3. DISTRIBUIÇÃO DO AR COMPRIMIDO

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1 3. DISTRIBUIÇÃO DO AR COMPRIMIDO 3.1. Reservatório de ar comprimido FUNÇÃO: estabilizar a distribuição do ar comprimido, eliminar as oscilações de pressão na rede distribuidora e, quando há um momentâneo alto consumo de ar, é uma garantia de reserva. A grande superfície do reservatório refrigera o ar suplementar; assim, parte da umidade é condensada e separa-se do ar no reservatório, saindo pelo dreno. 16

2 3.2. Rede condutora principal Cada máquina, cada dispositivo requer quantidades adequadas de ar, que é fornecida pelo compressor, através da rede distribuidora. O diâmetro da tubulação deve ser escolhido de maneira que, mesmo com um consumo de ar crescente, a queda de pressão, do reservatório até o equipamento não ultrapasse 0,1 bar; uma queda maior de pressão prejudica a rentabilidade do sistema e diminui consideravelmente a sua capacidade. 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: * Volume corrente (vazão); * Comprimento da rede; * Queda de pressão admissível; * Pressão de trabalho; * Número de pontos de estrangulamento na rede. 17

3 Nota: Na distribuição do ar comprimido deve-se estar atento a possíveis vazamentos na rede, para que não haja perdas de pressão e elevação nos custos Montagem da rede de distribuição de ar comprimido Em uma rede de distribuição é importante não somente o correto dimensionamento mas também a montagem das tubulações As tubulações de ar comprimido requerem manutenção regular, razão pela qual as mesmas não devem, se possível, ser montadas dentro de paredes ou de cavidades estreitas. A) Rede de distribuição em circuito aberto: As tubulações, em especial nas redes em circuito aberto, devem ser montadas com um declive de 1% a 2%, na direção do fluxo. 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. Dessa forma, evita-se que a água condensada que eventualmente esteja na tubulação principal possa chegar às tomadas de ar através dos ramais. Para interceptar e drenar a água condensada devem ser instaladas derivações com drenos na parte inferior na tubulação principal B) Rede de distribuição em circuito fechado: 18

4 Partindo da tubulação principal, são instaladas as ligações em derivação. Quando o consumo de ar é muito grande, consegue-se, mediante esse tipo de montagem, uma manutenção de pressão uniforme. O ar flui em ambas as direções Material de tubulação A) Tubulações principais: Na escolha do material da tubulação temos várias possibilidades: Cobre Tubo de aço preto Aço-liga Latão Tubo de aço zincado (galvanizado) Material sintético B) Tubulações secundárias: Tubulações à base de borracha (mangueiras) somente devem ser usadas onde for requerida uma certa flexibilidade e onde, devido a um esforço mecânico mais elevado, não possam ser usadas tubulações de material sintético. Hoje, as tubulações à base de polietileno e poliamido são mais freqüentemente usadas em maquinários, pois permitem instalações rápidas e são ainda de baixo custo. 19

5 3.5. Conexões para tubulações Os diversos tipos de conexões podem ser utilizados para tubos metálicos, de borracha ou materiais sintéticos, desde que respeitadas as restrições e recomendações de aplicação dos fabricantes. Conexão para tubulações principais: flange Conexões roscadas para tubos com costura (galvanizados): Conexão para tubos flexíveis Conexão para tubos rígidos de polietileno ou poliamida: sem costura: conexão rápida 20

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7 4. PREPARAÇÃO DO AR COMPRIMIDO Antes de ser distribuído pela rede aos consumidores, o ar comprimido deve passar por processos de tratamento e preparação: Onde: 1) Filtro de sucção; 2) Compressor; 3) Resfriador (temp. entr.. = 90 a 200ºC temp. saída = 40ºC); 4) Separador de água; 5) Reservatório de ar; 6) Filtro entrada do secador; 7) Secador de ar (temp. entr.= 30 a 40ºC temp. saída = 4ºC); 8) Filtro de saída do secador; 9) Tomada de ar comprimido; 10) Unidade de conservação (filtro regulador de pressão lubrificador) Resfriadores ou Trocadores de Calor Os compressores reduzem o volume do ar para que a pressão aumente. Como pressão e temperatura são diretamente proporcionais, o ar atinge temperaturas elevadas. O ar comprimido a alta temperatura, além de reduzir a eficiência do compressor, poderia ainda causar acidentes ao operador e danificar os componentes pneumáticos. Em compressores de diversos estágios, normalmente se utilizam resfriadores intermediários (entre estágios). Dependendo da produção efetiva de ar, esses resfriadores trabalham sob a atuação do ar ou da água. 22

8 Sistema de refrigeração de um compressor: Sistema de refrigeração posterior à compressão: 23

9 4.2. Secadores de ar comprimido A água (umidade) já penetra na rede com o próprio ar aspirado pelo compressor, os secadores servem para retirar a umidade do ar comprimido, esteja ela em estado líquido ou em forma de vapor. É importante salientar, entretanto, que o ar deve ser secado antes de ser distribuído na rede, devido ao fato de os componentes pneumáticos, em sua maioria, serem metálicos e, portanto, sujeitos à corrosão. A incidência da umidade depende, em primeira estância, da umidade relativa do ar que, por sua vez, depende da temperatura e condições ambientais. A umidade absoluta é a quantidade de água contida em 1m 3 de ar. A quantidade de saturação é a quantidade de água admitida em 1m 3 de ar a uma determinada temperatura. Nesse caso, a umidade relativa é de 100% (ponto de orvalho). No diagrama do ponto de orvalho (a seguir) pode-se observar a quantidade de saturação à temperatura correspondente. Umidade Relativa = umidade absoluta x 100% Quantidade de Saturação Q u a n t i d a d e d e á g u a ( Q a ) a d m i t i d a p e l o c o m p r e s s o r ( g / m 3 ) Qa = umidade relativa x quantidade de saturação 100% 24

10 DIAGRAMA DO PONTO DE ORVALHO Exemplo Para um ponto de orvalho de 313 k (40 ºC), 1m 3 de ar contém 50g de água. 25

11 O ar comprimido pode ser secado de três maneiras diferentes: A) Secagem por absorção Absorção é a fixação de uma substância (líquida ou gasosa) no interior da massa de outra substância (sólida) Trata- se de um processo químico que consiste no contato do ar comprimido com o elemento secador (cloreto de cálcio, cloreto de lítio). A água ou vapor, em contato com esse elemento, mistura-se quimicamente com ele, formando um resíduo que deverá ser removido periodicamente do absorvedor.

12 B) Secagem por adsorção Adsorção é a fixação de uma substância na superfície de outra substância. É um processo físico em que o ar comprimido entra em contato com um elemento secador que tem a função de reter a umidade e liberar ar seco. Esse elemento, constituído de quase 100% de dióxido de silício (SiO 2 ), é conhecido no mercado como sílica gel.

13 C) Secagem por resfriamento Funciona pelo princípio da diminuição da temperatura do ponto de orvalho. O ponto de orvalho é a temperatura à qual deve ser resfriado um gás para se obter a condensação do vapor de água nele contido. O ar comprimido a ser secado entra no secador, passando primeiro pelo trocador de calor (vaporizador), o ar quente que está entrando é resfriado. Forma-se um condensado de óleo e água que é eliminado pelo trocador de calor. Esse ar comprimido pré-resfriado circula através do trocador de calor (vaporizador) e assim sua temperatura desce até 1,7 ºC, aproximadamente. Dessa maneira, o ar é submetido a uma segunda separação de condensado de água e óleo. Posteriormente, o ar comprimido pode ainda passar por um filtro fino, a fim de eliminar os corpos estranhos.

14 4.3. Unidade de conservação A unidade de conservação tem a finalidade de purificar o ar comprimido, ajustar uma pressão constante do ar e acrescentar uma fina neblina de óleo ao ar comprimido, para fins de lubrificação. Devido a isso, a unidade de conservação aumenta consideravelmente a segurança de funcionamento dos equipamentos pneumáticos. A unidade de conservação é uma combinação de: S i m b o l o g i a : 29

15 A). Filtro de ar comprimido A função do filtro de ar é reter as partículas de impurezas, bem como a água condensada, presente no ar que passa por ele. Funcionamento: O ar comprimido, ao entrar no copo do filtro, é forçado a um movimento de rotação por meio de rasgos direcionais. Com isso, por meio de força centrífuga separam- se impurezas maiores e gotículas de água, que se depositam então no fundo do copo O condensado acumulado no fundo do copo deve ser eliminado, o mais tardar, ao atingir a marca do nível máximo, já que, se isto não ocorrer, será arrastado novamente pelo ar que passa. As partículas sólidas maiores que a porosidade do filtro, são retidas por este. Com o tempo, o acúmulo dessas partículas impede a passagem do ar. Portanto, o elemento filtrante (bronze sinterizado ou malha de nylon) deve ser limpo ou substituído em intervalor regulares. Em filtros normais, a porosidade encontra-se entre 30 e 70 microns. Filtros mais finos têm elementos com porosidade até 3 microns. 30

16 Dreno automático do Filtro de ar: Se houver acentuado deposição de condensado, convém substituir a válvula de descarga manual por uma automática. F u n c i o n a m e n t o : Pelo furo, o condensado atinge a câmara entre as vedações. Com o aumento do nível do condensado, o flutuador se ergue. A um determinado nível, abre -se a saída; o ar comprimido existente no copo passa por ela e desloca o êmbolo para a direita. Com isso, abre-se o escape para o condensado. Pelo escape, o ar só passa lentamente, mantendo-se a saída do condensado, aberta por um tempo maior.

17 B) Regulador de pressão Tem por finalidade manter constante a pressão de trabalho (secundária) independentemente da pressão da rede (primária) e consumo de ar. A pressão primária tem que ser maior que a secundária.

18 R E G U L A D O R D E P R E S S Ã O ( c o n t... ) F u n c i o n a m e n t o : A pressão é regulada por meio de uma membrana. Uma das faces da membrana é submetida à pressão de trabalho; do outro lado atua uma mola cuja pressão é ajustável por meio de um parafuso de regulagem. Com o aumento da pressão de trabalho, a membrana se movimenta contra a força da mola. Com isso a secção nominal de passagem na sede da válvula diminui progressivamente ou fecha totalmente. Isso significa que a pressão é regulada pelo fluxo. Na ocasião do consumo, a pressão diminui e a força da mola reabre a válvula. Com isso, para manter a pressão regulada, há um constante abrir e fechar da válvula. Para evitar a ocorrência de vibração indesejável sobre o prato da válvula, existe um amortecimento por mola ou ar. Se a pressão aumentar muito do lado secundário, a membrana é pressionada contra a mola. Com isso, abre -se a parte central da membrana e o ar em excesso sai pelo furo de escape para a atmosfera. O regulador sem escape não permite a saída para a atmosfera, do ar contido no sistema secundário, devido a isso, é utilizado para gases tóxicos ou inflamáveis (maçarico). Se, do lado secundário não houver consumo de gás, a pressão cresce e força a membrana contra a mola. Desta forma, a mola pressiona o pino para baixo e a passagem é fechada pela vedação. Somente quando houver demanda de gás pelo lado secundário é que o gás do lado primário voltará a passar.

19 C).Lubrificador Nos elementos pneumáticos encontram-se peças móveis que devem ser submetidas à lubrificação, para garantir um desgaste mínimo, manter tão mínima quanto possível às forças de atrito e proteger os aparelhos contra corrosão. Mediante o lubrificador, espalha-se no ar comprimido uma névoa adequada de óleo. Os lubrificadores operam, geralmente, segundo o princípio venturi. A diferença de pressão ( queda de pressão) entre a pressão existente antes do bocal nebulizador e a pressão no ponto estrangulado do bocal serão aproveitadas para sugar óleo de um reservatório e misturá-lo com o ar em forma de neblina. O lubrificador de ar somente começa a funcionar quando existe um fluxo suficientemente grande. Quando houver pequena demanda de ar, a velocidade no bocal é insuficiente para gerar uma depressão (baixa pressão) que possa sugar o óleo do reservatório. Deve-se, portanto, prestar atenção aos valores de vazão (fluxo) indicados pelo fabricante. Princípio Venturi:

20 Funcionamento do lubrificador A corrente de ar no lubrificador vai de A para B. A válvula de regulagem H obriga o ar a entrar no depósito E, pelo canal F. Pelo efeito de sucção no canal C, o óleo é transportado pelo tubo ascendente L até a câmara D. Nesta câmara, o óleo é gotejado na corrente de ar e é arrastado. Mediante o parafuso K, ajusta-se à quantidade de óleo adequada. O desvio do ar comprimido até o depósito realiza-se através da câmara F, onde se efetua o fenômeno da aspiração. As gotas grandes demais caem no ambiente E. Somente a neblina ar-óleo chega à saída B, através do canal G.

21 No emprego da unidade de conservação, deve-se observar os seguintes pontos: 1. A vazão de ar (m 3 /h) é determinante para o tamanho da unidade. Demanda (consumo) de ar muito grande provoca queda de pressão nos aparelhos. Deve-se observar rigorosamente os dados indicados pelo fabricante. 2. A pressão de trabalho nunca deve ser superior à indicada no aparelho, e a temperatura ambiente não deve ser superior a 50 º C (máximo para copos de material sintético). 4.4.Manutenção da unidade de conservação A) Filtro de ar comprimido Quando o filtro não é dotado de dreno automático, o nível de água condensada deve ser controlado regularmente, pois a água não deve ultrapassar a altura determinada no copo. A água condensada acumulada pode ser arrastada para a tubulação de ar comprimido e equipamentos. O elemento filtrante, componentes plásticos, vedações e copo devem ser limpos com água e sabão neutro (biodegradável). Secar com ar comprimido limpo e seco na pressão máxima de 2bar. B) Regulador de pressão de ar comprimido Quando existe um filtro de ar comprimido instalado antes do regulador, dispensa-se praticamente a manutenção desse regulador. C) Lubrificador de ar comprimido Controlar o nível de óleo no copo reservatório. Se necessário, complementar o óleo até o nível indicado (3/4 do copo). Use óleo mineral com especificação: ISO VG 32 (viscosidade = 32 cst - centistokes). Regulagem do conta-gotas em torno de 1 a 2 gotas por minuto. Componentes plásticos, vedações e copo devem ser limpos com água e sabão neutro (biodegradável). Secar com ar comprimido limpo e seco na pressão máxima de 2bar. Bibliografia MARINS, Ailson - Circuitos Pneumáticos e Comandos Eletropneumáticos -IFSP Instituto Federal de Educação, Ciências e Tecnologia de São Paulo