Pneumatica Basica Livro Modulado

Festo Didactic TaC - Treinamento e Consultoria

Peter Croser, Frank Ebel

Pneumtica

Nvel Bsico

Festo


Ordem n: 09131 Descrio: PNEUM.GS.LEHRB Designao: D.LB-TP101-1-GB Edio: 10/2002 Layout: B. Huber Gravuras: D. Schwarzenberger, T. Ocker Autor: P. Croser, F. Ebel Copyright por Festo Didactic GmbH & Co., 73770 Denkendorf 2002 So proibidas a cpia, distribuio e utilizao deste documento, bem como a comunicao de seu contedo a outros sem autorizao expressa. Os transgressores sero responsveis pelo pagamento dos danos. Todos os direitos reservados, em particular o direito de registro de patente, modelo de utilidade ou design ornamental.

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CAPTULO 1 FUNDAMENTOS DA PNEUMTICA .......................................................... 4

1.1 FUNDAMENTOS DA FSICA ................................................................................................................ 5

CAPTULO 2 DISTRIBUIO E GERAO DE AR ....................................................... 10

2.1 PREPARAO DE AR ....................................................................................................................... 11 2.3 RESERVATRIOS ............................................................................................................................ 15 2.4 SECADORES DE AR.......................................................................................................................... 17 2.6 UNIDADE DE TRATAMENTO DE AR .................................................................................................. 25

CAPTULO 3 ATUADORES E ELEMENTOS DE TRABALHO ....................................... 36

3.1 CILINDROS DE SIMPLES AO ......................................................................................................... 37 3.2 CILINDROS DE DUPLA AO ........................................................................................................... 39 3.3 CILINDROS SEM HASTE ................................................................................................................... 45 3.4 CONSTRUO DO CILINDRO ........................................................................................................... 48 3.5 CARACTERSTICAS DE DESEMPENHO DO CILINDRO ......................................................................... 51 3.6 MOTORES ....................................................................................................................................... 57 3.7 INDICADORES PTICOS ................................................................................................................... 59 38 OUTROS ELEMENTOS DE TRABALHO .............................................................................................. 60

CAPTULO 4 VLVULAS DE CONTROLE DIRECIONAL .............................................. 64

4.1 FUNCIONAMENTO ........................................................................................................................... 65 4.2 VLVULA 2/2 VIAS ......................................................................................................................... 66 4.3 VLVULA DE 3/2 VIAS .................................................................................................................... 66 4.4 VLVULA DE 4/2 VIAS .................................................................................................................... 78 4.5 VLVULA DE 4/3 VIAS .................................................................................................................... 80 4.6 VLVULA DE 5/2 VIAS .................................................................................................................... 82 4.7 VLVULA DE 5/3 VIAS .................................................................................................................... 85 4.8 VALORES DE FLUXO DAS VLVULAS .............................................................................................. 86 4.9 OPERAES CONFIVEIS DE VLVULA ........................................................................................... 87

CAPTULO 5 VLVULAS DE RETENO, FLUXO E PRESSO, COMBINAO DE VLVULAS ..................................................................................................................... 88

5.1 VLVULAS DE RETENO .............................................................................................................. 89 5.2 VLVULAS REGULADORAS DE FLUXO ............................................................................................ 96 5.3 VLVULAS DE PRESSO ............................................................................................................... 101 5.4 VLVULAS COMBINADAS ............................................................................................................ 103

CAPTULO 6 SMBOLOS E PADRES EM PNEUMTICA ......................................... 109

3.1 SMBOLOS E DESCRIO DOS COMPONENTES ............................................................................... 110 3.2 REQUISITOS DE SEGURANA PARA SISTEMAS PNEUMTICOS ........................................................ 121

CAPITULO 7 COMANDO SEQUENCIAL ...................................................................... 124

6.1 SELEO E COMPARAO DO MEIO DE TRABALHO E DE CONTROLE ............................................ 126 6.2 TEORIA DE CONTROLE ................................................................................................................. 129 6.3 DESENVOLVIMENTO DO SISTEMA DE CONTROL ........................................................................... 133

Festo Didactic TaC - Treinamento e Consulta

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Captulo 1 Fundamentos da Pneumtica

Festo Didactic TP101

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1.1 Fundamentos da fsica

O ar uma mistura de gases abundantes, com a seguinte composio:

Aproximadamente 78% do volume de Nitrognio

Aproximadamente 21% do volume de Oxignio

O ar tambm contm traos de dixido de carbono, argnio, hidrognio, non, hlio, criptnio e xennio. Para auxiliar na compreenso das leis naturais, bem como no entendimento do comportamento do ar e das dimenses fsicas que sero empregadas, os dados foram utilizados a partir do Sistema Internacional de Unidades, abreviado por SI.

Unidades Bsicas

Quantidade Smbolo Unidades

Comprimento L Metros (m) Massa M Quilograma (kg) Tempo t Segundo (s) Temperatura T Kelvin (K, 0 C = 273,15 K)

Unidades

Derivadas Quantidade Smbolo Unidades

Fora F Newton (N) = 1kg m/s

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rea A Metros quadrados (m2) Volume V Metros cbicos (m3) Fluxo qv (m

3/s) Presso p Pascal (Pa)

1 Pa = 1 N/m2 1 bar = 105 Pa

Lei de Newton: Fora = massa acelerao

F = m a

Onde a substitudo pela acelerao devido gravidade (g = 9,81 m/s2). Presso: 1 Pascal igual a presso constante em uma rea de superfcie de 1 m2, com fora vertical de 1 N (Newton).


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A presso que prevalece diretamente na superfcie da Terra conhecida como presso atmosfrica (pamb). Esta presso tambm se refere como uma presso de referncia. A faixa acima dessa presso conhecida como faixa de sobre-presso (pe > 0), a faixa abaixo conhecida como faixa de vcuo (pe < 0). O diferencial de presso atmosfrica pe calculado de acordo com a frmula:

Pe = pabs pamb Isso ilustrado pelo diagrama abaixo:

Figura 1.1 Presso do ar

A presso atmosfrica no possui um valor constante. Esse valor varia conforme a localizao geogrfica e o clima. A presso absoluta pabs o valor relativo presso Zero Vcuo. Seu valor igual soma da presso atmosfrica e a sobre-presso ou o vcuo. Na prtica, so utilizados geralmente os medidores de presso que indicam somente a sobre-presso. O valor de presso absoluta pabs de aproximadamente 100 kPA (1 bar) maior. Geralmente, em pneumtica, todos os dados que dizem respeito quantidade de ar se referem ao assim chamado estado padro. De acordo com DIN 1343, o estado padro a condio da substncia slida, lquida ou gasosa, definida pela temperatura e presso padro.

Temperatura padro: Tn = 273,15 K, tn = 0 C

Presso padro: pn = 101325 Pa = 1,01325 bar

Presso atmosfrica

flutuante


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1.1 Caractersticas do ar

Uma caracterstica do ar sua coeso mnima, isto , as foras entre as molculas, em pneumtica, geralmente devem ser desconsideradas para condies operacionais. Como todos os gases, o ar no possui uma forma particular. Sua forma se altera sem a menor resistncia, isto , ele assume a forma conforme o que est sua volta.

Figura 1.2 Lei de Boyle-

Mariotte

Lei de Boyle- Mariotte

O ar pode ser comprimido e se esfora para expandir. A relao aplicvel dada pela Lei de Boyle-Mariotte. Em temperatura constante, o volume de uma dada massa de gs inversamente proporcional presso absoluta, isto , o produto da presso absoluta e do volume constante para uma dada massa de gs.

p1 V1 = p2 V2 = p3 V3 = Constante


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O exemplo seguinte ilustra os princpios acima. O ar na presso atmosfrica comprimido por um compressor de ar para 1/7 de seu volume. Qual a presso do medidor de ar, presumindo-se um processo de temperatura constante? p1 V1 = p2 V2

p = p1 V1

Observao: V2 / V1 = 1/7 V2

p1 = pamb = 100 kPa = 1 bar

p2 = 1 7 = 700 kPa = 7 bar absoluto

Portanto: pe = pabs pamb = (700 - 100) kPa = 600 kPa = 6 bar Um compressor que produz 600 kPa deve ter um ndice de compresso de 7:1.

Exemplo de clculo

O ar se expande razo de 1/273 de seu volume a uma presso constante, na temperatura de 273 K, cada vez que a temperatura se eleva em 1 K. De acordo com a Lei de Gay-Lussac, o volume de uma dada massa de gs proporcional temperatura absoluta, desde que a presso no seja alterada.

V1 =

T1 V1 = Volume em T1, V2 = Volume em T2

V2 T2

ou

V = Constante

T

A alterao de volume V :

V = V2 - V1 = V1 T2 T1

T1

O seguinte se aplica para V2:

V2 = V1 + V = V1 + V1

(T2 T1) T1

Lei de Gay-Lussac


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As equaes acima somente se aplicam se forem utilizadas as temperaturas em K. Para podermos calcular em C, a frmula seguinte deve ser aplicada:

V2 = V1 + V1

(T2 T1) 273 C + T1

Exemplo de Clculo

0,8 m3 de ar, na temperatura de T1 = 293 K (20 C) so aquecidos para T2 = 344 K (71 C). Quanto o ar vai expandir?

V2 = 0,8m3 +

0,8m3 (344 - 293 K)

293 K

V2 = 0,8m

3 + 0,14m3 = 0,94 m3 O ar expandiu de 0,14 m3 para 0,94 m3. Se o volume for mantido constante durante o aumento de temperatura, isto resultar na seguinte frmula, para o aumento de presso:

p1 =

T1

p2 T2

ou

p = Constante

T

Equao Geral dos Gases

A equao geral dos gases uma combinao de todas as trs:

p1 V1 =

p2 V2 = Constante

T1 T2

No caso de uma dada massa de gs, o produto da presso e do volume divididos pela temperatura absoluta constante. Esta equao geral dos gases resulta nas leis mencionadas previamente, se um dos trs fatores p, V ou T for mantido constante em cada caso. Presso p constante mudanas isobricas Volume V constante mudanas isovolumtricas Temperatura T constante mudanas isotrmicas

10 Captulo B-2


Captulo 2 Distribuio e gerao de ar

Capitulo B-2


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2.1 Preparao de ar

Para o desempenho contnuo de sistemas de controle e elementos de trabalho, necessrio garantir que o fornecimento de ar esteja:

na presso necessria,

seco e

limpo

Se estas condies no forem completamente atendidas, ento uma degenerao de curto em mdio prazo do sistema ser acelerada. O efeito uma parada no maquinrio, alm dos custos aumentados com o reparo ou a substituio de peas. A gerao de ar comprimido se inicia com a compresso. O ar comprimido flui atravs de toda uma srie de componentes antes de atingir o dispositivo de consumo. O tipo de compressor e sua localizao em um grau menor ou maior afeta a quantidade de partculas de sujeira, leo e gua, as quais adentram em um sistema pneumtico. O equipamento a ser considerado na gerao e preparao de ar inclui:

Filtro de entrada

Compressor de ar

Reservatrio de ar

Secador de ar

Filtro de ar, com separador de gua

Regulador de presso

Lubrificador de ar, conforme solicitado

Pontos de drenagem

Ar comprimido mal preparado ir inevitavelmente criar mau-funcionamento e pode se manifestar no sistema como se segue:

Rpido desgaste das vedaes e partculas em movimento nos cilindros e vlvulas

Vlvulas lubrificadas

Silenciadores contaminados

Corroso nos canos, vlvulas, cilindros e outros componentes

Jato de lubrificao dos componentes que se movem.

No caso de vazamento, o ar comprimido que escapa pode prejudicar os materiais a serem processados (como por exemplo, alimentos).

Captulo B-2


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Como regra, os componentes pneumticos so denominados para uma presso operacional mxima de 800 a 1000 kPa (8-10 bar). A experincia prtica demonstrou, entretanto, que aproximadamente 600 kPa (6 bar) devem ser utilizados para uma operao econmica. Devem ser esperadas perdas de presso entre 10 e 50 kPa (0,1 e 0,5 bar) devido bloqueios, dobras, vazamentos e percurso da tubulao, dependendo do tamanho do sistema de canos e do mtodo do layout. O sistema do compressor deve fornecer pelo menos 650 a 700 kPa (6,5 a 7 bar) para um nvel de presso operacional desejado de 600 kPa (6 bar). 2.2 Compressores de ar A seleo a partir de diversos tipos de compressores disponveis depende da quantidade de ar, qualidade e limpeza, e quo seco o ar deve ser. Existem nveis variveis destes critrios dependendo do tipo de compressor.

Nvel de presso

Figura 2.1 Tipos de Compressores

Um cilindro comprime o ar aspirado atravs de uma vlvula de entrada. O ar ento transportado para uma vlvula de sada. Os compressores alternativos so muito comuns e fornecem uma ampla faixa de taxas de presses e capacidade. Para compresses multi-estgio com presses elevadas utiliza-se um resfriamento entre cada estgio da compresso.

Compressores de cilindro alternativo

Tipos de Compressores

Compressor de pisto alternativo

Compressor de pisto rotativo

Compressor de fluxo

Compressor de pisto

Compressor de diafragma

Compressor rotativo radial

Compressor rotativo axial

Compressor de deslocamento

positivo

Compressor de parafuso duplo

Compressor tipo Roots

Capitulo B-2


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A faixa ideal de presses para compressores alternativos so de aproximadamente: at 400 kPa (4 bar) Estgio simples at 1500 kPa (15 bar) Estgio duplo acima de 1500 kPa (> 15 bar) Estgio triplo ou mltiplo Tambm, possvel, mas no necessariamente econmico, operar nas seguintes faixas: at 1200 kPa (12 bar) Estgio simples at 3000 kPa (30 bar) Estgio duplo acima de 3000 kPa (> 30 bar) Estgio triplo ou mltiplo

Compressor de diafragma

O compressor de diafragma pertence ao grupo de compressores de pisto alternativo. A cmara do compressor separada do pisto por um diafragma. A vantagem disso que nenhuma tubulao de leo entra no fluxo de ar, a partir do compressor. O compressor de diafragma , portanto, utilizado onde o leo deve ser excludo do suprimento de ar, por exemplo, nas indstrias de alimentos, farmacuticas e produtos qumicos.

Compressor de pisto rotativo

Os compressores do grupo dos rotativos utilizam elementos rotativos para comprimir a aumentar a presso do ar. Durante o processo de compresso, a cmara de compresso continuamente reduzida.

Compressor de parafuso duplo

Dois eixos com rosca (rotores) giram em sentidos opostos. O perfil de malha dos dois eixos faz com que o ar flua e ento seja comprimido.

Compressor rotativo

Estes compressores so particularmente ajustveis para grandes quantidades de produo. Os compressores rotativos so concebidos nas formas axial e radial. O ar flui por meio de uma ou diversas turbinas. A energia cintica convertida em energia de presso. No caso de um compressor axial, o ar acelerado na direo axial do fluxo por meio de lminas.

Captulo B-2


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Para adaptar a quantidade produzida do compressor demanda oscilante, necessrio regular o compressor. A quantidade produzida regulada entre os limites ajustveis para a presso mxima ou mnima. Existe um nmero de tipos diferentes de regulamento:

Regulagem livre Regulagem de alvio Regulagem de desligamento Regulagem de grampo

Controle de carga parcial Ajuste de velocidade Controle de potncia de suco

Controle intermitente

Regulagem

No caso da regulagem de alvio, o compressor opera contra uma vlvula de alvio de presso. Quando o ajuste de presso atingido, a vlvula de alvio de presso se abre e o ar exaurido para a atmosfera. Uma vlvula de reteno evita que o tanque seja esvaziado. Esse tipo de regulador somente usado em instalaes muito pequenas.

Com a regulagem de desligamento o lado da suco desligado. O compressor no pode admitir ar. Este tipo de regulagem utilizado principalmente no caso de compressores de pisto rotativo.

Em compressores com pistes maiores, a regulagem de grampo utilizada. Um grampo mantm a vlvula de suco aberta; o compressor ento no pode comprimir o ar.

Regulagem livre

No caso do ajuste de velocidade, a velocidade do motor de acionamento do compressor controlada dependendo da presso atingida.

Com controle de velocidade de suco, o controle realizado por meio de um limitador na conexo de suco do compressor.

Controle de carga parcial

Com este tipo de controle, o compressor pode trabalhar na condio operacional de carga total e normal. O motor de acionamento do compressor desligado quando a pmax atingida, e ligado quando a pmin atingida.

Controle intermitente

Capitulo B-2


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Ciclo de operao

Recomenda-se que um ciclo de operaes de aproximadamente 75% seja utilizado para o compressor. Para faz-lo necessrio determinar a necessidade de ar mxima e mdia de um sistema pneumtico e selecionar o compressor em vista dessa necessidade. Se for previsto que a necessidade de ar ir aumentar como resultado de possveis expanses no sistema, ento a seo do suprimento do compressor de ar deve ser projetada maior, uma vez que a subseqente expanso est associada com altos custos.

2.3 Reservatrios

Um reservatrio configurado como acessrio de um compressor, para estabilizar o ar comprimido. Um reservatrio compensa as flutuaes de presso quando o ar comprimido est sendo retirado do sistema. Se a presso no reservatrio cair abaixo de um determinado valor, o compressor ir compensar at que o valor mais alto definido seja atingido novamente. Isso uma vantagem uma vez que o compressor no necessita operar continuamente.

A grande rea de superfcie do reservatrio resfria o ar. Dessa maneira, uma parte da umidade do ar separada diretamente no reservatrio na forma de gua, a qual deve ser drenada regularmente por meio de um dreno.

Figura 2.2 Reservatrio

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

Captulo B-2


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Volume do reservatrio

Figura 2.3 Diagrama: Determinando o volume de um reservatrio

Volume de produo qL = 20 m3/min

Ciclos de troca por hora z = 20 1/h

Presso diferencial p = 100 kPa (1 bar) Resultado: Tamanho do reservatrio VB = 15 m

3 (observe no grfico)

Exemplo

Capitulo B-2


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2.4 Secadores de ar

O condensado (gua) entra na rede de ar atravs da entrada de ar do compressor. 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. A frmula seguinte se aplica se a umidade relativa do ar estiver especificada em porcentagem:

Umidade relativa = umidade absoluta

100% quantidade de saturao

Uma vez que a quantidade de saturao depende da temperatura, a umidade relativa se altera com a temperatura, mesmo se a umidade absoluta permanecer constante. Se o ponto de orvalho for alcanado, a umidade relativa aumenta para 100%.

Ponto de orvalho

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.

A vida til de sistemas pneumticos ser consideravelmente reduzida se a umidade excessiva for transportada atravs do sistema de ar para os componentes. Portanto, importante adequar o equipamento de secagem de ar necessrio para que se reduza a umidade para um nvel adequado operao e aos componentes utilizados. Existem trs mtodos auxiliares de reduo de umidade do ar:

Secagem em baixa temperatura (Resfriamento)

Secagem por adsoro

Secagem por absoro

Presso do

ponto de orvalho

Para que seja possvel compararmos diferentes tipos de sistemas de secagem, a presso operacional do sistema deve ser levada em considerao. O termo presso do ponto de orvalho utilizado nesse contexto. A presso do ponto de orvalho a temperatura do ar atingida durante a secagem na presso operacional.

Captulo B-2


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A presso do ponto de orvalho do ar seco deve ser de aproximadamente 2 a 3 C, sob a temperatura ambiente mais baixa. O custo adicional da instalao do equipamento de secagem de ar pode ser amortizado em um curto perodo de tempo, devido reduo nos custos com manuteno, reduo no tempo ocioso e aumento na confiabilidade do sistema.

O tipo mais comum de secador utilizado atualmente o secador por refrigerao. Com a secagem refrigerada, o ar comprimido transportado atravs de um sistema de troca de calor, por onde um refrigerante flui. O objetivo reduzir a temperatura do ar para um ponto de orvalho que assegure que a gua no ar se condensar e gotejar na quantidade desejada.

O ar que entra no secador por refrigerao pr-resfriado em um trocador de calor por meio do ar frio de exausto. Este ar ento resfriado na unidade de resfriamento para temperaturas entre +2 e +5 C. O ar comprimido seco filtrado. Antes do ar comprimido sair de novo para a rede, ele aquecido para que volte novamente condio ambiente.

Utilizando-se mtodos de refrigerao, possvel atingir os pontos de orvalho entre +2 e +5 C.

Secagem em baixa temperatura

Figura 2.4 Secagem em baixa temperatura

Capitulo B-2


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Secadores por adsoro

Adsoro: a gua depositada na superfcie de slidos.

O agente de secagem um material granulado (gel), que consiste quase que inteiramente de dixido de silcio (silica-gel).

Normalmente dois tanques so utilizados. Quando o gel em um tanque estiver saturado, o fluxo de ar comutado para o segundo tanque seco e o primeiro tanque regenerado por meio de secagem de ar quente.

Os menores pontos de orvalho equivalentes (abaixo a -90 C) podem ser atingidos por meio de secagem por adsoro.

Figura 2.5 Secadores por

adsoro

Captulo B-2


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Absoro: Uma substncia slida ou lquida se une a uma substncia gasosa.

A secagem por absoro puramente um processo qumico. A secagem por absoro no de maior importncia na prtica atualmente, uma vez que os custos operacionais so muito altos e a eficincia muito baixa para a maioria das operaes.

Secadores por absoro

Figura 2.6 Secadores por absoro

O vapor de leo e partculas de leo tambm so separadas no secador por absoro. A umidade no ar comprimido forma um composto com o agente secador no tanque. Isso faz com que o agente secador se distribua; nesse momento que ele descarregado na forma de um fludo na base do tanque.

A mistura deve ser drenada regularmente e o agente de fluxo deve ser substitudo.

As caractersticas do processo de absoro so:

Instalao simples do sistema.

Baixo desgaste mecnico, devido no existncia de partes que se movem no secador.

Sem necessidade de energia externa.

Capitulo B-2


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Um filtro de poeira deve ser instalado no secador para capturar quaisquer partculas arrastadas juntamente ao agente de fluxo. Pode ser atingida presso de pontos de orvalho abaixo de 0 C.

Figura 2.7 Grfico do ponto de

orvalho

Captulo B-2


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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: O teor de gua a seguir obtido temperatura de 293 K (20 C): 100% = 17,3 g/m3 Portanto 50% = 8,65 g/m3 Resulta em 8,65 g/ m3 1000 m

3/h = 8650 g/h

Quantidade de gua depois da compresso: A quantidade de saturao a seguir obtida em 313 K (40 C): 51,1 g/m3 Resulta em 51,1 g/ m3 143 m

3/h = 7307 g/h

Portanto, a quantidade separada de gua no compressor : 8650 g/h 7307 g/h = 7343 g/h.

Exemplo de clculo

2.5 Distribuio de ar

Para assegurar confiabilidade e distribuio de ar livre de falhas, uma srie de requisitos devem ser observados. Basicamente, deve-se levar em considerao desde o clculo do tamanho correto do sistema de tubulaes, at o material das tubulaes, resistncias de fluxo, layout dos tubos e manuteno.

No caso de novas instalaes, devem ser feitas previses em todos os casos para possveis ampliaes na rede de ar comprimido. O tamanho da linha principal determinado pelas necessidades atuais deve, portanto ser aumentado para que se tenha uma margem de segurana apropriada. As vlvulas de tampa e de desligamento permitem que num momento posterior a rede seja ampliada.

Perdas ocorrem em todas as tubulaes, devido s resistncias de fluxo. As resistncias de fluxo so representadas por restries, dobras, derivaes e conexes. Essas perdas devem ser compensadas pelo compressor. A queda de presso na rede inteira deve ser a menor possvel.

Calculando o tamanho dos sistemas de tubulaes

Capitulo B-2


23

Para que seja possvel calcular a queda de presso, necessrio saber o comprimento total da tubulao. Para as conexes, derivaes e dobras, o comprimento equivalente da tubulao deve ser determinado. A escolha do dimetro interno correto tambm depende da presso operacional e da produo do compressor. Para que se faa a melhor escolha, a utilizao de um nomograma pode auxiliar.

Resistncias de fluxo

Quaisquer influncias ou alteraes na direo dentro do sistema de tubulaes significam interferncias no fluxo de ar e, dessa maneira, um aumento da resistncia do fluxo. Essa condio leva a queda de presso contnua ao longo de todo o sistema. Uma vez que as derivaes, dobras, adaptadores e conexes so necessrios em todas as redes de ar comprimido, essa queda de presso no pode ser evitada, entretanto pode ser reduzida consideravelmente montando-se a trajetria da tubulao favoravelmente, escolhendo-se os materiais adequados e encaixando-se as conexes de maneira correta.

Material das tubulaes

A escolha do material adequado para as tubulaes determinada pelas necessidades de uma moderna rede de ar comprimido:

Baixas perdas de presso

Ausncia de vazamentos

Resistncia corroso

Capacidade de ampliao do sistema

Ao selecionar um material adequado para as tubulaes, deve ser considerado no somente o preo por metro, mas tambm outro fator importante, que so os custos de instalao. Esses custos so menores quando se opta por materiais plsticos. As tubulaes de plstico podem ser adicionadas completamente seladas com a utilizao de adesivos ou conexes, e podem ser facilmente ampliadas.

Tubulaes de ao, ferro e cobre tem um preo de compra menor, entretanto precisam ser soldados ou conectadas por meio de conectores com rosca; se essa montagem no for feita corretamente, limalha, resduos, partculas de solda ou materiais seladores podem acabar sendo introduzidos no sistema. Isso pode levar a um mau funcionamento. Para pequenos e mdios dimetros, a tubulao de plstico superior a outros materiais no que diz respeito a custos, montagem, manuteno e facilidade de ampliao.

Captulo B-2


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As flutuaes de presso na rede tornam necessrio assegurar que os canos esto montados firmemente para que se evitem vazamentos nas conexes rosqueveis e soldadas.

Figura 2.8 Sistema de fornecimento de ar

Alm do clculo correto do tamanho da tubulao, e da qualidade do material dos canos, o layout correto do sistema de tubos um fator decisivo para que se determine a operao mais econmica do sistema de ar comprimido. O sistema alimentado com ar comprimido em intervalos pelo compressor. Freqentemente, o consumo dos dispositivos aumenta no s por um curto perodo de tempo. Isso pode acarretar condies desfavorveis na rede de ar comprimido. Portanto, recomenda-se que a rede de ar comprimido seja feita na forma de uma linha mestre. Uma linha mestre assegura amplamente as condies para uma presso constante.

Layout da tubulao

Figura 2.9 Circuito em anel

Capitulo B-2


25

Para que a manuteno, reparos ou ampliao da rede sejam mais fceis, sem a interferncia do suprimento de ar total, recomendvel subdividir a rede em sees individuais. As derivaes com peas em T e tubos de distribuio com acoplamento tornam isso possvel. recomendvel que se encaixem as derivaes com vlvulas de esfera padro ou vlvulas de desligamento.

Figura 2.10 Rede interconectada

Mesmo com a melhor separao de gua sendo feita no sistema gerador de presso, a presso sofre queda e um resfriamento externo pode produzir condensao no sistema de tubulao. Para descarregar a condensao, os canos devem ser inclinados 1-2%; isso tambm pode ser realizado em estgios. A condensao pode ento ser drenada do sistema por meio de separadores de gua no ponto mais baixo.

2.6 Unidade de tratamento de ar

As funes individuais da preparao do ar comprimido, isto , a filtragem, regulagem e lubrificao, podem ser feitas completamente por componentes individuais. Essas funes so normalmente combinadas em uma s unidade, isto , a unidade de tratamento de ar. As unidades de tratamento de ar so conectadas em todos os sistemas pneumticos.

Geralmente, a utilizao de um lubrificador no necessria em sistemas avanados. Estes lubrificadores somente devem ser utilizados para necessidades especficas, basicamente, na seo de energia de um sistema. O ar comprimido em uma seo de controle no deve ser lubrificado.

Captulo B-2


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A gua condensada, contaminao e o excesso de leo podem levar ao desgaste das peas que se movem e das vedaes dos componentes pneumticos. Essas substncias podem escapar como conseqncia de vazamentos. Sem a utilizao dos filtros, por exemplo, os produtos a serem processados nas indstrias de alimentos, produtos farmacuticos e produtos qumicos podem se tornar contaminados e, portanto, inteis.

Filtro de ar comprimido

Figura 2.11 Filtro de ar comprimido

A escolha do filtro correto tem uma grande importncia para que se obtenha qualidade e desempenho do sistema que deva ser alimentado com ar comprimido. Uma caracterstica dos filtros de ar comprimido seu tamanho de poro. O tamanho do poro do elemento do filtro indica o tamanho mnimo das partculas que podem ser filtradas do ar comprimido. A condensao coletada precisa ser drenada antes que o nvel exceda a marca de condensao mxima ou de outra forma essa condensao ser re-introduzida na corrente de ar.

Capitulo B-2


27

Se uma grande quantidade de condensado for acumulada,

recomendvel acoplar um dreno automtico no lugar de um dreno operado manualmente. Entretanto, em tais casos, deve-se determinar a causa dessa condensao acumulada. Por exemplo, um layout inapropriado da tubulao pode ser a causa do acmulo da condensao.

O dreno automtico utiliza um flutuador para determinar o nvel da condensao no vaso e quando o limite for atingido, um pisto de controle abre o assento da vlvula, que por sua vez expele a condensao sob presso do ar, por meio de uma linha de drenagem. Se o flutuador atingir o nvel mnimo de condensao, a vlvula de assento fechada e o processo interrompido. O vaso de filtragem tambm pode ser esvaziado manualmente.

O ar comprimido se move atravs do filtro da esquerda para a direita, e alimentado atravs de uma placa defletora no recipiente de filtragem. A placa defletora faz o ar girar, e as partculas mais pesadas e gotas de gua so giradas pela fora centrfuga contra a parede interna do filtro. Ento elas escorrem pela parede do invlucro e se alojam no filtro. O ar, que foi previamente limpo atravs desse percurso, passa ento atravs do elemento do filtro, o qual retm as partculas menores de sujeira. O elemento do filtro, neste caso, consiste de um material sinterizado altamente poroso. O grau de separao depende do tamanho do poro do elemento do filtro utilizado. Elementos com diversos tamanhos de poro esto disponveis. Os tamanhos de poro mais comuns esto entre 5 microns e 40 microns.

Uma caracterstica importante adicional dos filtros de ar comprimido o grau de separao, ou eficincia, que indica o percentual de partculas de um tamanho especfico que podem ser separadas. A eficincia est relacionada com o tamanho da partcula, por exemplo, eficincia de 99,99% para 5 microns. Com os micro-filtros, 99,999% das partculas

maiores do que 0,01 m podem ser filtradas.

A ao de filtragem de um filtro de ar comprimido interrompida, mesmo aps um longo tempo de servio e com uma alta contaminao. Entretanto, nessas condies, a queda de presso se torna desproporcionalmente alta e o filtro passa a causar desperdcio de energia.

Para identificar o tempo certo da troca do elemento do filtro, uma inspeo visual ou uma medio do diferencial de presso atravs do filtro deve ser realizada.

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Dependendo da natureza do ar comprimido disponvel, do consumo de ar dos componentes e do tamanho do filtro, os filtros de ar comprimido vo necessitar de uma quantidade maior ou menor de manuteno. A manuteno significa:

Substituio ou limpeza do elemento do filtro.

Drenagem da condensao.

Quando necessria uma limpeza, devem-se observar as especificaes do fabricante no que diz respeito aos agentes de limpeza a serem utilizados.

Manuteno

O ar comprimido gerado por um compressor ir flutuar. Alteraes nos ndices de presso no sistema de tubulao podem afetar adversamente as caractersticas de troca das vlvulas, o tempo de operao dos cilindros e as caractersticas de controle de tempo do controle de fluxo e das vlvulas de memria.

Um nvel de presso constante , dessa maneira, um pr-requisito para uma operao livre de falhas, em um controle pneumtico. Para que haja condies de presso constante, os reguladores so ajustados em uma posio central na rede de ar comprimido, para assegurar que exista um fornecimento de presso constante (presso secundria), independente das flutuaes de presso na volta principal (presso primria). O redutor de presso ou o regulador de presso colocado no filtro de ar comprimido e tem a funo de manter constante a presso operacional, apesar das flutuaes de presso ou do consumo de ar no sistema. A presso do ar deve ser adequada s necessidades individuais de cada seo da planta.

A presso do sistema, que provou na prtica ser o melhor compromisso tcnico e econmico entre a gerao de ar comprimido e a eficincia dos componentes aproximadamente:

600 kPa (6 bar) na seo de energia e

300 a 400 kPa (3 a 4 bar) na seo de controle

Uma presso operacional mais alta pode levar a utilizao ineficiente de energia e ao aumento do desgaste, enquanto uma presso operacional mais baixa pode levar a pouca eficincia, particularmente na seo de energia.

Reguladores de ar comprimido

Capitulo B-2


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Figura 2.12

Regulador de Presso: alvio

Princpio

operacional

A presso de entrada (presso primria) no regulador de presso deve sempre ser mais alta do que a presso de sada (presso secundria). A presso regulada por um diafragma. A presso de sada atua em um lado do diafragma uma mola atua no outro lado. A fora da mola pode ser ajustada por meio de um parafuso de ajuste.

Quando a presso de sada aumenta, por exemplo, durante as alteraes de carga do cilindro, o diafragma se move contra a fora da mola, fazendo com que a seo transversal de sada no assento da vlvula seja reduzida ou mesmo fechada completamente. Ento, a pea central do diafragma se abre e o ar comprimido pode fluir para a atmosfera atravs de orifcios de ventilao no invlucro.

Quando a presso de sada diminui, a fora da mola abre a vlvula. A regulagem da presso de sada pr-estabelecida , dessa forma, uma contnua abertura e fechamento do assento da vlvula, causada pelo fluxo de ar. A presso operacional indicada no medidor.

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Figura 2.13 Regulador de presso: sem alvio

Se nenhum ar for drenado no lado secundrio, a presso aumenta e pressiona o diafragma contra a mola de compresso. A seo transversal de sada no assento da vlvula reduzida ou fechada e o fluxo de ar reduzido ou interrompido por completo. O ar comprimido continuar a fluir somente quando o ar for expelido no lado secundrio.

Princpio operacional

Como regra, o ar comprimido que gerado deve ser seco, isto , livre de leo. Para alguns componentes, o ar lubrificado pode causar danos, enquanto para outros ele indispensvel. Entretanto, para os componentes de energia ele pode ser necessrio em certos casos. Portanto, a lubrificao do ar comprimido deve sempre ser limitada s sees da planta que necessitem de lubrificao. Para esta finalidade, lubrificadores de vapor so colocados para alimentar o ar comprimido com leos escolhidos especialmente. Os leos que so introduzidos no ar do compressor no so adequados para a lubrificao dos componentes do sistema de controle.

Lubrificador de ar comprimido

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Como um princpio geral, os cilindros com vedao resistente ao calor

no devem ser alimentados com ar comprimido lubrificado, uma vez que uma graxa especial que forma a lubrificao original pode ser removida.

Se os sistemas que estava sendo operados com lubrificao so convertidos em ar comprimido no lubrificado, a lubrificao original das vlvulas e dos cilindros deve ser renovada, uma vez que elas podem ter sido removidas em alguns momentos.

Figura 2.14 Lubrificador

A lubrificao do ar comprimido por meio de lubrificadores de vapor pode ser necessria em certos casos:

Onde movimentos oscilatrios extremamente rpidos so necessrios

Com cilindros de dimetro maior, os lubrificadores devem ser instalados onde for possvel somente diretamente dos cilindros consumidores.

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Os seguintes problemas podem ocorrer como um resultado de lubrificao excessiva:

Mau-funcionamento dos componentes.

Aumento nos problemas ambientais.

Danos aos componentes aps um tempo ocioso prolongado.

O ar comprimido que passa atravs do lubrificador causa uma queda de presso entre o reservatrio de leo e a parte superior do lubrificador. A diferena de presso suficiente para forar o leo para cima, atravs de um duto onde ele comea a respingar em um bocal que pode ser visto atravs de um vidro de inspeo. O leo ento atomizado e integrado corrente de ar para um maior ou menor volume.

Princpio operacional

possvel verificar a dosagem de leo, como se segue: Um valor de referncia para a dosagem de leo a quantidade de 1 a 10 gotas por metro cbico de ar comprimido. A medio correta pode ser verificada da seguinte maneira: Um pedao de papelo branco deve ser segurado a uma distncia de aproximadamente 10 cm. da via do exaustor da vlvula de energia do cilindro, que est mais longe do lubrificador. Se o sistema for colocado em operao por algum tempo, ser possvel observar somente uma plida cor amarela no papelo. Se o leo comear a respingar, um sinal claro de que houve excesso de lubrificao.

Verificando a dosagem

At uns poucos anos atrs, a viso geral era de que o leo descarregado pelo compressor poderia ser utilizado como lubrificante para os componentes de energia. Atualmente, foi reconhecido que isso no possvel. Uma vez que o nvel de calor produzido no compressor muito alto, o leo carbonizado e o vapor de leo exaurido. Isso leva a uma ao abrasiva nos cilindros e vlvulas, e o servio reduzido consideravelmente. Outro problema que o leo depositado nas paredes internas das tubulaes eventualmente absorvido de uma maneira descontrolada pelo fluxo de ar. Este fato isoladamente faz com que a distribuio controlada e efetiva seja impossvel. Um cano que tenha sido contaminado dessa maneira no pode mais ser higienizado sem ser desmontado. Outra desvantagem a formao de goma, o que significa que depois de um sistema ter ficado ocioso por algum tempo (depois de finais de semana e feriados), os componentes lubrificados no funcionam corretamente.

Removendo o leo

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A lubrificao do ar comprimido deve ser restrita unicamente aos componentes do sistema que necessitem disso. A melhor maneira de fornecer leo instalar lubrificadores diretamente dos dispositivos que consomem ar lubrificado. Os componentes com auto-lubrificao devem ser selecionados para a seo de controle de um sistema pneumtico.

Portanto, a regra bsica deve ser: Preparao de ar comprimido na forma livre de leo.

Os pontos a seguir devem ser observados na prtica diria:

Tanto quanto possvel, deve-se evitar que os leos do compressor entrem na rede de ar comprimido (separadores de leo devem ser colocados).

Para a operao, instale componentes os quais podem funcionar tambm sem ar comprimido lubrificado.

Uma vez que o sistema foi operado e funcionou com leo, a lubrificao deve ser regular, dado que a lubrificao original dos componentes ser removida devido ao leo.

Unidade de tratamento

Deve-se observar os seguintes aspectos nas unidades de tratamento:

O total de ar utilizado em m3/h determina o tamanho da unidade. Se a quantidade de ar abastecida for muito alta, pode ocorrer uma grande queda de presso nas unidades. importante observar os valores especificados pelo fabricante.

A presso de operao no deve exceder o valor estabelecido na unidade de tratamento. A temperatura ambiente no deve exceder 50 C (valores mximos para recipientes plsticos).

Figura 2.15 Unidade de tratamento: princpio de

operao

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Figura 2.16 Unidade de tratamento: smbolos

As medidas da rotina de servio a seguir so necessrias em bases normais:

Filtro de ar comprimido: O nvel de condensao deve ser verificado regularmente, uma vez que o nvel indicado no visor no deve ser ultrapassado. Se o nvel excedido, pode resultar em condensao acumulada sendo inserida nas linhas de fornecimento de ar. A condensao em excesso pode ser drenada utilizando-se um dreno no visor. O cartucho de filtragem tambm deve ser monitorado para contaminao, e limpo ou substitudo se necessrio.

Regulador de ar comprimido: Este item no requer servio, desde que seja precedido por um filtro de ar comprimido.

Lubrificador de ar comprimido:

Se instalado o lubrificador, verifique o nvel de leo no visor e aumente-o, se necessrio, para o nvel indicado. O filtro plstico e o recipiente do lubrificador no devem ser limpos com tricloretileno. Somente leos minerais devem ser utilizados para o lubrificador.

Manuteno das unidades de tratamento de ar

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