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Ar Comprimido I

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Tópicos: Introdução | Produção do Ar Comprimido | Estimativas de Consumo | Qualidade do Ar |

1) Introdução

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Ar comprimido é um insumo ou fonte de energia de utilização disseminada (exemplos: acionamentos e controles industriais, transporte pneumático, ejetores de fluidos, processos como produção de peças de vidro ou plástico, jato de areia, pinturas, ferramentas como marteletes e perfuratrizes, acionamento de freios, operações submarinas, etc). Além da falta de opção em alguns casos, há razões importantes como facilidade de distribuição, acionadores leves e compactos, segurança, etc.

A contrapartida para o uso é o alto custo. A maior parte da energia gasta na compressão do ar é perdida na forma de calor. 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.

Na História, pode-se supor que a necessidade de ar comprimido surgiu com a metalurgia de ouro, cobre e outros metais, que se estima ter começado por volta de 3000 AEC (Antes da Era Comum). Há indícios que egípcios e sumérios usavam tubos para conduzir vento até seus fornos. O fole manual foi o primeiro compressor mecânico. Depois de 1500 AEC recebeu melhoramentos como acionamento pelos pés ou por roda d'água. O primeiro cilindro compressor, movido por roda d'água, foi desenvolvido pelo engenheiro inglês John Smeaton em 1762. Em 1776, o inventor inglês John Wilkinson o aperfeiçoou, construindo um modelo primitivo dos compressores atuais.


2) Produção do Ar Comprimido

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Basicamente, 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 comum. 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 (= 100 kPa) 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. Nota-se 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 m3 nas condições normais (1 atm, 0 °C), que equivale a aproximadamente 1,293 kg de ar. Outras unidades e condições podem ser especificadas, dependendo do fabricante. Outro parâmetro, que é consequência dos anteriores, é a potência do motor. É importante para o dimensionamento da ligação elétrica. Em princípio deve ser usada a unidade SI watt (W) ou seus múltiplos. Mas outras como CV e HP ainda podem ser vistas.

Compressores alternativos

Para pressão de saída de 7 bar, encontram-se normalmente 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.


3) Estimativas de Consumo

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Uma das dificuldades do planejamento de uma instalação nova é a pouca disponibilidade de informações sobre consumo de ar. 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 por kW -
Idem 9 mm 0,45-0,60 20 Idem > 1 kW 1,00 por 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 informações dos fabricantes. O fator de utilização (percentual do tempo que é operado) é 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 em geral menos eficientes.

A próxima tabela contém dados para algumas atividades industriais. Desde que as fontes consultadas não informam os níveis de produção de cada, os valores não devem ser considerados relevantes.

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


4) Qualidade do Ar

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Além de fornecer ar na pressão e vazão necessárias, uma instalação adequada deve também assegurar a qualidade. A umidade 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 produzem 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.

Em geral, os níveis de qualidade são classificados de acordo com a utilização:

• 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.
Referências
Bouché, Ch. Leitner, A. Sans, F. Dubbel - Manual da Construção de Máquinas. São Paulo: Hemus, 1979.
Giek, Kurt. Manual de Fórmulas Técnicas. São Paulo: Hemus.
Macintyre, Archibald J. Instalações Hidráulicas. Rio: Guanabara, 1988.
Neto, José M. A. Manual de Hidráulica. São Paulo: Edgard Blücher, 1977.
Pesquisa na Internet em 12/2007 (fontes não anotadas).

Topo | Rev: Mai/2018