Automao Pneumtica

"E assim como nossa alma, que ar, nos, mantm unidos, da

mesma maneira o vento envolve todo o mundo".

Anaxmenes de Mileto (588-524 a.C.),

Compressores Definio

Compressores so mquinas destinadas a elevar a

presso de um certo volume de ar, admitido nas condies

atmosfricas, at uma determinada presso, exigida na

execuo dos trabalhos realizados pelo ar comprimido.

Princpios de Trabalho

Deslocamento Positivo ou Volumtricos Deslocamento Dinmico

Simbologia

Deslocamento Positivo

Baseia-se fundamentalmente na reduo de volume.

O ar admitido em uma cmara isolada do meio exterior,

onde seu volume gradualmente diminudo, processando-

se a compresso.

Quando uma certa presso atingida, provoca a abertura

de vlvulas de descarga, ou simplesmente o ar

empurrado para o tubo de descarga durante a contnua

diminuio do volume da cmara de compresso.

Classificam-se em alternativos e rotativos

Compressor de pisto de simples efeito

Os compressores alternativos de pisto utilizam de um

sistema biela-manivela para converter o movimento

rotativo de um eixo no movimento translacional de um

pisto ou mbolo.

Dessa maneira, a cada rotao do acionador, o pisto

efetua um percurso de ida e outro de vinda na direo do

cabeote, estabelecendo um ciclo de operao.

Figura 4: Detalhe das vlvulas e pisto

Compressor de Membrana

Compressor parecido com de pisto, mas o ar no entra

em contato com as partes mveis, pois ele separado por

uma membrana, assim o ar no contaminado com os

resduos do leo. Estes compressores so utilizados nas

indstrias alimentcias, farmacuticas e qumicas.

Compressor de Parafuso

Este compressor dotado de uma carcaa onde giram dois

rotores helicoidais em sentidos opostos. Um dos rotores

possui lbulos convexos, o outro uma depresso cncava e

so denominados, respectivamente, rotor macho e rotor

fmea.

Os rotores so sincronizados por meio de engrenagens;

entretanto existem fabricantes que fazem com que um rotor

acione o outro por contato direto.

Deslocamento dinmico

A elevao da presso obtida por meio de converso de

energia cintica em energia de presso, durante a

passagem do ar atravs do compressor.

O ar admitido colocado em contato com impulsores

(rotor laminado) dotados de alta velocidade. Este ar

acelerado, atingindo velocidades elevadas e

conseqentemente os impulsores transmitem energia

cintica ao ar.

Posteriormente, seu escoamento retardado por meio de

difusores, obrigando a uma elevao na presso.

Compressor Dinmico de Fluxo Radial

Os compressores de fluxo radial requerem altas

velocidades de trabalho, como por exemplo 334, 550, 834

at 1667 r.p.s.

So empregados quando se exigem grandes volumes de

ar comprimido. As presses influem na sua eficincia,

razo pela qual geralmente so geradores de ar

comprimido.

Compresso nesta unidade processa-se paralelamente ao

veio motor, da a designao de axial.

O caudal mnimo em jogo de tal forma elevado (900

m3/min) que dificilmente se destina produo de ar

comprimido, pelo menos, para a dimenso no nosso

parque industrial

Compressor Dinmico de Fluxo Axial

Alternativo Simples Estgio

Alternativo Duplo Estgio

Alternativo Duplo Efeito

Regulagem de capacidade

Funo: manter a presso de trabalho do compressor dentro de

uma faixa pr-estabelecida.

Tipos:

-Partida e parada automticas do motor eltrico.

- Fechamento total da admisso.

- Fechamento parcial (estrangulamento) da admisso.

- Descarga para a atmosfera.

- Realimentao do ar comprimido.

- Variao do rendimento volumtrico

- Variao da rotao do motor de acionamento.

- Alvio nas vlvulas de admisso.

- Mtodos combinados.

Partida e parada automticas do motor eltrico

Fechamento total da admisso

Fechamento parcial (estrangulamento) da admisso

Descarga para a atmosfera

Realimentao do ar comprimido

Bombas hidrulicas

Simbologia:

Bomba de Engrenagens Externas

Destinam-se ao bombeamento de substncias lquidas e

viscosas lubrificantes ou no, mas que no contenham

particulados ou corpos slidos granulados.

Os dentes podem ser retos ou helicoidais. Quando so

helicoidais, ocorre um esforo longitudinal na ao de

engrenamento, paralelamente ao eixo.

Bomba de engrenagem interna com crescente

aplicvel ao bombeamento de gua, leo minerais e

vegetais, cidos, lcool, tintas, benzeno, chocolate,

asfalto, ter etc. So fabricadas para presses at 280

kgf/cm2 e vazes de 0,07 l/s at 4 l/s. Possui uma roda

dentada exterior presa a um eixo e uma roda dentada livre

interna acionada pela externa.

Bomba de engrenagens internas Tipo Gerotor

A bomba tipo gerotor uma

bomba de engrenagem interna

com uma engrenagem motora

interna e uma engrenagem

movida externa. A engrenagem

interna tem um dente a menos do

que a engrenagem externa.

Bombas de paletas deslizantes ( sliding-vane pumps)

As de palhetas deslizantes so muito usadas para

alimentao de caldeiras. So auto-aspirantes e podem ser

empregadas tambm como bombas de vcuo. Nos comandos

hidrulicos, bombeiam leo at presses da ordem de 175

Kgf/cm2 mas em geral a presso obtida com as bombas de

palhetas varia de 7 a 20 Kgf/cm2.

Giram com rotaes entre 20 e 500 rpm, e as vazes podem

variar de 3 a 20 m3/h havendo bombas com razes at

maiores.

Bombas de palheta no estator (external vane pump)

Possuem um cilindro giratrio elptico que desloca uma

palheta que guiada por uma ranhura na carcaa da bomba.

O peso prprio da palheta, auxiliado pela ao de uma mola,

faz com que a palheta mantenha sempre contato com a

superfcie do rotor elptico, proporcionando com o

escoamento

Bombas de palhetas flexveis (flexible vane pumps)

O rotor possui ps de borracha de grande flexibilidade, que,

durante o movimento de rotao, se curvam, permitindo que

entre cada duas delas seja conduzido um volume de lquido

da boca de aspirao at a de recalque. Devem girar com

baixa rotao, e a presso que alcanam reduzida.

Bomba de Lbulos

As bombas de lbulos tm dois rotores, cada qual com

dois ou trs e at quatro lbulos (trs lbulos so mais

usadas).

As bombas de lbulos so usadas no bombeamento de

produtos qumicos, lquidos lubrificantes ou no-

lubrificantes de todas as viscosidades. So fabricadas

para presses at 10kgf/cm2, vazes at 360.000 l/h, e

temperatura de lquidos de at 200o C.

Bomba de Pisto Radial

O seu funcionamento baseado na fora centrfuga, que faz com

que os pistes sigam o contorno do anel, que excntrico em

relao ao bloco de cilindros.

O deslocamento de fluido depende do tamanho e do nmero de

pistes do conjunto, bem como do curso dos mesmos. Existem

modelos em que o deslocamento de fluido pode variar, modificando-

se o anel para aumentar ou diminuir o curso dos pistes. Existem,

ainda, controles externos para esse fim.

Bomba de Pisto Axial - Eixo inclinado

Um tambor de cilindro gira de encontro a uma placa entalhada que

conecta os pistes aos portos de entrada e sada. Neste tipo de

bomba, o bloco de cilindros unido ao eixo atravs de uma ligao

universal. A ao de bombeamento a mesma de uma bomba com

a placa alinhada ao eixo. O ngulo de inclinao em relao ao eixo

determina a vazo desta bomba, assim como o ngulo da placa guia

determina a vazo da bomba com eixo alinhado. Nas bombas de

vazo fixa, o ngulo constante.

Bomba de Pisto Axial - Disco inclinado

Neste modelo de bomba , o eixo e o bloco de cilindros esto

alinhados. O movimento alternado dos pistes causado por uma

placa guia inclinada. O eixo movimenta o bloco de cilindros, que

carrega os pistes em torno do eixo. As sapatas do pisto deslizam

de encontro placa e so fixadas a ela por uma placa da sapata. A

inclinao da placa faz com que os cilindros alternem em seus furos.

Bomba de Pisto Axial - Disco inclinado (Placa de Balano)

Esta uma variedade da bomba de pisto com placa inclinada.

Neste projeto, um tambor de cilindro no gira; uma placa balana

enquanto gira e ao balanar, empurra os pistes dentro e fora das

cmaras em um tambor de cilindros estacionrio.

Bomba de Cavidade Progressiva

A bomba de parafuso nico ou bomba helicoidal de

cmara progressiva, concebida pelo francs Moireau,

consta de um rotor que um parafuso helicoidal que gira

no interior de um estator elstico tambm com forma de

parafuso, mas com perfil de hlice dupla.

Prof. Andr Pimentel

apmoreira@ifce.edu.br

IFCE Campus Fortaleza

Ao admitir o ar, aspira tambm os seus compostos.

Adiciona a esta mistura o calor sob forma de presso e temperatura, alm de adicionar leo lubrificante.

Compressor

O vapor de gua outro dos ingredientes naturais que pode ser encontrado em quantidades variveis no ar. A quantidade de vapor de gua e o nvel de contaminao do ar desempenham um papel fundamental no processo de compresso e na qualidade do ar debitado pelo compressor.

A presena desta gua condensada nas linhas de ar,

causada pela diminuio de temperatura, ter como

conseqncias:

* Oxidao da tubulao e componentes pneumticos;

* Destruio da pelcula lubrificante existente entre as

superfcies deslizantes que esto em contato, acarretando

desgaste prematuro e reduzindo a vida til das peas,

vlvulas, cilindros e etc;

* Prejudica a fabricao de peas (equipamentos

eletrnicos);

* Arrasta partculas slidas que prejudicaro o

funcionamento dos componentes pneumticos;

Aumento do ndice de manuteno;

* Impossibilita a aplicao em equipamentos de

pulverizao;

* Provoca golpes de ariete nas superfcies adjacentes.

Portanto, da maior importncia que grande parte da

gua, bem como dos resduos de leo, seja removida do ar

para evitar reduo de manuteno de todos os

dispositivos e mquinas pneumticas.

O ar atmosfrico, matria-prima para a produo de ar

comprimido, apesar de barato e abundante, requer

tratamento antes, durante e aps a compresso, haja

vista a necessidade de remoo das impurezas contidas,

tais como poeira e umidade, bem como pelas

transformaes sofridas durante o processo,

principalmente o aumento de temperatura. Por isso o ar

submetido filtrao, resfriamento, secagem e, em

muitos processos industriais, lubrificao, para facilitar o

deslocamento de rgos mveis dos componentes

atravs dos quais passa, bem como a sua manuteno.

Equipamentos de tratamento do ar

Empregados em todos os equipamentos em que se

possa fazer a retirada de condensado, tais como

resfriadores, secadores, filtros e reservatrios, ou em

trechos longos da tubulao. Podem ser de atuao

manual ou automtica.

DRENOS:

manual automtico

O ar aquecido ao passar de um estado de baixa para um

estado de alta presso, chegando a atingir temperatura de

250 C, o que torna obrigatrio o resfriamento, sob pena de

comprometer a funo do leo lubrificante, com

conseqncias danosas para os rgos moveis do

compressor, como tambm de reduzir o rendimento

volumtrico do reservatrio de ar comprimido. So

empregados resfriadores a gua ou a ar, instalados entre os

estgios do compressor (resfriadores intermedirios) e entre

o ltimo estgio e o reservatrio (resfriador posterior.

Tambm podem se dotados de drenos (tambm chamados

purgadores).

RESFRIADOR:

TIPOS DE SECAGEM

DO AR

COMPRIMIDO

SECAGEM POR RESFRIAMENTO

O processo de secagem do ar comprimido por refrigerao consiste em submeter o ar a uma temperatura suficientemente baixa, afim de que a quantidade de gua existente seja retirada em grande parte e no prejudique o funcionamento dos equipamentos. Alm de remover a gua, provocado no compartimento de resfriamento, uma emulso com o leo lubrificante do compressor, auxiliando na remoo de certa quantidade do leo.

O mtodo utiliza em um circuito uma substncia slida ou

gasosa, com capacidade de absorver outra substncia

slida ou gasosa.

Este processo tambm chamado de secagem qumica,

onde o ar conduzido pelo interior de um volume atravs

de uma massa hidroscpica ou insolvel que absorve a

umidade do ar, processando-se uma reao qumica.

SECAGEM POR ABSORO

Gesso desidratado Cloreto de clcio Cloreto de ltio Cloreto de magnsio

Trata-se de um processo fsico que consiste em forar a

passagem do ar comprimido mido atravs de um produto

adsorvente o qual permite que as molculas de gua se

depositam por aderncia em sua superfcie sem no entanto

se misturar com elas.

Dentro de reservatrios cilndricos dispostos verticalmente

coloca-se material adsorvente como slica gel ou alumina

ativada, materiais estes porosos e granulados, que quando

saturados podem ser regenerados fazendo-se circular ar

quente em sentido contrario ao do processo de secagem.

SECAGEM POR ADSORO

O processo de

adsoro

regenerativo, a

substncia

absorvente, aps estar

saturada de umidade,

permite a liberao de

gua quando

submetida a um

aquecimento

regenerativo.

Secadores de ar

O acmulo do condensado depende amplamente da

umidade relativa do ar.

A umidade relativa do ar depende da temperatura e das

condies climticas.

A umidade absoluta a massa de vapor de gua, contida

na realidade em um (1) m3 de ar.

A quantidade de saturao a massa do vapor de gua que

um (1) m3 de ar pode absorver em determinada

temperatura.

%100__

_Re_ x

SaturaodeQuantidade

absolutaUmidadelativaUmidade

A temperatura do ponto de orvalho a temperatura na qual a

umidade relativa de 100%. Quanto mais abaixo do ponto de

orvalho, mais a gua ir condensar e reduzir a quantidade

dispersa no ar.

Exemplo:

Capacidade de suco 1000 m3/h

Presso absoluta 700 kPa (7 bar)

Volume comprimido por hora 143 m3

Temperatura de suco 293 K (20 C)

Temperatura aps a compresso 313 K (40 C)

Umidade relativa 50%

Quantidade de gua antes da

compresso:

293 K (20 C) 100% = 17,3 g/m3

Portanto 50% = 8,65 g/m3

8,65 g/ m3 1000 m3/h = 8650 g/h

Quantidade de gua depois da

compresso:

313 K (40 C) 51,1 g/m3

51,1 g/ m3 143 m3/h = 7307 g/h

Portanto, a quantidade separada de gua no

compressor :

8650 g/h 7307 g/h = 1343 g/h.

Exemplo 2:

Temperatura = 25C, umidade relativa do ar 65%. Qual a quantidade de

gua em 1m de ar ?

gH2O/m = 24 g/m 0,65 = 15,6 g/m 1m = 15,6 g

Exemplo 3:

10m de ar atmosfrico a 15C e umidade relativa 65% se comprime a

uma presso relativa de 6 bar, a temperatura sofre um incremento de

10C e chega a 25C. Qual a quantidade de gua que ser eliminada?

15C = 13,04 g/m x 10m =130,4g ; a 65% 130,4 x 0,65 = 84,9 g

6 bar:

p1 V1 = p2 V2 V2 = p1/p2 V1 = 1,013/ 7,013 10m = 1,44m

25C, pode conter at 23,76 g/m 1,44 m = 34,2 g

gH2O = 84,9 g 34,5 g = 50,6 g

Reservatrios

Um reservatrio configurado como acessrio de um

compressor.

Estabilizar o ar comprimido; A grande rea de superfcie do reservatrio resfria o ar; Acumulo de energia em forma de presso.

O tamanho do reservatrio de ar comprimido depende de:

Volume de produo do compressor Consumo de ar nas operaes realizadas Tamanho da rede (quaisquer necessidades adicionais) Tipo de regulagem de ciclo do compressor Queda de presso permissvel na rede de fornecimento

Exemplo:

Volume de produo QL = 20 m3/min

Ciclos de troca por hora z = 20 i/h

Presso diferencial p = 100 kPa (1 bar)

Filtragem de Ar

Os sistemas pneumticos so sistemas abertos: o ar, aps

ser utilizado, exaurido para a atmosfera, enquanto que a

alimentao aspira ar livre constantemente.

Este ar, por sua vez, est sujeito contaminao, umidade e

s impurezas procedentes da rede de distribuio.

O Filtro de Ar, que atua de duas formas distintas:

Pela ao da fora centrfuga. Pela passagem do ar atravs de um elemento filtrante, de bronze sinterizado ou malha de nylon.

Filtros Coalescentes

Filtros convencionais de filtragem nominal de 5 micra no

conseguem remover partculas contaminantes

submicrnicas para atender a aplicaes especiais.

O limite mnimo de remoo desses filtros de uso

convencional geralmente maior do que 2 m.

Oitenta por cento de contaminantes em suspenso

so inferiores a 2 m em tamanho.

Os filtros coalescentes so especialmente projetados para

remover partculas submicrnicas slidas, de leo e gua

do ar comprimido.

GRAU 6

So capazes de remover acima de 99,9% de todas as

partculas em suspenso na faixa de 0,3 a 0,6 m.

Alm disso, esses filtros apresentam uma eficincia de

99,98% na remoo de partculas suspensas e na

eliminao de partculas slidas maiores que 0,3 m.

Desta forma, um nvel de contaminao de 20 ppm de leo

reduzido para uma concentrao de 0,004 ppm.

(Nvel aceitvel para praticamente todas as aplicaes

pneumticas).

Regulagem de Presso

Um sistema de produo de ar comprimido atende

demanda de ar para vrios equipamentos pneumticos. Em

todos estes equipamentos est atuando a mesma presso.

Isso nem sempre possvel, pois, se estivermos atuando um

elemento pneumtico com presso maior do que realmente

necessita, estaremos consumindo mais energia que a

necessria. Por outro lado, um grande nmero de

equipamentos operando simultaneamente num determinado

intervalo de tempo faz com que a presso caia, devido ao

pico de consumo ocorrido.

Estes inconvenientes so evitados usando-se a Vlvula

Reguladora de Presso, ou simplesmente o Regulador de

Presso, que tem por funo:

- Compensar automaticamente o volume de ar requerido

pelos equipamentos pneumticos.

- Manter constante a presso de trabalho (presso

secundria), independente das flutuaes da presso na

entrada (presso primria) quando acima do valor regulado.

- Funcionar como vlvula de segurana.

Filtro/Regulador Conjugado

Economiza espao, pois oferece

filtro e regulador conjugados

para um desempenho otimizado.

Grande eficincia na remoo

de umidade.

Manmetros

So instrumentos utilizados para medir e indicar a

intensidade de presso do ar comprimido, leo, etc.

Nos circuitos pneumticos e hidrulicos, os manmetros

so utilizados para indicar o ajuste da intensidade de

presso nas vlvulas, que pode influenciar a fora, o

torque, de um conversor de energia. Existem dois tipos

principais de manmetros:

Tubo de Bourdon Schrader (tipo hidrulico)

Convm lembrar que existem dois

tipos de presso: Absoluta e

Relativa (Manomtrica).

Absoluta: a soma da presso

manomtrica com a presso

atmosfrica.

Relativa: a presso indicada

nos manmetros, isenta da

presso atmosfrica.

O ar desumidificado, ao se deslocar no interior de

vlvulas e cilindros, tende a remover a umidade neles

contida, dificultando assim a movimentao destes

componentes, o que torna necessrio a sua lubrificao.

Os lubrificadores so componentes especficos de alguns

equipamentos pneumticos e no da rede de ar como

um todo, haja vista que em aplicaes com fins

medicinais ou de manipulao de produtos alimentcios a

lubrificao no pode ser empregada pelos riscos que

causa sade.

LUBRIFICADOR:

Distribuio proporcional de

leo em uma larga faixa de

fluxo de ar.

Sistema de agulha assegura

uma distribuio de leo

repetitiva.

Permite o abastecimento do

copo com a linha pressurizada.

Parafnicos

Caracterizam-se, de modo geral, por um alto ndice de

viscosidade, alta estabilidade contra a oxidao, menor

tendncia formao de vernizes, alto ponto de fluidez e

baixa densidade.

Naftnicos

Apresentam baixo ndice de viscosidade, menor

estabilidade contra oxidao, maior tendncia formao

de vernizes, ponto de fluidez mais baixo e densidade

elevada.

Aromticos

No so adequados para fins de lubrificao.

UNIDADE DE CONDICIONAMENTO (LUBREFIL)

Aps passar por todo o processo de produo, tratamento e distribuio, o ar comprimido deve sofrer um ltimo condicionamento, antes de ser colocado para trabalhar, a fim de produzir melhores desempenhos. Filtragem, regulagem de presso e introduo de certa quantidade de leo para lubrificao das partes mecnicas dos componentes pneumticos. A utilizao desta unidade de servio indispensvel em qualquer tipo de sistema pneumtico, do mais simples ao mais complexo. Ao mesmo tempo em que permite aos componentes trabalharem em condies favorveis, prolongando sua vida til.