

pelo compressor.( ) É comum em um compressor e dois estágios resfriar o ar comprimido do

primeiro estágio para posteriormente realizar a segunda compressão.

4) Descreva, resumidamente, o funcionamento do compressor de parafuso.

5) Descreva, resumidamente, a função do reservatório de ar comprimido em umalinha pneumática.

6) Comente o processo de geração de ar comprimido, baseado na figura abaixo.




43

7) Comente as diferenças de se optar por uma tubulação de plástico e de ferro emuma linha pneumática.

8) Qual a finalidade do lubrefil ?

9) Qual a razão da necessidade de haver um declive entre 0,5 % a 2 % na direção do

fluxo em uma linha pneumática ?

10) Porque as tomadas de ar devem sair pela parte superior da tubulação principalem uma linha pneumática ?

11) Indique (F) para falso e (V) para verdadeiro em relação aos compressoresvolumétricos e dinâmicos:

( ) Compressores volumétricos de simples ação obtêm compressão do ar somente

quando o êmbolo realiza seu movimento descendente.( ) Compressores volumétricos de dupla ação obtêm compressão do ar em ambosos sentidos de deslocamento do êmbolo.

( ) Compressor de palheta fornece ar comprimido livre de pulsação por possuirum funcionamento contínuo e uniforme.

( ) A relação de compressão interna do compressor de parafusos independe dageometria da máquina e da natureza do gás.

( ) Compressores dinâmicos são particularmente ajustáveis para grandesquantidades de produção.

Pneu Hidr Fascículo 1

Documents

Transcript of Pneu Hidr Fascículo 1