Compressores e Sistemas Pneumáticos: Tipos e Componentes

Produção de Ar Comprimido

Um compressor é um dispositivo capaz de comprimir o ar da atmosfera até que ele atinja a pressão necessária para a instalação. O volume é obtido reduzindo ou aumentando a energia potencial do ar. Os compressores são caracterizados pela pressão e fluxo de ar que são capazes de fornecer.

Tipos de Fluxo de Ar

• Fluxo Pulsante: Gerado por compressores de êmbolo alternativo, onde o aumento da pressão do ar ocorre pela diminuição do volume da câmara, gerando um fluxo pulsante. Com este compressor, obtêm-se pressões muito altas e fluxos razoáveis, sendo os mais utilizados, mas são muito ruidosos.
• Fluxo Contínuo: É gerado continuamente.

Operação do Compressor Alternativo (Pistão)

O processo envolve:

1. O êmbolo desce e a válvula de admissão abre, enchendo o cilindro com ar à pressão atmosférica (Ponto Morto Inferior - PMI).
2. A válvula de admissão fecha.
3. O pistão sobe, comprimindo o ar (Ponto Morto Superior - PMS).
4. A válvula de saída abre e o ar comprimido é expelido.

Classificação de Compressores

Compressores de Pistão

• Compressores de Duplo Estágio: Equipados com dois pistões. O ar comprimido pelo primeiro pistão é inserido no segundo para compressão adicional. Entre os dois cilindros, há um trocador de calor para reduzir a temperatura do ar. Obtêm-se pressões muito maiores do que com compressores de estágio único.
• Problema de Contaminação por Óleo: O fundo dos compressores alternativos é banhado em óleo, o que pode causar a mistura de pequenas partículas de óleo com o ar comprimido. Para ar limpo, deve-se usar uma membrana (normalmente de borracha) para isolar o ar do contato com o pistão.
• Compressor Multicelular "ou" de Pá (Rotativo): É um compressor de pistão rotativo que produz fluxo contínuo. Consiste em um rotor com ranhuras para palhetas que estão sempre em contato com o corpo do compressor. O rotor gira descentralizado em relação ao corpo. Entre palheta e palheta, gera-se uma câmara isolada. A pressão aumenta pela redução do volume da célula. O ar entra pelo tubo de sucção e a pressão aumenta até ser conectado ao duto de saída de compressão de duas células.
• Compressor de Parafuso (Helicoidal): Possui dois eixos que se envolvem por meio de parafusos e giram simultaneamente em direções opostas. O ar é preso entre os furos dos eixos, gerando fluxo contínuo.
• Compressor Roots: Semelhante ao compressor de células, possui dois eixos (um motor e um acionado) longitudinais. A pressão aumenta pela diminuição do volume de fluxo, e a produção é contínua.

Compressores Dinâmicos

• Compressor Radial: Constituído por um eixo e lâminas que giram com ele. Devido à forma das lâminas e à alta velocidade, o ar é absorvido e expelido para o exterior pela força centrífuga. Oferece fluxo muito importante, mas pressões relativamente baixas. O aumento da pressão é alcançado pela compressão fluido-dinâmica.
• Compressão Axial: Semelhante a um ventilador tradicional. Graças à velocidade e ao formato inclinado das lâminas, aumenta a velocidade de saída do ar. Gera grandes volumes a pressões relativamente baixas, proporcionando fluxo contínuo.

Tratamento do Ar Comprimido

Baterias (Reservatórios)

São depósitos instalados na saída do compressor para armazenar o ar gerado, permitindo que o compressor pare de funcionar. Além de armazenar, as baterias desempenham funções de estabilização do fluxo, precipitação do vapor de água e dispersão de partículas.

As baterias possuem vários componentes:

• Válvula de Alívio de Pressão: Sopra ar para a atmosfera quando o gás interno atinge uma pressão definida.
• Manômetro e Termômetro.
• Válvulas de Fechamento: Usadas para isolar os tubos.
• Boca de Homem: Porta de acesso para limpeza interna.
• Dreno (Trap): Passo fundamental, manual ou automático, na parte inferior do reservatório para expelir o vapor de água condensado e impurezas arrastadas pela pressão.

Ar de Secagem e Filtragem

A água é indesejável para os componentes mecânicos de um sistema pneumático e deve ser eliminada. O ar também passa por um filtro para remover partículas arrastadas.

Existem três procedimentos para secar o ar:

1. Secagem por Adsorção: Processo físico que utiliza um depósito com um produto seco (esponja) que absorve o vapor de água. Geralmente, há dois tanques: enquanto um seca o ar, o outro é regenerado com ar quente após saturação.
2. Secagem por Absorção: Processo químico onde o ar flui através de um agente de secagem que reage com o vapor, causando condensação. Este agente é consumido e deve ser substituído (cartuchos).
3. Resfriamento e Secagem: O ar é resfriado abaixo da temperatura mais baixa possível na instalação. Se o ar esfria, a quantidade de vapor d'água dissolvido diminui, liquefazendo-se ao ultrapassar o ponto de orvalho.

Filtros

Normalmente instalados na tubulação antes do item a ser usado. Consistem em um vidro transparente superior (para inspeção) e um cartucho de bronze sinterizado onde as impurezas são captadas. O vidro deve ser limpo periodicamente para evitar obstrução do fluxo.

Lubrificação do Ar

Para prolongar a vida útil dos componentes pneumáticos, é necessária lubrificação, alcançada pela adição de uma pequena névoa de óleo no ponto de serviço mais próximo ao elemento a ser lubrificado. O óleo deve ter viscosidade muito baixa. O lubrificador possui um vidro onde o óleo é depositado. O ar comprimido passa por um estreitamento, causando uma queda de pressão que gera um sistema de sucção, fazendo o óleo subir e ser pulverizado no fluxo de ar.

Manutenção da Unidade de Condicionamento

Conjunto de elementos que condicionam o ar antes de ser fornecido ao sistema pneumático:

1. Filtro de ar.
2. Redutor de pressão: Fornece a pressão necessária para cada tomada.
3. Manômetro: Indica a pressão existente na rede (sempre maior que a pressão de trabalho).
4. Lubrificador.

A pressão de trabalho é a necessária em cada ponto da instalação e será sempre menor que a pressão da rede.

Atuadores Pneumáticos (Cilindros)

Cilindro de Simples Ação

Realiza trabalho em apenas um curso. O retorno à posição inicial é gerado por uma mola, cuja força é suficiente para colocar o êmbolo na posição inicial de curso máximo. O curso destas cilindros é geralmente de 80 mm.

Cilindro de Duplo Efeito

Não possui mola. Dispõe de dois conectores para ligar as linhas de ar comprimido, um para cada câmara de trabalho. Possui dois cursos (avanço e retorno) mais rápidos.

Cilindro Amortecido (Duplo Efeito)

Similar ao duplo efeito, mas evita o golpe final de curso. O amortecimento é realizado por um colchão de ar regulável. O objetivo é prevenir ou reduzir os choques contra a batente do pistão, que podem soltar parafusos e causar vazamento de ar.

Cilindros Tandem

São cilindros de dupla ação, mecanicamente ligados, montados um após o outro, para gerar força dupla. Normalmente são amortecidos.

Cilindros de Haste Dupla

Mantêm a mesma velocidade em ambas as direções, pois as duas câmaras têm a mesma dimensão de haste. Podem ser usados para mover máquinas em várias tabelas.

Cilindros Independentes

Dois cilindros rigidamente ligados, mas com alimentação independente. Se os cilindros e seus cursos tiverem dimensões diferentes, obtêm-se quatro alcances diferentes. São usados para mover objetos a posições fixas.

Tipos de Fluxo (Fluido)

Observando o curso de um rio, encontramos áreas onde a água flui tranquilamente, em camadas, sem redemoinhos (fluxo laminar), e áreas com pedras onde o fluxo é desordenado (fluxo turbulento).

• Fluxo Laminar: Ocorre quando o fluido flui em camadas ordenadas.
• Fluxo Turbulento: Ocorre quando há uma mudança brusca de seção, aumentando a velocidade e fazendo com que as partículas se afastem lateralmente, gerando rodas.

Quando o Número de Reynolds é inferior a 2000, temos fluxo laminar; se for maior que 2000, o fluxo é turbulento.

Energia e Fluidos Hidráulicos

Energia Hidráulica

A energia total de um sistema hidráulico é o resultado de quatro energias: potencial, pressão, cinética e térmica. As duas primeiras são chamadas de energia estática, e as outras duas, energias dinâmicas. Em sistemas hidráulicos, deve-se distinguir entre potência mecânica e hidráulica.

Fluidos Hidráulicos (Óleo)

Viscosidade: Definida como a resistência oferecida pelas moléculas do fluido para deslizar umas sobre as outras, indicando a facilidade ou dificuldade do fluxo. Se a viscosidade for muito alta, aumenta o atrito; se for muito baixa, pode aumentar o vazamento interno.

Componentes de Potência Hidráulica

Reservatórios (Armazenamento)

Geralmente têm a dupla função de armazenar e condicionar o líquido. Devem dissipar calor e separar ar e impurezas do óleo.

Fatores a considerar:

• Anteparo: Usado para separar a linha de sucção da linha de retorno.
• Localização: Deve estar localizada acima da bomba.
• Tamanho: Deve ser o dobro ou o triplo da capacidade de vazão da bomba (medido em litros por minuto). Um tanque maior tem maior capacidade de refrigeração.
• Forma: Um depósito adequado deve ser alto e estreito. O nível do óleo deve estar sempre acima da sucção da bomba.

Bombas (Princípios de Funcionamento)

São o componente mais importante do sistema hidráulico, responsáveis por fornecer o fluido. É importante não só a quantidade de líquido, mas também a força com que a bomba o entrega.

As bombas são constituídas por:

• Uma pressão de entrada baixa.
• Uma saída em alta pressão.
• Uma ou mais câmaras de bombeamento para transportar o fluido da entrada para a saída.