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Poucos são os usuários que têm uma noção de quanto custa o ar comprimido. A maioria o considera uma fonte de energia barata, daí o engano desses usuários. O custo do ar comprimido é de aproximadamente U$ 0,30 para cada 1000 pés cúbicos por minuto ou 28 metros cúbicos por minuto de ar comprimido consumido, para tanto é necessário os técnicos na área estarem conscientes da utilização racional dos equipamentos de compressão de ar.

20 - COMPRESSORES DE AR

20.1 – DEFINIÇÃO

Compressores são máquinas destinadas a elevar a pressão de um certo volume de ar admitido nas condições atmosféricas, até uma determinada pressão exigida na execução dos trabalhos dos atuadores pneumáticos.

20.2 – COMPRESSORES DE DESLOCAMENTO POSITIVO

Baseiam-se fundamentalmente na redução do volume do ar. O ar é admitido da atmosfera e enviado para uma câmara isolada do meio exterior, onde seu volume é gradualmente diminuído, processando-se a compressão. Quando a pressão ideal é atingida, para-se a admissão/compressão do ar ou, se não for possível parar a máquina, alivia-se o excesso de pressão para a atmosfera a fim de que a pressão não aumente muito e provoque a explosão devido à ruptura dos recepientes que encerram o ar comprimido. Encontramos os tipos:

ROTATIVOS – Root e Palheta

ALTERNATIVO – Diafragma e Pistão

20.3 – COMPRESSORES DE DESLOCAMENTO DINÂMICO

Nestes compressores, a elevação de pressão é obtida por meio de conversão de energia cinética em energia de pressão, durante a passagem do ar através das palhetas do compressor. O ar admitido é colocado em contato com impulsores (rotor laminado) dotados de alta velocidade. Este ar é acelerado, atingindo velocidades elevadas e conseqüentemente os impulsores transmitem energia cinética ao ar . Posteriormente, seu escoamneto é retardado por meio de difusores, obrigando a uma elevação de pressão. Encontramos os tipos: EJETOR , RADIAL e DINÂMICO

20.4 – TIPOS DE COMPRESSORES

20.4.1 - Compressor monoestágio de pistÕes

No compressor monoestágio de pistões, durante o curso de admissão, o ar é aspirado através da válvula de aspiração que abre a passagem do ar atmosférico, através de um filtro. A aspiração se dá durante todo o recuo do pistão. Com o avanço do pistão, o ar anteriormente succionado para dentro do pistão, será comprimido durante todo o curso de avanço do pistão. A compressão se dará durante o avanço do pistão, pelo princípio de diminuição de área. Haverá aí, além do aumento de pressão, um aumento de temperatura que deverá ser compensada com um sistema de refrigeração, operada por alhetas e ventilador. Este compressor é atualmente o mais usado e sua lubrificação é feita na parte inferior dos pistões, acionado por um eixo virabrequim que salpica o óleo nas partes móveis interiores.

Figura 23– Compressor de pistão

20.4.2 - Compressor multiestágio de pistões

Para a compressão a pressões mais elevadas, são necessários compressores com vários estágios. O ar aspirado será comprimido pelo primeiro êmbolo (pistão), refrigerado e novamente comprimido pelo próximo êmbolo. Na produção de altas pressões, faz-se necessária uma refrigeração intermediária pois cria-se alto aquecimento resultante da compressão das moléculas do ar que são altamente excitadas, alterando sua posição inicial de repouso.

Figura 24 - Compressor pistão de 2 estágios

20.4.3 - Compressor de membrana (diafragma)

Este tipo pertence ao grupo de compressores de pistão. Mediante uma membrana, o pistão fica separado da câmara de sucção e compressão, quer dizer, o ar não terá contato com as partes deslizantes. Este ar , portanto, ficará sempre livre de resíduos de óleo. Estes compressores são os preferidos e mais empregados na indústria alimentícia, farmacêutica e química, devido não haver contato entre o ar produzido e as partes mecânics do compressor.

Figura 25 – Compressor de membrana

20.4.5 - Compressor de Parafusos

Os compressores de parafusos são compressores rotativos com dois eixos de rotação. Eles operam conforme o princípio do deslocamento e deslocam continuamente. Com isto não ocorrem golpes e oscilações de pressão. Uma vez que estes não possuem válvulas de aspiração e de pressão, eles têm baixa manutenção. São pequenos no tamanho e permitem alta rotação, no entanto o consumo de potência é mais alto que nos compressores de pistões.

Os compressores de parafusos são construídos para operar à seco para ar comprimido isento de óleo, ou no caso normal com injeção de óleo para lubrificação, vedação e resfriamento.

Figura 26 – Compressor de parafusos

20.4.6 - Compressor de palhetas

Trata-se de um compressor rotativo, de um eixo que opera conforme o princípio de deslocamento. Em um compartimento cilíndrico, com aberturas de entrada e saída, gira um rotor alojado excentricamente, com palhetas ao seu redor. Neste compressor, se estreitam (diminuem) os compartimentos, a medida que as palhetas vão passando, comprimindo então o ar nos mesmos. Quando em rotação, as palhetas são, pela força centrífuga, forçadas contra a parede. Devido à excentricidade onde gira o rotor, há um aumento de área na sucção e uma diminuição na pressão.

A vantagem deste compressor está na sua construção um tanto econômica em espaço, bem como em seu funcionamento contínuo e equilibrado e, no uniforme fornecimento de ar livre de qualquer pulsação. Sua lubrificação é feita por injeção de óleo.

Figura 27 - Compressor palheta

20.4.7 - Compressor “root”

Neste compressor, o ar é transportado de um lado para o outro sem alteração de volume. A compressão do ar efetua-se pelos cantos de duas células rotativas, cujo ar é forçado a passar para o outro lado do compressor, que eventualmente estará sendo enviado para uma câmara fechada a receber a pressão. Este compressor tem baixa capacidade de compressão, entretanto é capaz de enviar enorme carga (volume) de ar para ambientes de grandes necessidades de vazão do ar, como por exemplo cabines pressurizadas de aeronaves com grande número de passageiros.

Através de um acionamento sincronizado das células, pode-se obter uma operação sem contato entre as células rotativas e a carcaça do compressor, não sendo necessária uma lubrificação no seu interior, apenas no rolamento do eixo rotativo das células.

Figura 28 - Compressor roots

20.4.8 - Compressor axial (turbina)

Este compressor trabalha segundo o princípio de fluxo e é adequado para o fornecimento de grandes vazões de ar. O ar é colocado em movimento por uma ou mais turbinas, e esta energia de movimento é então transformada em energia de pressão.O ar movimenta-se em direção ao próprio sentido do eixo do compressor, axialmente, e dirige-se para o lado de saída com grande carga de volume e pressão. Se as turbinas forem colocadas em série, o poder de compressão e de fluxo serão enormes e poderão ser utilizados por um grande número de equipamentos. É o que encontramos nas grandes indústrias que necessitam de uma grande produção de ar para acionar numerosos equipamentos pneumáticos em paralelo.

Figura 29 - Compressor axial

20.4.9 - Compressor radial (centrífugo)

Este compressor também trabalha segundo o princípio de fluxo , adequado para o fornecimento de grande vazão de ar. Os compressores radiais são máquinas de fluxo como os compressores axiais., nos quais a energia cinética é convertida em pressão. Nesta a aspiração também ocorre no sentido axial sendo em seguida o ar conduzido no sentido radial (90º em relação ao eixo) para a saída. Também os compressores radiais são fabricados para grandes vazões, são de baixa manutenção, e para alcançar pressões maiores são necessários vários estágios de compressão.

Ver figura na página seguinte

Figura 30 - Compressor Radial

20..5 - Vazão de ar dos compressores

A vazão de ar fornecido pelos compressores é a quantidade de ar que está sendo fornecido pelo compressor e é através da vazão fornecida que escolhemos o compressor ideal para operar nossos equipamentos pneumáticos. Uma grande indústria ou uma aeronave de grande porte que necessita de um enorme potencial de componentes pneumáticos, trabalha com compressores de fluxo tipo axial ou radial. Um pintor de veículos numa pequena oficina mecânica precisa apenas de um compressor tipo pistão monoestágio. A vazão fornecida depende da construção do compressor e é indicada como vimos anteriormente, em metros cúbicos por minuto, pés cúbicos por minuto ou libras/min. A pressão de regime é a pressão fornecida pelo compressor, bem como é a pressão do reservatório e a pressão na rede distribuidora até o consumidor. A pressão de trabalho é a pressão necessária nos pontos de trabalho. Um Sistema Pneumático Básico é constituído de um compressor, um reservatório e um ponto de trabalho.

20.6 - Regulagem e acionamento dos compressores O acionamento dos compressores, é conforme as necessidade do usuário, podendo ser por motor elétrico ou motor a explosão. Em instalações industriais, aciona-se na maioria dos casos, com motor elétrico. Tratando-se de uma estação móvel, emprega-se para o acionamento um motor a explosão (gasolina ou óleo diesel).

Para combinar o volume de fornecimento com o consumo de ar, é necessária uma regulagem dos compressores. Dois valores limites são pré-estabelecidos: pressão Máxima e pressão Mínima, as quais influenciam no volume fornecido. Encontramos, teoricamente, diversas formas de regulagens que vão desde fechamento da sucção do ar até o fechamento do fornecimento de pressão, entretanto a maneira que é mais encontrada na prática é a regulagem intermitente que permite ao compressor funcionar em dois campos: fornecimento em carga e parada total.

Na regulagem intermitente, o ar produzido pelo compressor ao atingir a pressão máxima regulada, tem seu motor elétrico desligado por um pressostato (interruptor elétrico sensível à pressão) e ele pára então de fornecer pressão, mantendo a carga já produzida no seu reservatório. A medida que a pressão do ar vai sendo consumida e baixa até um valor mínimo também pré-estabelecido, o pressostato liga novamente o motor elétrico e o compressor começa a trabalhar outra vez, fornecendo a pressão necessária para encher novamente o reservatório.

20.7 - Refrigeração dos compressores

O ar quente resultante da compressão aquece por demasia as paredes do cilindro que alojam o pistão de compressão. Torna-se necessário então, a refrigeração do cilindro para que ele permita o perfeito funcionamento do pistão. Em compressores de pequeno porte, serão suficientes palhetas de aeração para que o calor seja dissipado. Compressores maiores, estão equipados, ainda mais, com um ventilador para dissipar o calor nas alhetas. Tratando-se de uma estação de compressores com uma elevada potência de acionamento, uma refrigeração a ar seria insuficiente, os compressores devem então ser equipados com refrigeração à água .

20..8 - Lugar de montagem dos compressores

A estação de compressores deve ser montada dentro de um ambiente fechado, com proteção acústica devido ao grande barulho por ele produzido. O mantenedor de funcionamento do compressor deve utilizar sempre um abafador nos ouvidos. O ambiente deve ter boa aeração e o ar sugado para o compressor deve ser fresco, seco e livre de poeira. Nas indústrias de grande porte, alarmes sonoros avisam os mantenedores, a falha de produção de um compressor. Compressor reserva é automaticamente acionado não parando a linha de produção.

20.9 - MANUTENÇÃO DO COMPRESSOR

Esta é uma tarefa importante dentro do setor industrial. É imprescindível seguir as instruções recomendadas pelo fabricante, que conhece os pontos vitais de manutenção. Um plano semanal de manutenção será previsto, e nele será programada uma verificação no nível de lubrificação, nos lugares apropriados e, particularmente nos mancais do compressor, motor e cárter. Neste mesmo prazo será prevista a limpeza do filtro de ar e a verificação experimental da válvula de segurança, para comprovação de seu real funcionamento. Será prevista, também, a verificação da tensão das correias. Periodicamente será verificada a fixação do volante sobre o eixo de manivelas. Drenar semanalmente a água acumulada no tanque do compressor e, quando seu uso é muito constante, drenar diariamente.

21 - Reservatório de ar comprimido

O reservatório serve para a estabilização da distribuição do ar comprimido. Ele elimina as oscilações de pressão na rede distribuidora e, quando há momentaneamente alto consumo de ar, é uma garantia de reserva. A grande superfície do reservatório refrigera o ar suplementar, por isso se separa diretamente no reservatório, uma parte da umidade do ar com água. A água encontrada nos reservatórios de ar comprimido é resultante da condensação do ar quente de compressão(aspirado e comprimido com a umidade encontrada na atmosfera), resfriado pelo contato com o grande volume de ar fresco do reservatório. A água, mais pesada, repousa no fundo do tanque e deve ser, diariamente, eliminada por intervenção manual.

Ver figura na página seguinte

Figura 31 - Reservatório de ar comprimido

22 - Rede de distribuição do ar comprimido

Provocada pela sempre crescente racionalização e automatização das instalações industriais, a necessidade de ar nas fábricas está crescendo. Cada máquina e cada dispositivo requer sua quantidade de ar que está sendo fornecido pelo compressor, através da rede distribuidora. O diâmetro das tubulações deve ser capaz de alimentar cada ponto de distribuição e manter uma carga de ar necessária para manter em operação, cada ponto de utilização.

A escolha do diâmetro da tubulação não é realizada por quaisquer fórmulas empíricas ou para aproveitar tubos por acaso existentes em depósito, mas sim considerando-se :

- volume corrente (vazão)

- comprimento da rede

- queda de pressão admissível

- pressão de trabalho

- número de pontos de estrangulamento da rede

22.1 - Rede de distribuição em circuito aberto

Consiste de uma tubulação única fornecedora de pressão. O ar do compressor atua em toda extensão da tubulação, que possui em posições estratégicas, os pontos de distribuição do ar. As tubulações devem ser montadas com um declive de 1% a 2% na direção do fluxo e, por causa da formação de água condensada, é fundamental, em tubulações horizontais instalar os ramais de tomadas de ar na parte superior do tubo principal. Para interceptar e drenar a água condensada, devem ser instaladas derivações com drenos na parte inferior da tubulação principal.

Figura 32 - Rede de distribuição de ckt aberto

22.2 - Rede de distribuição em circuito fechado

Geralmente as tubulações principais são montadas em circuito fechado. Partindo da tubulação principal, são instaladas as ligações em derivação. Quando o consumo de ar é muito grande, consegue-se mediante este tipo de montagem, uma alimentação uniforme. O ar flui em ambas as direções.

Figura 33 - Rede de distribuição de ckt fechado

22.3 - Rede de distribuição combinada

A rede combinada também é uma instalação em circuito fechado, a qual por suas ligações longitudinais e transversais, oferece a possibilidade de trabalhar com ar em qualquer lugar. Mediante válvulas de fechamento existe a possibilidade de fechar determinadas linhas de ar comprimido quando as mesmas não forem usadas ou quando for necessário pô-las fora de serviço por razões de reparação e manutenção. Também pode ser feito um controle de estanqueidade.

Figura 34 – Rede de distribuição combinada

23 - SIMBOLOGIA PNEUMÁTICA

A T U A D O R E S P N E U M Á T I C O S

V Á V U L A S D I R E C I O N A I S

C O M A N D O S D A S V Á L V U L A S D I R E C I O N A I S

L I N H A S P N E U M Á T I C A S

V Á L V U L A S DE C O N T R O L E DE P R E S S Ã O

V Á V U L A S D E F L U X O

A C E S S Ó R I O S

C O M P R E S S O R E M O T O R E S

C O N D U T O R E S

S E N S O R E S

L Ó G I C A P N E U M Á T I C A

C O M P O N E N T E S D E V Á C U O

24 - BIBLIOGRAFIA

Bonacorso, nelso Gause e Valdir Noll, AUTOMAÇÃO ELETROPNEUMÁTICA, São Paulo, Editora Érica, 2004

Software Automation Studio 3.0.5

www.micromecanica.com.br

www.parker.com.br

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