Material Pneumatica

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5. Produção, Preparação e Distribuição de Ar Comprimido

5.1 Qualidade do Ar Comprimido

Os equipamentos pneumáticos (principalmente as válvulas) são constituídos de mecanismos muito delicados e sensíveis e para que possam funcionar de modo confiável, com bom rendimento, é necessário assegurar determinadas exigências de qualidade do ar comprimido, entre elas:

• Pressão

• Vazão

• Teor de água

• Teor de particulas sólidas

• Teor de óleo

As grandezas de pressão e vazão estão relacionadas diretamente com a força e velocidade, respectivamente, do atuador pneumático. Cada componente penumático tem sua especificação própria de pressão e vazão de operação. Para atender a essas especificações é necessário suficiente vazão no compressor, correta pressão na rede e tubulação de distribuição corretamente dimensionada em função da vazão.

Já água, óleo e impurezas tem grande influência sobre a durabilidade e confiabilidade de componentes pneumáticos. O óleo em particular é usado para lubrificar os mecanismos dos sistemas pneumáticos. Dependendo da aplicação as exigências do ar com relação à água, óleo e impurezas são diferentes. A tabela 5.1.1 mostra uma classificação do ar com relação a diferentes teores desses elementos.

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Tabela 5.1.1 - Classificação do ar com relação a teores de água, óleo e impurezas.

A tabela 5.1.2 mostra as especificações do ar exigidas em cada aplicação. Tabela 5.1.2 - Especificação do ar para diferentes aplicações.

Assim o ar deve passar por um tratamento rigoroso, que envolve filtros, secadores e lubrificadores, antes de ser distribuído na fábrica.

5.2 Sistema de Produção e Preparação do Ar Comprimido

A figura 5.2.1 mostra as etapas que o ar comprimido passa desde a sua geração e tratamento até ser distribuído nas máquinas. Em geral, o ar comprimido é produzido de forma centralizada e distribuído na fábrica. Para atender às exigências de qualidade, o ar após ser comprimido sofre um tratamento que envolve:

• Filtração

• Resfriamento

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• Secagem • Separação de impurezas sólida e líquidas inclusive vapor d'água

Figura 5.2.1 - Geração, tratamento e distribuição do ar comprimido.

Nessa figura cada equipamento por onde o ar passa é representado, por um símbolo. Em pneumática existe uma simbologia para representar todos os equipamentos pneumáticos. Assim estão representados na figura por exemplo, os símbolos do filtro, compressor, motor (elétrico ou de combustão), resfriador, secador e reservatório.

Na figura 5.2.1 vemos que o ar é aspirado pelo compressor, que é a máquina responsável por comprimir o ar. A taxa de compressão é em geral 1:7, ou seja, o ar atmosférico à 1 bar é comprimido para 7 bar. Na entrada do compressor existe um filtro para reter partículas sólidas do ar do meio ambiente. Ao ser comprimido, o ar aquece aumentando a temperatura em 7 vezes, como já visto. Assim é necessário resfriá-lo, pois a alta temperatura pode danificar a tubulação. Após o resfriamento o ar passa por um processo de secagem na tentativa de remover a água do ar que está sob a forma de vapor, além disso sofre uma filtração para eliminar partículas sólidas introduzidas pelo compressor, por exemplo. O ar então é armazenado num reservatório que tem duas funções:

• Garantir uma reserva de ar de maneira a garantir que a pressão da linha se mantenha constante, evitando que o compressor tenha que ser ligado e desligado várias vezes. Note que o consumo de ar na fábrica é variável ao longo do expediente.

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• Alguns compressores, como o compressor de êmbolo (ver adiante) geram pulsos de pressão na compressão do ar. O reservatório evita que esses pulsos de pressão sejam transmitidos para linha pneumática da fábrica. Do reservatório, o ar é distribuído na fábrica e em cada máquina existe uma unidade de tratamento de ar (descrita adiante no ítem 5.7) que irá ajustar as características do ar comprimido de acordo com as necessidades específicas da máquina. O ar comprimido é então convertido em trabalho mecânico pelos atuadores pneumáticos

5.3 Compressores

O compressor é uma máquina responsável por transformar energia mecânica (ou elétrica) em energia penumática (ar comprimido), através da compressão do ar atmosférico. A figura 5.3.1 mostra a classificação dos compressores existentes que serão descritos a seguir.

Figura 5.3.1 - Classificação dos compressores existentes.

Os compressores de êmbolo e rotativo se caracterizam por comprimir mecanicamente um volume fixo de ar em cada ciclo. Já o turbo-compressor comprime o ar forçando o seu escoamento por um bocal (difusor), ou seja, transforma a sua energia cinética em energia de pressão.

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A figura 5.3.2 indica a região de atuação de cada compressor no gráfico pressão em função da vazão de operação.

Figura 5.3.2 - Região de atuação de cada compressor no gráfico pressão X volume.

Na seção 9.5 será descrito os métodos de regulagem dos compressores para combinar o volume de fornecimento com o consumo de ar .

5.3.1 Compressor de Êmbolo

Consiste num mecanismo biela-manivela (igual ao motor de um automóvel) acionado por um motor elétrico ou de combustão, como mostrado na figura 5.3.1.1.

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Figura 5.3.1.1 - Compressor de êmbolo monoestágio e multi-estágio.

Nesse compressor, o pistão aspira o ar através da válvula de aspiração e o comprime no curso de compressão até atingir a pressão desejada quando abre a válvula de pressão. São os mais usados ("compressor do dentista") pois tem uma larga faixa de operação como mostrado na figura 5.3.2.

São econômicos na faixa de pressão de 8 a 10 bar. Quando a razão de compressão necessária é muito alta ocorrem perdas térmicas muito altas, e nesse caso deve-se usar a versão multiestágio (ver figura 5.3.1.1), em que a cada estágio ocorre um aumento da pressão melhorando-se o rendimento. Em torno de cada pistão existem aletas para a dissipação do calor gerado na comrpessão. Em alguns casos é necessário um sistema de refrigeração à água.

Esse compressor apresenta como desvantagem a geração de oscilações de pressão além de um fluxo de ar pulsante.

Uma variação desse compressor, chamado compressor de membrana é apresentado na figura 5.3.1.2. Possui uma membrana ao invés de um pistão. A idéia é isolar o ar a ser comprimido das peças do compressor evitando resíduos de óleo. É muito utilizado nas indústrias alimentícia e farmacêutica, por exemplo.

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Figura 5.3.1.2 - Compressor de membrana.

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