Ar comprimido I-10

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Ar comprimido I-10

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Uma breve história |
Produzindo ar comprimido |
Estimando consumo |
Qualidade do ar |

Ar comprimido é um insumo ou forma de energia de ampla utilização. Entre inúmeras aplicações, pode-se mencionar: acionamentos e controles industriais, transporte pneumático, ejetores de fluidos, processos como produção de peças de vidro ou plástico, jato de areia, pinturas, ferramentas (marteletes, perfuratrizes, etc), acionamento de freios, operações submarinas, etc.

As vantagens são evidentes: é fácil de ser conduzido, os equipamentos são compactos e leves, não há risco de incêndio ou choque elétrico, não gera resíduos prejudiciais, etc. A contrapartida para vantagens tão claras é o alto custo. Boa parte da energia gasta para a compressão do ar é perdida na forma de calor e o trabalho útil que ele pode fornecer é pequeno em relação a essa energia gasta.

Portanto, em especial na indústria, o uso do ar comprimido deve ser limitado ao estritamente necessário e o projeto, a operação e a manutenção dos sistemas devem procurar sempre a maximização da eficiência.

Estudos realizados por algumas empresas nos Estados Unidos demonstraram que, considerando uma instalação nova de ar comprimido, nos primeiros 5 anos a energia elétrica representa cerca de 80% dos custos. Os 20% restantes são divididos pelos custos do capital investido, água e manutenção.

Uma breve história

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A primeira máquina que a espécie humana usou para comprimir ar foram os próprios pulmões. Nos dias de hoje, vez por outra ainda é usado para essa finalidade. Os pulmões humanos podem comprimir até cerca de 0,08 atm, o que é muito pouco para a metalurgia do ouro, cobre e outros metais, que se estima ter começado por volta de 3000 AC.

Há indícios que egípcios e sumérios usavam tubos para conduzir o vento até seus fornos. O fole manual foi o primeiro compressor mecânico. Depois de 1500 AC recebeu melhoramentos como acionamento pelos pés ou por roda d'água. E assim cumpriu seu ofício por mais 2000 anos.

O primeiro cilindro compressor, acionado por roda d'água, foi desenvolvido pelo engenheiro inglês John Smeaton em 1762. Em 1776, o inventor inglês John Wilkinson o aperfeiçoou, fazendo um modelo primitivo dos compressores atuais.

Produzindo ar comprimido

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Compressores são equipamentos que elevam a pressão do ar através de acionamento mecânico, em geral motor elétrico ou de combustão interna. Não é propósito desta página dar informações detalhadas. Quase todos os fabricantes de compressores disponibilizam variadas informações em seus catálogos ou websites. Aqui são comentados apenas os tipos e dados genéricos dos mais comuns.

Basicamente os compressores de ar se classificam em dois grupos distintos, de forma semelhante às bombas para líquidos:

Deslocamento positivo: a compressão se dá pela redução física do volume da câmara em intervalos discretos. O clássico compressor a pistão (também chamado compressor alternativo) é o exemplo mais evidente. Os compressores denominados rotativos também são de deslocamento positivo, mas a redução de volume ocorre pelo movimento de rotação de um conjunto de peças. Os tipos mais conhecidos são os de anel líquido, de palhetas, de lóbulos e de parafusos.

Dinâmicos: a compressão se dá pela ação de um rotor ou outros meios que aceleram o ar, aumentando sua pressão total. Podem ser tipo ejetor (não muito comum) ou tipo axial ou centrífugo, similar às bombas para água.

Numa comparação grosseira, pode-se dizer que os compressores de deslocamento positivo são adequados para maiores pressões e menores vazões e os dinâmicos, para menores pressões e maiores vazões.

Algumas vezes, compressores de alta vazão e pressão relativamente baixa, como os usados em transportadores pneumáticos, são denominados sopradores.

Capacidade de compressores:

Os parâmetros básicos que definem a capacidade de um compressor são a pressão e a vazão de ar que ele pode fornecer. Para a pressão, é comum a unidade bar (= 10⁵ Pa) em termos relativos, ou seja, descontada a pressão atmosférica padrão (1,01325 bar). Para a vazão, é usual a indicação em metro cúbico normal (nm³) por hora. É uma unidade não SI, que em princípio não deveria ser usada. Mas a praxe ainda permanece. Notar que não é uma medida de volume mas sim de massa, pois é definida como a quantidade de ar que ocupa o volume de 1 metro cúbico nas condições normais (1 atm, 0ºC). Isso equivale a aproximadamente 1,293 kg de ar. Outras unidades e condições podem ser especificadas, dependendo do fabricante.

Outro parâmetro, que é conseqüência dos anteriores, é a potência do motor. É importante para o dimensionamento da ligação elétrica. Em princípio deve ser usada a unidade SI quilowatt (kW). Mas outras como CV e HP ainda podem ser vistas.

A seguir algumas considerações sobre os tipos mais usados.

Compressores alternativos:

Para pressão de saída de 7 bar, encontram-se modelos com vazões de aproximadamente 2 nm³/h até 10000 nm³/h (0,4 a 900 kW de potência do motor). Em geral, os de maior porte fazem a compressão em dois ou mais estágios, com resfriamento intermediário em trocador de calor (intercooler). Podem ter refrigeração a ar ou a água, lubrificação ou isento de óleo e outras características para atender as mais diversas necessidades. Podem ser de ação simples (apenas um lado do pistão comprime) ou de dupla ação (há compressão nos dois lados do pistão).

Compressores de parafuso:

É o tipo de compressor rotativo mais usado. Podem ser encontrados com vazões de aproximadamente 50 a 5000 nm³/h. Alguns são de dois estágios para maiores pressões. Podem ter lubrificação com óleo ou ser isentos de óleo, resfriamento a ar ou a água, etc. A instalação é mais simples pois não há vibrações como nos alternativos.

Compressores centrífugos:

Como já dito, são apropriados para altas vazões. Valores típicos na faixa de 700 a 25000 nm³/h. Em geral são de vários estágios e o ar é isento de óleo pois a lubrificação dos mancais é isolada da câmara de compressão. Normalmente são refrigerados a água.

Estimando consumo

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Uma das maiores dificuldades no planejamento de uma instalação nova é a pouca disponibilidade de informações sobre consumo de ar para os equipamentos. Vários fabricantes de máquinas que usam ar comprimido indicam apenas a pressão necessária. A tabela abaixo dá algumas estimativas (consumo em m³/min a 6 bar, FU fator de utilização em %, onde disponível).

Equipamento	Consumo	FU	Equipamento	Consumo	FU
Bico para limpeza	0,50	10	Martelo de forja 50 kg	1,8	-
Esmerilhadeira <20 mm	0,25	25	Idem 150 kg	3,9	-
Idem de 20 a 50 mm	0,75	25	Idem 250 kg	5,7	-
Idem de 50 a 100 mm	1,30	25	Idem 500 kg	9,6	-
Idem de 100 a 200 mm	1,50	25	Idem 1000 kg	16	-
Furadeira 6 mm aço	0,37	20	Motor pneumático <1 kW	1,20-1,35/kW	-
Idem 9 mm	0,45-0,60	20	Idem > 1 kW	1,00/kW	-
Idem 13 a 20 mm	0,75-0,90	20	Parafusadora	0,90	10
Idem 22 a 25 mm	1,00-1,20	20	Pistola de pintura	0,25	50
Idem 32 mm	1,30-1,75	20	Placa pneumática	0,003/oper	-
Idem 38 mm	1,50-1,60	20	Rebarbador leve	0,35-0,50	15
Idem 50 mm	1,65-1,80	20	Rebarbador médio	0,50-0,70	15
Idem 75 mm	1,80-2,40	20	Rebarbador fluxo de solda	0,75	-
Jato de areia 8 mm	3 (4 bar)	20	Rebitador	1,10-1,30	10
Idem 9 mm	4,3 (4 bar)	20	Vibrador interno Ø62 mm	1,10	-
Idem 11 mm	5,8 (4 bar)	20	Idem Ø75 mm	1,5	-
Idem 13 mm	7 (4 bar)	20	Idem Ø112 mm	2,0	-
Martelete concreto 15 kg	0,9	-	Idem Ø140 mm	2,5	-
Idem 25 kg	1,35	-	-	-	-
Idem 25 a 40 kg	1,65-2,20	-	-	-	-

Esses dados não devem ser considerados absolutos. Se disponíveis, melhor usar os valores dos fabricantes dos equipamentos. O fator de utilização (percentual do tempo que é usado) é dado bastante impreciso, podendo variar muito para cada caso. Para efeito de dimensionamento da rede e do compressor, é sempre recomendável uma margem de segurança. Alguns costumam usar o dobro do estimado, mas tal procedimento é discutível. Instalações superdimensionadas são menos eficientes.

Os dados da tabela abaixo devem ser vistos com muita cautela. São apenas exemplos para alguns tipos de indústrias e estão sujeitos a grandes variações. Em hipótese alguma devem ser tomados como base para dimensionamento e escolha do tipo de compressor.

Atividade	Uso do ar	Vazão m³/h	Compressor
Açúcar	Instrumentos e equipamentos diversos	500	-Soprador roots 2 estágios -Alternativo
Alimentos: processamento	Caldeiras, embalagens, transportadores	350-850	-Alternativo 2 estágios, sem óleo
Cimento	Instrumentos, transportadores, moinhos	3500	-Soprador roots 2 estágios -Alternativo
Construção	Demolição de concreto, rochas	170-2000	-Parafuso
Fundição pequena	Ferramentas pneumáticas, moldes, pintura, limpeza	170	-Alternativo 1 estágio -Parafuso
Forja e fundição grande	Ferramentas pneumáticas, moldes, pintura, limpeza	170-350	-Alternativo 2 estágios, sem óleo -Parafuso, sem óleo
Oficina, posto de serviço	Ferramentas pneumáticas, pintura, limpeza	50	-Alternativo refrigerado a ar
Papel	Instrumentos, caldeiras	1700	-Alternativo 2 estágios, sem óleo
Química	Instrumentos, transporte, agitadores	350-3500	-Alternativo 2 estágios, sem óleo -Parafuso 2 estágios, em óleo
Química	Instrumentos, transporte, agitadores	>3500	-Alternativo 2 estágios, sem óleo -Parafuso 2 estágios, em óleo -Centrífugo
Têxtil: fiação de pequeno porte	Máquinas de fiar e outras	170	-Alternativo 1 estágio, sem óleo
Têxtil: fiação de grande porte	Máquinas de fiar e outras	170-850	-Alternativo 2 estágios, sem óleo
Têxtil: tecelagem	Teares e outros	850-5000	-Alternativo 2 estágios, sem óleo -Parafuso 2 estágios, sem óleo
Vidro	Fornos, instrumentos	2500	-Alternativo 2 estágios, sem óleo

Qualidade do ar

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Uma instalação de ar comprimido não precisa apenas fornecer ar na pressão e vazão necessárias aos equipamentos consumidores. É preciso também assegurar a qualidade. A umidade do ar da atmosfera está presente em forma de água na rede do ar comprimido. Compressores nos quais óleo de lubrificação tem contato com o ar em compressão sempre fornecem ar com alguma contaminação por óleo, o que é de difícil remoção.

Portanto, pode-se dizer que a qualidade do ar depende do tipo de compressor e da existência de outros equipamentos para filtrar e/ou remover substâncias indesejáveis. E a qualidade pode ser classificada em quatro níveis a seguir descritos.

• Ar de respiração: hospitais, cilindros para mergulho, respiradores industriais para trabalhos de pintura, jato de areia e similares.

• Ar de processo: indústria eletrônica, de alimentos, farmacêutica.

• Ar de instrumentos: laboratórios, pinturas e revestimentos.

• Ar industrial: ferramentas pneumáticas e uso geral.

Basicamente, os teores de contaminação por poeiras, água e óleo definem o nível de qualidade. Mais informações são dadas nos tópicos relativos aos equipamentos que têm influência nesse aspecto.

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