Ar Comprimido: guia completo Vaportec

Ar comprimido: nosso assunto da aula de hoje.
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A maioria das indústrias possui instalações de ar comprimido.
Dependendo da aplicação, consumirão grandes quantidades de ar.
Ou esse será apenas um elemento secundário no processo.

O ar comprimido é relativamente caro.
Portanto, o sistema deve trabalhar com ótimo rendimento.
Evitando assim perdas na instalação.

O usuário geralmente desconhece o aspecto econômico.
Principalmente por tratar-se de “ar”.
É um fluido econômico e não perigoso.
Por isso não recebe a devida importância.
Ainda mais quanto às pequenas perdas.

Aliás é contrário ao vapor.
Assim o ar comprimido não condensa nas tubulações.
Portanto, não existem perdas fixas.
O que torna relativamente fácil detectar sua existência.
Durante as paradas da fábrica o consumo deve ser nulo.
Se este não for, então indicará uma perda.

Evitar as perdas não é o único ponto a levar em conta.
Qualquer instalação de ar pode melhorar o rendimento.

Vantagens do ar comprimido

Quando falamos de quantidade.
O ar é encontrado em quantidades ilimitadas em todos os lugares.
Já quando o assunto é o transporte. É facilmente realizado através de tubulações.
Mesmo para distâncias grandes.

Não há necessidade de preocupação com o retorno do ar.
Outra vantagem então.
No estabelecimento não é necessário que o compressor funcione continuamente.
O ar pode ser armazenado em um reservatório.
E usado posteriormente.

O trabalho com ar é quase insensível às oscilações da temperatura.
Isto é, em situações térmicas extremas, o funcionamento é seguro.
E quase não existe perigo de explosão.
Portanto, não são necessárias proteções contraexplosões.
Que podem ser custosas ou excessivas.

O ar comprimido deve ser limpo.
E o que escapa das tubulações não polui o ambiente.
Assim como outros elementos inadequadamente vedados.

A limpeza é uma exigência.
Principalmente nas indústrias alimentícias e químicas.
Além das madeireiras e têxteis, por exemplo.
A construção dos elementos de trabalho é simples.
Portanto, de custo vantajoso.

Então é um meio de transporte rápido.
Atingindo altas velocidades de trabalho.
A velocidade dos cilindros pneumáticos varia entre 1-2 m/seg.
Elas operam com ar comprimido e são ajustáveis.
Os equipamentos e ferramentas a ar comprimido são carregáveis.
Até a parada final e portanto seguros contra sobrecargas.

Limitações do ar comprimido

O ar comprimido deve ser tratado.
Evite impureza e umidade.
Pois provocam desgastes nos equipamentos pneumáticos.
Não é possível manter uniforme e constante as velocidades dos cilindros.
Nem nos motores pneumáticos mediante a ar comprimido.

É econômico somente até uma determinada força.
Limitado assim pela pressão normal de trabalho de 700 kPa (7 bar).
Pelo curso e pela velocidade. O escape de ar é ruidoso.
Mas, com o desenvolvimento de silenciadores, isso foi resolvido.

Explicamos sobre isso em nossos Cursos Vaportec.

Escalas de pressão

A pressão do ar não é sempre constante.
Muda de acordo com a situação geográfica.
Além das condições atmosféricas.
A pressão pode ser medida em relação ao vácuo ou zero absoluto.
Isto é, chamado de “pressão absoluta” (p_abs).
Pode ser medida adotando-se a pressão atmosférica como referência.
Assim é chamada “pressão efetiva” (p_ef) ou “pressão manométrica” (p_man).

A escala de pressões efetivas é importante.
Há um padrão em aparelhos de medida de pressão.
Os manômetros registram zero quando abertos à atmosfera.
Medindo portanto a diferença entre a pressão do fluido e a do meio no qual se encontram.

Se a pressão for menor que a atmosférica costuma ser chamada impropriamente de vácuo.
Mais propriamente de depressão.
Logo, uma depressão na escala efetiva terá um valor negativo.
Todos os valores da pressão na escala absoluta são positivos.

Geração do ar comprimido

Para a produção de ar comprimido são necessários compressores.
Eles comprimem o ar para a pressão de trabalho desejada.
A maioria dos acionamentos e comandos pneumáticos são iguais.

Se encontra, geralmente, uma estação central de distribuição de ar comprimido.
Não é necessário calcular e planejar a transformação da energia.
Nem a transmissão para cada consumidor individual.
A instalação de compressão fornece o ar comprimido para os devidos lugares.
Por meio então de uma rede tubular.

Ao projetar a linha considere a ampliação dos aparelhos pneumáticos.
Além disso pense na aquisição de outros novos.
Por isso é necessário superdimensionar ligeiramente a instalação.
Assim, mais tarde não se constate que ela está sobrecarregada.

Uma ampliação posterior da instalação é geralmente muito cara.

Resfriamento do ar comprimido

Vamos explicar a finalidade de uma instalação de ar comprimido.
Serve para ministrar ar nos pontos de consumo nas melhores condições.
Ou seja, limpo, seco e com o mínimo de queda de pressão.
Qualquer falha poderá aumentar então o desgaste de ferramentas.

Além disso, diminuir a eficiência em equipamentos como pistolas de pintura.
Os custos operacionais serão então maiores que o previsto.
Considerando a umidade, o ar atmosférico contém sempre uma quantidade de vapor de água.
Ela pode ser definida então como umidade relativa.

A quantidade de água que um determinado volume de ar pode conter, depende da sua temperatura.
A capacidade de conter umidade aumentará com a elevação de temperatura.
Além disso diminuirá com uma queda da temperatura.
Dessa forma diminui com o aumento de pressão.

Sistema de ar comprimido

Um sistema completo de ar comprimido compreende 3 componentes principais:

Compressor: responsável pela geração do ar comprimido com as condições de vazão e pressão que o processo impõe.
Rede principal: tubulações e acessórios para a correta distribuição do ar. Com a menor perda de carga possível e boa qualidade.
Pontos de consumo: os equipamentos utilitários. Máquinas injetoras, ferramentas pneumáticas, bombas, instrumentação, por exemplo.

Objetivo

Um sistema de ar comprimido tem como principal objetivo fornecer ar.
Para todos os equipamentos consumidores com a menor perda de carga possível.
Por meio do menor consumo de energia.
Além disso, com as condições de qualidade que se exige no processo.

Layout

A definição do layout da rede visa a otimização da distribuição do ar.
Isto é, obter uma instalação mais econômica e com baixas perdas de carga.
Por meio da análise de todos os pontos de consumo.
Bem como suas pressões, inclusive previsões futuras, para definir o menor percurso da tubulação.

Quanto ao tipo de rede a ser empregado deve-se analisar as vantagens e desvantagens de cada uma.
Principalmente se vai ser um circuito fechado ou aberto.
O circuito fechado tem uma grande vantagem então.

Se ocorrer um consumo inesperado de ar em qualquer ponto, pode-se fornecer em duas direções.
Isto reduzirá então a queda de pressão.
Além disso, equilibrará a pressão do ar em toda a rede.
Todas as tubulações secundárias são então os ramais.

Deve-se tomar pela parte superior das tubulações primárias que são a linha principal.
Pois possibilitam a retirada de ar mais seco.

Vazamento mínimo de ar

O que ter em um sistema ideal de ar comprimido?
Esse valor das perdas por vazamentos tem limite.
Não deve exceder a 5% da capacidade gerada, por exemplo.
Porém, é comum observarmos em instalações taxas de perdas por vazamentos de 10 a 20 %.
Podemos notar a existência de um vazamento de algumas formas.

Por exemplo:

próximo ao ponto consumidor, por meio do ruído característico causado pelo vazamento;
nas tubulações, acessórios de linha ou engates que estejam prontamente acessíveis.

As tubulações podem ser altas ou localizadas em galerias subterrâneas.
Então a detecção torna-se difícil.
Sendo necessário a utilização de detectores especiais.
Assim eles funcionam pelo princípio do ultrassom.
Uma vez detectado o vazamento, deve-se determinar a quantidade de ar comprimido perdida.

Dimensionamento da rede de distribuição

O diâmetro deve ser escolhido corretamente então.
Dessa forma, se o consumo aumentar a queda de pressão entre o pulmão e o ponto de utilização não ultrapasse 10 kPa (0,1 bar).

Se ultrapassar, a rentabilidade do sistema é prejudicada.
Diminuindo assim consideravelmente sua capacidade.
Para escolher o diâmetro da tubulação, considere:

a vazão
o comprimento da tubulação
a queda de pressão (admissível)
a pressão de trabalho
o número de pontos de estrangulamento da rede

Purgador eletrônico temporizado

Aplicações

Eficaz, principalmente, em sistemas com grande quantidade de óleo.
Assim como compressores e pulmões.
Suas características são a descarga intermitente.
Que se dá pela atuação de uma válvula com intervalo e duração temporizados.
Seu diâmetro é de 3/8” e o relé de estado sólido.

Purgador de boia

Suas características são de descarga contínua e perfeito funcionamento.
Ele é garantido por um tubo de equilíbrio conectado ao corpo do purgador e ao sistema.
Permitindo assim um fluxo positivo do ar e a entrada do condensado.

Caso não haja este tubo de equilíbrio, o condensado que vier em seguida ficará retido.
Isto é, antes da conexão de entrada, alagando o sistema.

Quando fechado, o nível do líquido atua como elemento de vedação.
Prevenindo assim vazamento de gás.
Esses purgadores devem ser instalados corretamente.
O mais próximo possível do ponto de drenagem.

Separadores de umidade

Eliminam as gotículas suspensas no fluxo.
Principalmente, quando há altas velocidades.
O ar sofre uma redução de velocidade e mudança de direção.
Ao entrar assim no separador, devido a sua baixa inércia.

Porém, as gotículas em suspensão não possuem essa facilidade.
Ao chocarem contra as chicanas, tendem a se agrupar.
Formando assim gotas maiores, caindo ao ponto inferior do separador.

Filtros Y

São filtros de construção simples.
Onde a retenção de partículas sólidas é feita através de uma tela de aço inox perfurada.
Ou ainda de uma malha. No caso de retenção de particulado menor.
Deve-se usar esses filtros antes de purgadores e válvulas reguladoras.

Filtros com elemento de nylon

Servem como pré-filtro.
Principalmente em aplicações como sistemas pneumáticos.
Tendo então capacidades de retenção de 5 a 25 μm.
Tanto de partículas sólidas como líquidas.

Filtro regulador

Fornece ar comprimido de alta qualidade em sistemas pneumáticos.
Principalmente nos que necessitam de controle preciso de pressão.
Deve-se fazer sua instalação antes de filtros coalescentes.

As características são a combinação compacta filtro e/ou regulador.
Boa vazão e regulagem, além disso dreno automático.
Um dos benefícios é o controle preciso de pressão.
Também pode-se usar em diferentes aplicações.
Elimina a necessidade de supervisão.

Filtros coalescentes

São filtros que possuem uma grande eficiência.
Principalmente na eliminação do óleo e água contidos no ar.
A coalescência representa a coleta de partículas finas em suspensão.
Por meio da coesão, a transformação em partículas maiores.
Facilitando assim o processo de remoção.

O ar flui para dentro do elemento filtrante.
Esse é o composto de um labirinto de microfibras que irá barrar as partículas sólidas.
Inclusive as menores que 1μm.
Gotículas de água e óleo, ao passarem pelo elemento, se chocam contra as microfibras.
Sendo então retidas em função das forças de atração intermoleculares existentes.

Pelo princípio da coalescência, essas gotículas irão se reunir formando gotas maiores.
Uma camada plástica porosa reveste externamente o elemento.
Favorecendo assim o acúmulo de líquidos.
Até que essa massa seja suficientemente pesada para se deslocar para o reservatório.
Por onde então é drenada.

Filtro de carvão ativado

São filtros que permitem a eliminação de odores do ar.
Que são provocados pela presença de hidrocarbonetos ou outras substâncias.
O elemento consiste um cilindro contendo grânulos de carvão ativado.

Eles são envolvidos por camadas de borosilicato.
Que irão absorver odores e vapores de hidrocarbonetos.
A constante absorção faz com que a cápsula passe a mudar de cor
Adquirindo assim um tom avermelhado.

Essa mudança indica o momento da troca do elemento.
Sua aplicação pode ser nas indústrias alimentícias (embalagens) e farmacêuticas.

Algumas de suas características são o indicador de passagem de óleo e a eliminação do óleo e o odor.
Eliminar a possibilidade de contaminação é um dos benefícios.

Válvula redutora de pressão de ação direta

São recomendadas para redução de pressão em um único equipamento.
Além disso, em aplicações onde não haja variações muito bruscas de pressão na entrada da válvula.
Ou ainda grandes variações de fluxo.

Não são recomendadas para condições de fluxo crítico.
Que são onde a pressão de saída é igual ou menor que metade da pressão de entrada.
Seu projeto compacto permite que ela seja ideal para aplicações próximas aos equipamentos.
Garantindo assim controle preciso da pressão.
Oferecendo também uma alternativa de baixo custo.
Principalmente em relação às válvulas operadas a pistão, piloto ou diafragma.

Válvula redutora de pressão auto-operada

Recomenda-se para fornecimento de ar para vários equipamentos.
Pois o fluxo poderá variar de zero à sua capacidade máxima.
Uma vez que a válvula, através do piloto, não permite grandes variações de pressão na saída.
Por meio de um piloto pneumático, consegue-se variar a pressão de ajuste à distância.

Não necessita de energia externa para acionamento.

Portanto, um dos benefícios é reduzir os custos de instalação e operação.
Pode-se usar em áreas classificadas.
Isto é, com riscos de explosão.

Válvula de alívio de pressão para ar comprimido

Recomendam-se para o alívio de pressão em sistemas de ar.
Seu fluxo poderá variar de zero à sua capacidade máxima.
Não permitindo assim pressões superiores às ajustadas no piloto.
Benefícios:

Não necessita de energia externa para acionamento. Portanto, reduz os custos de instalação e operação.
Podem ser utilizadas em áreas classificadas. Isto é, com riscos de explosão.

Válvula de esfera

É uma válvula de fácil identificação de abertura e fechamento da válvula.
Com uma boa classe de vedação e fácil operação e manutenção.

Válvula de retenção

Usa-se para evitar o contrafluxo e contrapressões nas tubulações.
Há 3 tipos principais:

Tipo pistão

O fluxo passa pela válvula deslocando o pistão para cima.
Permitindo assim a passagem do fluido.
No sentido oposto, através da gravidade ou da contrapressão.
O pistão fecha a válvula evitando o contrafluxo.

Tipo disco

O fluxo entra pela válvula deslocando o disco contra a mola.
Abrindo assim a mesma e permitindo a passagem do fluido pela sede da válvula.
No sentido contrário, a mola empurra o disco contra a sede impedindo a passagem de fluido.
Que, aplicando pressão sobre o disco, contribui para o fechamento da válvula.
Quando montadas sem mola, na direção vertical e sentido ascendente, o fechamento se dá por gravidade.

Tipo Wafer

Esta válvula possui uma portinhola em seu interior.
Permite assim a passagem do fluido no sentido de fluxo.
Na eminência do contrafluxo, a portinhola se fecha por gravidade.

A vedação estanque é garantida pela contrapressão do sistema sobre a portinhola.
Dessa forma, falando sobre os componentes básicos.
Assim encerramos a aula de hoje.
O ar comprimido e seus sistemas. Além da condução, controle, qualificação e uso geral.
Dentro da indústria então.
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