O ar comprimido como forma de energia O ar comprimido consiste em enclausurar o ar atmosférico em um reservatório fechado por intermédio de um compressor de ar e obtendo assim altas pressões, que podem ser empregados como forma de energia alternativa. Na indústria da madeira e mobiliário o ar comprimido atua como um sistema auxiliar de energia, trabalhando só ou mesmo combinada com outro tipo de energia como a energia elétrica. São exemplos de emprego de ar comprimido no setor moveleiro: as máquinas pneumáticas, as grampeadeiras, pinadeiras, parafusadeiras, lixadeiras, para sistemas de prensagem e transporte, para setores de pintura e limpeza. Além destes equipamentos as máquinas estacionárias atualmente utilizam o ar comprimido tais como: coladeiras de bordas, furadeiras, centros de usinagem etc.
As vantagens do uso do ar comprimido Utilização universal: para utilização nos mais variados setores de fábricas, na usinagem, montagem, pintura ou mesmo em máquinas; Ecológica: limpa pois utiliza o próprio ar como energia; Segurança: o ar não combustível, portanto risco de incêndio; Não sofre influência da temperatura: gerado independente da temperatura ambiente; Armazenável: com os pulmões de ar pequenas e grandes quantidades estão rapidamente disponíveis; Reação rápida: rápida inversão liga/desliga; Ajuste contínuo: pequenos ajustes na pressão do ar; Sem retorno: instalação em sentido único ou mesmo em método circular.
As desvantagens do uso do ar comprimido Limitação de pressão: economicamente viável até aproximadamente 6 bar; Manutenção: a necessidade de remoção constante de água condensada e impurezas presentes no sistema de ar comprimido; Vazamentos: vazamentos do sistema de ar comprimido tem altos custos para a empresa; Ruído: pelo trabalho constante do motor do compressor e das válvulas de alívio de ar. É necessário um isolamento acústico para estas partes; Custo da energia: a produção do ar comprimido é superior ao da energia elétrica.
Instalações Apesar de ser responsável ativo na produção de uma empresa, nem sempre estas instalações do ar comprimido recebem os cuidados necessários e à partir deste ponto passam a ser uma fonte desperdícios. Um sistema de ar comprimido projetado corretamente proporcionará, além da minimização do custo da energia produzida, um trabalho mais eficiente das máquinas e equipamentos a ele ligados.
Instalações - Compressores A compressão de ar em um reservatório ou tubulação é função dos compressores de ar. Este tipo de máquina deve ser selecionada de acordo com a exigência do equipamento que utiliza o ar comprimido produzido, pois este pode conter uma série de impurezas tais como, poeira, ferrugem, partículas sólidas, água ou mesmo óleo. Por exemplo: o ar para ambientes cirúrgico e odontológico deve ser limpo; ar para o setor pintura deve ser seco, sem óleo e limpo; ar para máquinas que utilizam acionamentos pneumáticos isentos de sólidos e umidade. A seguir demonstramos alguns exemplos de compressores:
Instalações Tipos de compressores Compressores de pistão: Este tipo de compressor tem somente uma câmara de compressão aspirando o ar do meio e comprimindo-o em um reservatório pela simples movimentação vertical de um pistão. Variações deste modelo repetem o processo para se obter pressões maiores. Válvula de admissão Válvula de compressão Pistão Compressor de 1 estágio Compressor de 2 estágio Compressor de 3 estágio
Instalações Tipos de compressores Compressores de membrana ou diafragma: Este tipo de compressor tem uma membrana que faz o isolamento do sistema mecânico do contato com o ar, promovendo assim a produção de ar sem a contaminação de óleo. Utilizado quando o ar precisa ser puro, por exemplo em ambientes cirúrgicos, alimentícios e farmacêuticos. Diafragma Válvula de admissão Válvula de compressão
Instalações Tipos de compressores Compressores de parafuso: Por um sistema de roscas (macho e fêmea) o ar é conduzido por um filtro para a remoção do óleo do ar. Dependendo do volume de ar que se necessita pode-se ou não armazená-lo em um pulmão de ar, já que o sistema é extremamente eficiente e constante. Outra vantagem deste sistema é o baixo nível de ruído.
Instalações Sala de compressores Os compressores precisam aspirar o ar a ser comprimido do meio ambiente, para tanto são necessários alguns cuidados na localização e instalação de compressores, tais como: Deve-se evitar que os compressores fiquem em ambientes sujos, perto de caldeiras, dentro de ambientes com partículas em suspensão. Estas impurezas serão aspiradas e tendem a se misturar com o óleo lubrificante causando uma degradação do sistema mecânico do compressor. A instalação de filtros de ar afastados do solo e de qualquer parede para que o ar à ser comprimido seja o mais limpo possível. Ser instalado em ambientes frescos e ventilados, pois quanto maior a temperatura ambiente maior potência despendida pelo compressor para comprimir o ar.
Instalações Tipos de compressores Tipo Compressor de Membrana Compresso de pistão Volume de ar limitado Mediano Perda de potência com a idade do equipamento Ar comprimido Sem óleo Óleo e vapor de óleo chega até o tubulação de ar Compressor de Parafuso Grande Óleo e vapor de óleo chega até o tubulação de ar Local de emprego Ar suficiente para ferramentas com baixo consumo de ar comprimido Empresas com necessidades medianas de ar comprimido Indústria com necessidade de grandes volumes de ar comprimido
Instalações Redes de distribuição de ar comprimido As redes de distribuição de ar podem ser construídas de formas distintas, dependendo da empresa, existindo basicamente três variações: Sistema fechado ou anel: permite que o ar comprimido seja fornecido em dois acessos, minimizando a queda de pressão quando o consumo do ar aumentar repentinamente. Facilita ainda a produção, pois em caso de manutenções o ar continua sendo fornecido por pelo menos um sentido de fornecimento.
Instalações Redes de distribuição de ar comprimido Sistema em aberto ou em linha: o fornecimento do ar comprimido se dá somente por uma das extremidades. Este método prioriza os equipamentos que estão ligados no ponto mais próximo ao compressor e, eventualmente em um pico de utilização de ar, pode diminuir consideravelmente o fornecimento de ar para a extremidade final. Sistema combinado (fechado e em linha): outra alternativa é a mistura dos dois sistemas anteriores, como por exemplo uma ampliação da construção da fábrica que não foi abrangida pelo sistema fechado instalado. C C C Aberto Fechado Combinado
Esquema operacional de um sistema de ar comprimido Produção de ar comprimido Distribuição de ar comprimido Resfriador Válvula de segurança Tubulação Conjunto de manutenção Conjunto de manutenção Compressor Separadores de umidade Manômetro Pulmão Válvula Pistão - Gabarito Purgador Filtro de umidade Tratamento do ar comprimido
Instalações Acessórios Filtros: para eliminação das partículas que contaminam o ar comprimido (poeiras, umidade e óleo). Filtro coalescente: objetiva a retirada do óleo contido no ar comprimido. A coalescência se baseia na coleta de partículas em suspensão nos gases, por intermédio da coesão entre elas, formando macro partículas que são mais fáceis de se captar. Manômetros ou reguladores de pressão: vários trabalhos são realizados a uma pressão menor que a da linha de ar comprimido. Para isso se usam os manômetros para ajustar a pressão a um nível ideal.
Instalações Acessórios Lubrificadores: Quando se usa o ar para acionar motores, cilindros, válvulas e outros é necessário instalar um lubrificador. Os lubrificantes reduzem o atrito, basicamente consiste em um depósito de óleo projetado de maneira que, quando o ar circula por ele, uma quantidade de óleo é vaporizada. O óleo conduzido pela corrente de ar lubrifica as partes móveis do equipamento alimentado.
Instalações Acessórios Purgadores: Eliminador automático da água que se acumula nas diferentes partes da instalação de ar comprimido. O tipo eliminador de bóia abre-se de forma automática para descarregar a água, fechando-se logo após a sua eliminação.
Instalações Acessórios Mangueiras: Ferramentas pneumáticas e outros dispositivos acionados a ar comprimido são em geral ligados à rede de ar através de mangueiras. Essas mangueiras devem ser leves, flexíveis, suportar a pressão do ar e resistir as intempéries. É formada por uma camada externa de borracha, uma camada intermediária de lona e uma camada interna bastante lisa afim de apresentar a mínima resistência possível para o ar. Mangueiras de 1 ou mais devem preferencialmente ser fixadas no solo.
Instalações Tubulações As tubulações devem ter de 1 a 2% de caimento no sentido do final da tubulação de ar para que a água condensada seja então esgotada no purgador. A captação do ar comprimido deve ser feita por cima dos dutos para evitar que a água condensada seja canalizada para os equipamentos pneumáticos. 1% à 2%
Instalações Diâmetro recomendados de tubulações Numa tubulação de ar comprimido deve-se levar em consideração a distância que o ar percorre para então ser utilizado. Quanto maior a distância maior deve ser o diâmetro da tubulação para que se tenha a mesma vazão de ar. Comprimento da tubulação em metros Vazão 50 m 60 m 70 m 80 m 90 m 100 m 120 m 40 PCM 50 PCM 60 PCM 70 PCM 80 PCM 90 PCM 19,11 19,82 20,44 20,99 21,49 21,95 22,76 ¾ ¾ ¾ ¾ 1 1 1 20,74 21,51 22,18 22,78 23,33 23,82 24,71 ¾ 1 1 1 1 1 1 22,18 23,00 23,72 24,36 24,94 25,50 26,42 1 1 1 1 1 1 1 23,51 24,39 25,15 25,83 26,45 27,01 28,01 1 1 1 1 1 1¼ 1¼ 24,69 25,61 26,41 27,13 27,80 28,37 29,42 1 1 1 1¼ 1¼ 1¼ 1¼ 25,82 26,78 27,62 28,37 29,04 29,66 30,76 1 1¼ 1¼ 1¼ 1¼ 1¼ 1¼ 100 PCM 26,84 27,83 28,71 29,48 30,20 30,83 31,97 Tabela vazão X comprimento da tubulação = diâmetro da tubulação necessária
Unidades e equivalências Na tabela ao lado mostra-se algumas unidades de força sobre área utilizadas em sistemas de ar comprimido. As unidades variam de acordo com o fabricante, porém independente de qual a unidade de pressão utilizada, a referência é sempre a máquina ou equipamento utilizado na marcenaria. Este equipamento deve ter o volume e pressão de ar necessário para seu bom funcionamento. Cabe ao operador calcular e converter estas unidades para que este requisito seja atendido. 1kgf/cm² 1 atm 1 bar Equivalências 14,22 lbf/pol² 0,98 bar 10 m.c.a 0,968 atm 1,083 kgf/cm² 14,51 psi 1 bar 1,083 kgf/cm² 14,51 psi 100 kpa 1 N/m² 0,0001 kgf/cm² 1 pé³ /min 28,32 l/min 1 m³/min 1 dm³/min 1 galão/min 1000 l/min 35,32 pés³/min 264,17 gal/min 1 l/min 3,78 l/min
Instalações Problemas freqüentes Compressor sub-dimensionado para as necessidades da empresa consequentemente baixa pressão e pouca vazão de ar comprimido; Pulmão de ar sub-dimensionado para o volume de ar utilizado na empresa apresentando variações de pressão do ar comprimido; Rede de distribuição de ar não apresenta nenhum desnível no sentido dos purgadores e separadores de umidade, fazendo com que toda a umidade contida na rede siga para os equipamentos pneumáticos; Filtros de ar em número reduzido ou mesmo inadequados para a rede de ar comprimido;
Instalações Problemas freqüentes - Vazamentos Vazamentos em sistemas de ar comprimido são frequentes. Vale ressaltar que o ar comprimido é uma energia que tem custos altos de produção. Todo o ar que escapa de um sistema é reposto (tem portanto os custos de nova compressão), por isso deve-se observar atentamente o sistema para eliminar este tipo de problema, para evitar estes prejuízos.
BIBLIOGRAFIA COMPRESSORES SCHULZ. Equipaindústria. Disponível em: <http://www.compressoresschulz.com.br>. Acesso em 16/04/2010. FAILENSCHMID, Steffen; WEBER, Patrick. Fachschule für holztechnik Stuttgart: aufbau und organisation einer betriebsberatung für die brasilianische möbelindustrie. Facharbeit, 2008. NUTSCH, Wolfgang; ECKHARD, Martin; EHRMAN, Walter; NESTLE, Hans, NUTSCH, Torsten; SCHULTZ, Peter. Holzttechnik fachkunde. Stuttgart: Verlag, Lehrmittel, 1995. TENOVAPOR. Acessórios Industriais. Disponível em: <http://www.tecnovapor.com.br/>. Acesso em 16/04/2010.