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O interesse deste tema está diretamente relacionado à redução do consumo de energia elétrica e, conseqüentemente, redução dos custos, ao aumento da produtividade e ao aumento da vida útil dos equipamentos pneumáticos.

Redução dos custos operacionais: A redução de energia elétrica, esta diretamente relacionada na utiliza-

José Carlos Amadeo Centro Universitário Salesiano de São Paulo

O presente artigo tem como objetivo levar os projetistas de equipamentos pneumáticos a terem um raciocínio diferente, no que diz respeito à elaboração de sistemas e/ou equipamentos para Automação, que utilizem o ar comprimido como fonte principal de energia.

ção da “Dupla Pressão”, porque irá proporcionar, nos circuitos pneumáticos, pressões diferenciadas , na qual os compressores não precisam “trabalhar” mais para suprir uma pressão maior, permanecendo , conforme o consumo dos equipamentos pneumáticos instalados, um bom tempo desligado, ou mesmo operando em “vazio” , consumindo menos energia.

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Aumento da produtividade: A produção será aumentada porque os equipamentos pneumáticos serão capazes de produzir mais peças/produtos em tempos menores, devido ao aumento da velocidade (no avanço) dos cilindros pneumáticos.

Aumento da vida útil dos equipamentos pneumáticos: Está diretamente relacionado à baixa pressão, utilizada nos equipamentos pneumáticos , diminuindo os atritos internos e consequentemente os desgastes de seus componentes .

Sendo o ar comprimido um gás compressível, este dificilmente estará disponível nos pontos de consumo a uma pressão constante e/ou necessária para o comando dos componentes pneumáticos.

A operação indispensável das válvulas reguladoras de pressão é aplicada entre a fonte geradora de ar comprimido e os diversos pontos de consumo. Sua principal função é, além de reduzir a pressão primária (também conhecida como “pressão a montante”), manter a pressão secundária (“pressão a jusante”) constante. Condições estas necessárias para o controle de equipamentos pneumáticos, tais como: ferramentas pneumáticas, cilindros lineares e/ou rotativos, motores pneumáticos, válvulas de controle, injetoras / prensas de impacto, sistemas de pinturas, robótica entre outras aplicações...

Se analisarmos todas as aplicações de uso do ar comprimido, iremos notar que os reguladores de pressão são componentes indispensáveis e os mais notados na distribuição geral de uma rede de ar comprimido.

Para uma maior eficiência na distribuição de uma rede de ar, será necessário que as pressões nos pontos de consumo sejam inferiores a 20 % da pressão geradas pelo(s) compressor(es) de ar. Isto significa que, ao projetarmos qualquer equipamento pneumático, não devemos levar em consideração a pressão disponível na rede (a que sai dos compressores), mas sim a pressão disponível e necessária no ponto de consumo, como medida de redução de custos e segurança operacional.

Se dispusermos, na rede de ar comprimido, de uma pressão de 7 Bar (ou 102,9 psig), qual será a pressão ideal de operação no seu ponto de consumo?

Caso o equipamento que desejamos empregar, por exemplo uma furadeira, tenha no seu manual de fabricante a pressão operacional especificada de 5,6 Bar

(82,3 psig), mantida constante, reduziremos em 20 % a pressão utilizando a válvula redutora de pressão.

Se reduzirmos a pressão em aplicações que não exigem forças de operação, teremos como resultado uma economia razoável, como veremos mais adiante. Cada vez que “exigimos” do compressor pressões maiores do que o necessário, teremos como resultado um gasto maior de energia elétrica, obrigando o compressor a operar em regime continuamente ligado, mantendo aquela pressão superdimensionada e desnecessária, em regime de operação constante.

Poucos são os usuários que têm uma noção de quanto custa o ar comprimido.

A maioria o considera como uma fonte de energia barata. Daí o engano desses usuários.

Vamos analisar os valores a seguir, extraídos dos principais fabricantes de componentes pneumáticos, e também dos próprios fabricantes de compressores de ar comprimido.

O custo do ar comprimido é de aproximadamente US$ 0,30 para cada 1000 SCFM (pés cúbicos por minuto) ou 28 metros cúbicos por minuto de ar comprimido consumido (valor em dólar para termos um referencial mais seguro).

O exemplo a seguir irá nos demonstrar a real economia de um sistema de Automação Pneumática operando com o princípio da “Dupla Pressão”.

Lembramos que este exemplo está baseado na utilização de um atuador pneumático de ação dupla, que emprega ar para avançar e ar para retornar, e quando não forem exigidas forças para a execução das tarefas no seu retorno.

Neste exemplo, a função principal do atuador pneumático é avançar uma ferramenta para executar uma operação de prensagem. A pressão projetada para que este sistema execute sua função de prensagem é 65 psig (ou 4,5 Bar), realizando o trabalho de “força no avanço”. O retorno desta ferramenta será sem carga (força = 0), ou seja, apenas retornando a ferramenta à sua posição inicial.

Neste caso perguntamos: por que utilizarmos a mesma pressão empregada no avanço (de 65 psig) para retornar a ferramenta, se o atuador pneumático não irá executar nenhuma força?

Procedimento: Introduzir uma Válvula Reguladora de

Pressão e regular a pressão de retorno para uma pressão inferior, por exemplo, igual a 25 psig (1,7 Bar).

Aqui começam nossos argumentos para a redução de custos, vejamos nosso exemplo prático:

Qual será a diferença de custo (por ano) entre operar o sistema com um único regulador de pressão (65psig) em um circuito pneumático e com dois reguladores de pressão, sendo um com 65 psig e o outro com 25 psig?

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Antes, queremos lembrar que neste projeto estaremos “investindo” na aquisição de mais um componente, o segundo regulador de pressão, cujo valor será “pago” em pouco tempo, pela economia de energia conseguida.

Vamos lá, mãos a obra! Pegue uma calculadora para não se perder nos cálculos...

Pressão de alimentação da rede de ar comprimido = 100 psig (6,8 Bar)

(D) = Diâmetro interno do cilindro pneumático = 5" (127 m)

(Dh) = (Diâmetro da haste) = 2" (51 m) (S) = Curso do cilindro pneumático = 18 “ (457 m)

(Ta ) =Tempo de avanço = 2 segundos

(Tr ) = Tempo de recuo = 1 segundo

(Ht) =Horas de trabalho = 7 horas/dia (d) = Dias = 6 dias/semana

(s) = Semanas = 50 semanas/ano Custo do ar comprimido = US$ 0,30 / 1000 SCFM consumido.

O ciclo que este atuador pneumático irá executar será:

Ta + Tr

= 3 segundos ou 20 ciclos/minuto

Sistema operacional

7 (horas/dia) X 6 (dias/semana) X 50 ( semanas/ano) X 60 (minutos) = 126.0 minutos/ano.

Cálculo do volume de ar comprimido consumido pelo atuador pneumático durante o avanço

Fórmula = (pi x (D2/4)) x S (curso)

Volume (consumo de ar no avanço) = (pi x (52/4)) x 18 = 353,43 pol3/min ou 0,204 pés cúbicos por minuto.

Cálculo do volume de ar comprimido consumido pelo atuador pneumático durante o recuo

(pi x (D2 - Dh2)/4) X S = pi ((52 - 2)/4) x 18 = 297 pol3/ min = 0,171pcm

O próximo passo é calcular o fator de compressão do ar comprimido, ou seja, o quanto o ar está comprimido em relação à pressão atmosférica. Para isso, tomamos o valor da pressão de saída, somamos o valor da pressão atmosférica (14,7 psig) e dividimos o resultado pela pressão atmosférica. Utilizando os valores temos, no avanço:

Fc = Fator de compressão do ar comprimido = (65 +

14,7) / 14,7 = 5,42 e no retorno, a pressão de 25 psig:

Fc = (25 + 14,7) / 14,7 = 2,7

Agora, com os valores obtidos é possível calcularmos os custos deste equipamento operando sem e com a utilização da “Dupla Pressão”.

Inicialmente, faremos o cálculo do sistema operando com a mesma pressão, ou seja, 65 psig.

Multiplicar pelo fator 0,0005787 ou dividir pelo fator 1.728

Exemplo: 353,43 polegadas cúbicas x 0,0005787 = 0,204 pés cúbicos ou 353,43 pol3 / 1.728 = 0,204 pés cúbicos.

Tabela 1 - Pórticos de uma válvula 5/2.

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Para isso, calcularemos o consumo anual de ar comprimido e multiplicaremos este valor pelo custo do ar (US$ 0,30 para cada 1.0 pcm produzidos).

Custo no avanço

A quantidade de ar consumida é: Volume consumido por minuto x Fator de compressão x Ciclo do cilindro x Sistema operacional

0,204 (pcm) x 5,42 (Fc) x 20 (ciclos) x 126.0 (minutos por ano):

= 2.786.313,6 pcm x US$ 0,30 (preço do ar comprimido) = US$ 835.894,08 dividido por 1000 pcm = US$ 835,89

Custo no retorno

0,171 (pcm) x 5,42 (Fc) x 20 (ciclos) x 126.0 (minutos /ano) = 2.335.586,4 pcm x US$ 0,30 = US$ 700.675,92 - dividido por 1000 pcm = US$ 700,67

Total por ano : US$ 835,89 (no avanço ) + US$ 700,67 (no retorno) = US$ 1.536,56

Se operarmos o mesmo sistema com a “Dupla Pressão”, ou seja, com pressões diferenciadas, teremos o seguinte: o custo de avanço permanece o mesmo, porque necessito utilizar a pressão de 65 psig para realizar a “força” especificada no projeto:

= US$ 835,89. A diferença ocorre no retorno, pois o cilindro volta com a pressão de 25 psig. Fazendo os cálculo do custo teremos: 0,171 x 2,7 x 20 x 126.0 = 1.163,48 pcm x US$ 0,30 = US$ 349.045,20 dividido por 1000 pcm = US$ 349,04 Total por ano = US$ 1.184,0

Comparado este último resultado com os US$ 1.536,56 gastos utilizando a mesma pressão no avanço e no recuo, a economia por ano utilizando o sistema de “Dupla Pressão” será de:

US$ 1.536,56 - US$ 1.184.93 = US$ 351,63

Observação: Para realizar este circuito pneumático, será necessário utilizar válvulas de comando que permitem esta aplicação. Nem todos os produtos pneumáticos disponíveis no mercado estão projetados para a aplicação da dupla pressão.

Para uma melhor interpretação do circuito pneumático mostrado na figura 1, descrevemos a seguir a função e o significado de cada pórtico de uma válvula 5/2 vias (cinco vias – duas posições – simples solenóide de ação direta) representada na figura 2, levando em consideração a observação mencionada acima.

Os números (código americano) ou letras (código europeu) utilizados, estão de conformidade com o Sistema Internacional.

Note a configuração das setas, contrárias à uma

Simbologia Normal. A entrada nº 1 ficou como escape único, as saídas nº 3 e 5 ficaram com entradas de ar, e as saídas nº 2 e 4 permaneceram como fontes alimentadoras de ar para o Atuador Pneumático.

apenas um silenciador de escape.?l

Note também que na saída 1 da figura 1 é utilizado

Figura 1 - Exemplo de um circuito pneumático utilizando duas pressões de comando.Figura 2 - Válvula solenóide de 5/2 vias - retorno por mola.

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