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Faculdades UNICEN Tecnólogo em Mecanização Agrícola Fundamentos de Hidráulica e Pneumática 1 Compressores Compressores de Ar e Acessórios O compressor de ar é o componente básico de qualquer sistema pneumático. O ar é comprimido em um sistema pneumático, de forma que possa ser usado para puxar, empurrar, realizar trabalho ou desenvolver potência. Quando o ar atmosférico entra no compressor, é comprimido pela máquina a uma pressão maior e descarregado então em um sistema de tubos. O ar comprimido pode ser usado para impulsionar motores a ar, martelos pneumáticos, ferramentas, e outros dispositivos a ar. A operação e a instalação dos compressores de ar e seus acessórios, bem como a seleção dos componentes do sistema pneumático são discutidas neste texto. TIPOS GERAIS DE COMPRESSORES Na indústria, usam-se dois tipos principais de compressores de ar. Dependendo da ação do fluido, são classificados: (1) tipo de deslocamento positivo, ou de pressão; (2) tipo de velocidade, ou dinâmico. 1 - Tipo de deslocamento positivo, ou de pressão No compressor do tipo de pressão, a ação característica é uma ação volumétrica ou de deslocamento. A pressão de fluido é desenvolvida inicialmente por uma ação de deslocamento. A construção geral dos compressores de deslocamento positivo pode ser dividida em dois grupos, segundo o movimento das peças mecânicas: (a) reciprocação; (b) rotativo. (a) Compressores de reciprocação - A bomba de bicicleta é um exemplo simples de compressor de reciprocação (figura 1). Como ilustrado pelo diagrama, esta máquina simples incluí cilindro, pistão, copo de vedação de couro, haste de pistão, cabo, e válvula de retenção. Se o pistão estiver na parte superior de seu curso, o ar atmosférico no cilindro será comprimido quando o cabo for empurrado para baixo. Quando o ar no cilindro atingir uma pressão levemente maior que a pressão na linha ligada à bomba, a válvula de retenção se abrirá e o ar será descarregado do cilindro. Quando o pistão atingir a base do cilindro, a válvula de retenção se fechará. Quando o pistão for puxado para cima novamente, para a parte superior do curso empurrado para baixo o copo de vedação de couro flexível que deixará o ar atmosférico penetrar no cilindro. Quando o pistão empurrado para baixo, o corpo de vedação atuará como uma válvula de retenção, vedando o

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Faculdades UNICEN Tecnólogo em Mecanização Agrícola Fundamentos de Hidráulica e Pneumática 1

Compressores

Compressores de Ar e Acessórios

O compressor de ar é o componente básico de qualquer sistema pneumático. O ar é comprimido

em um sistema pneumático, de forma que possa ser usado para puxar, empurrar, realizar trabalho ou

desenvolver potência. Quando o ar atmosférico entra no compressor, é comprimido pela máquina a

uma pressão maior e descarregado então em um sistema de tubos. O ar comprimido pode ser usado

para impulsionar motores a ar, martelos pneumáticos, ferramentas, e outros dispositivos a ar.

A operação e a instalação dos compressores de ar e seus acessórios, bem como a seleção dos

componentes do sistema pneumático são discutidas neste texto.

TIPOS GERAIS DE COMPRESSORES

Na indústria, usam-se dois tipos principais de compressores de ar. Dependendo da ação do fluido,

são classificados:

(1) tipo de deslocamento positivo, ou de pressão;

(2) tipo de velocidade, ou dinâmico.

1 - Tipo de deslocamento positivo, ou de pressão

No compressor do tipo de pressão, a ação característica é uma ação volumétrica ou de

deslocamento. A pressão de fluido é desenvolvida inicialmente por uma ação de deslocamento. A

construção geral dos compressores de deslocamento positivo pode ser dividida em dois grupos,

segundo o movimento das peças mecânicas:

(a) reciprocação;

(b) rotativo.

(a) Compressores de reciprocação - A bomba de bicicleta é um exemplo simples de compressor

de reciprocação (figura 1). Como ilustrado pelo diagrama, esta máquina simples incluí cilindro,

pistão, copo de vedação de couro, haste de pistão, cabo, e válvula de retenção. Se o pistão estiver na

parte superior de seu curso, o ar atmosférico no cilindro será comprimido quando o cabo for

empurrado para baixo.

Quando o ar no cilindro atingir uma pressão levemente maior que a pressão na linha ligada à

bomba, a válvula de retenção se abrirá e o ar será descarregado do cilindro. Quando o pistão atingir a

base do cilindro, a válvula de retenção se fechará.

Quando o pistão for puxado para cima novamente, para a parte superior do curso empurrado para

baixo o copo de vedação de couro flexível que deixará o ar atmosférico penetrar no cilindro. Quando

o pistão empurrado para baixo, o corpo de vedação atuará como uma válvula de retenção, vedando o

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espaço entre o cilindro e o pistão.

Figura 1. Diagrama ilustrando a construção básica de uma bomba de bicicleta, como exemplo

de um compressor de ar de reciprocação.

O movimento para cima e para baixo do pistão é um de movimento de reciprocação. Uma

bomba a vácuo é um compressor que opera com uma pressão de entrada menor que a pressão

atmosférica, e com uma pressão de descarga próxima da pressão atmosférica ou maior.

A figura 2 ilustra um compressor típico de deslocamento positivo de reciprocacão. O

virabrequim pode ser movido por um motor elétrico ou por um motor a explosão. O movimento do

virabrequim é transmitido pela haste de ligação à cruzeta, que se move para frente e para trás. A

cruzeta também é ligada a uma extremidade da haste do pistão, sendo a outra ligada ao pistão.

Assim, o pistão se move para frente e para trás no cilindro. As válvulas no cilindro controlam o

fluxo de ar através do cilindro. O ar é aquecido pelo calor do compressor. Como indicado pelo

diagrama, a água circula por meio de camisas hidráulicas que circundam o cilindro, resfriando o ar.

As camisas hidráulicas usadas em compressores são similares às encontradas nos motores de

automóveis. Como apresentado pela figura 2, o compressor apóia-se sobre uma base, e o cárter

requer óleo para a operação normal. O ar atmosférico é admitido através da válvula de sucção, e

deixa o compressor através da válvula de descarga.

Essa máquina (veja a figura 2) é chamada compressor “horizontal”, já que o pistão se move num

sentido horizontal. O termo compressor de “um só estágio” indica que o aumento de pressão ocorre

somente em um cilindro. Em um compressor de “dois estágios”, o ar passa primeiro através de um

cilindro e, depois, através de um segundo cilindro, ocorrendo uma elevação de pressão em cada Compressores

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cilindro.

Figura 2. Vista em corte de um típico compressor de ar de reciprocação em corte de um típico

compressor de ar de reciprocação.

Figura 2a. Principio de funcionamento compressor reciprocação.

Vários tipos de compressores de reciprocação estão em uso. Dois ou mais pistões podem ser

movidos pelo mesmo virabrequim, e o compressor pode ser movido por um motor elétrico, um motor

a vapor, um motor diesel, um motor de combustão interna, ou uma turbina a vapor. Uma ligação de

transmissão direta entre o eixo rotativo do compressor e o eixo rotativo da unidade motora é

freqüentemente usada; entretanto, são possíveis transmissões por correia e por polia.

Como mostra a figura 2a, na etapa de admissão o pistão se movimenta em sentido contrário ao

cabeçote, fazendo com que haja uma tendência de depressão no interior do cilindro que propicia a

abertura da válvula de sucção. 0 gás é então aspirado. Ao inverter-se o sentido de movimentação do

pistão, a válvula de sucção se fecha e o gás é comprimido até que a pressão interna do cilindro seja

suficiente para promover a abertura da válvula de descarga. Isso caracteriza a etapa de compressão.

Compressores

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Quando a válvula de descarga se abre, a movimentação do pistão faz com que o gás seja expulso do

interior do cilindro. Essa situação corresponde à etapa de descarga e dura até que o pistão encerre o

seu movimento no sentido do cabeçote. Ocorre, porém, que nem todo o gás anteriormente

comprimido é expulso do cilindro. A existência de um espaço morto ou volume morto,

compreendido entre o cabeçote e o pistão no ponto final do deslocamento desse, faz com que a

pressão no interior do cilindro não caia instantaneamente quando se inicia o curso de retorno. Nesse

momento, a válvula de descarga se fecha, mas a de admissão só se abrirá quando a pressão interna

cair o suficiente para que a válvula de admissão possa abrir. Essa etapa, em que as duas válvulas

estão bloqueadas e o pistão se movimenta em sentido inverso ao do cabeçote, se denomina etapa de

expansão, e precede a etapa de admissão de um novo ciclo.

Compressor rotativo - O compressor do tipo de lâmina deslizante (figura 3) é uma máquina do

tipo de deslocamento positivo rotativo. O elemento rotativo, com suas lâminas deslizantes, é

descentralizado com relação ao invólucro ou estojo. Quando o ar entra, fica preso entre as lâminas

(que se apóiam no interior do invólucro), sendo levado então para o orifício de descarga.

Quando o tambor gira, as palhetas deslocam-se radialmente sob a ação da força centrífuga e se

mantêm em contato com o invólucro (carcaça). O gás penetra pela abertura de sucção (entrada) e

ocupa os espaços definidos entre as palhetas e a carcaça. Novamente observando a figura 3, podemos

notar que, devido à excentricidade do rotor e às posições das aberturas de sucção e descarga, os

Figura 3. Vista em corte de um compressor de ar rotativo de laminas deslizantes e o sistema de

montagem das laminas deslizantes (palhetas).

espaços constituídos entre as palhetas e a carcaça vão se reduzindo de modo a provocar a compressão

progressiva do gás. A variação do volume contido entre duas palhetas vizinhas, desde o fim da

admissão até o início da descarga, define, em função da natureza do gás e das trocas térmicas, uma

relação de compressão interna fixa para a máquina. Assim, a pressão do gás no momento em que é

aberta a comunicação com a descarga poderá ser diferente da pressão reinante nessa região. O

equilíbrio é, no entanto, quase instantaneamente atingido e o gás descarregado no sistema de

Compressores

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distribuição.

Outro tipo de compressor rotativo usa lóbulos que quer dizer extremidades arredondadas, em vez

de lâminas, do mesmo modo (figura 4). Os dois lóbulos são montados em eixos paralelos, e giram em

sentido oposto. O ar é puxado para os espaços entre os lóbulos e o invólucro, e levado do orifício de

entrada para o de saída. Engrenagens reguladoras, localizadas em um dos extremos de cada eixo

paralelo, mantém a relação adequada entre os lóbulos.

Figura 4. Ilustração de um compressor de ar rotativo de lóbulos.

Tipo de velocidade, ou dinâmico.

No compressor do tipo de velocidade, ou dinâmico, a ação entre o ar uma peça mecânica envolve

uma variação apreciável na velocidade do fluido. O compressor centrífugo (figura 5) e o compressor

de fluxo axial (figura 6) são exemplos de compressores do tipo dinâmico .

No compressor centrífugo (veja figura 5), existem quatro impulsores; essa máquina é chamada de

compressor de quatro estágios. Cada impulsor é um elemento circular, ou jito, com aletas. Em cada

impulsor, ou estágio, a pressão é intensificada ou aumentada de uma dada quantidade. O aumento

total de pressão do ar é o resultado dos aumentos de pressão nos quatro estágios separados. A alta

velocidade do ar de um impulso é reduzida quando a pressão do ar aumenta.

Na operação real, o ar entra no impulsor de primeiro estágio próximo ao eixo, é jogado para fora, e

deixa o diâmetro extremo do impulsor em alta velocidade. O ar que deixa a primeiro impulsor entra

então no segundo, e a ação é repetida, se intensificando a pressão em cada estágio.

Compressores

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Figura 5. Vista em corte de um compressor de ar centrífugo.

Figura 5a. Fluxo de ar em um compressor centrífugo.

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Figura 5b. Corte de um compressor centrífugo.

No compressor de fluxo axial (veja figura 6), o componente básico é um elemento rotativo com

aletas. Entre cada fileira de aletas rotativas, estão presas à camisa (carcaça) aletas de deflexão

estacionárias. O movimento geral do ar é paralelo ao eixo, o que explica o termo compressor de

“fluxo axial”, ou seja, o ar é expelido pelas aletas ao longo do eixo do compressor, a medida que se

desloca da entrada (sucção) para a saída, há uma diminuição na área entre as aletas o que ocasiona o

aumento de pressão.

Figura 6. Ilustração de um compressor de ar de fluido axial.

Compressores

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Compressores

Os compressores de maior uso na indústria são os alternativos, os de palhetas, os de parafusos, os

de lóbulos, os centrífugos e os axiais. Num quadro geral, essas espécies podem ser assim

classificadas, de acordo com o principio conceptivo.

Tabela 1 – Classificação dos compressores de ar.

Alternativos

Volumétricos Palhetas

Rotativos Parafusos

Compressores Lóbulos (Roots)

Centrífugos

Dinâmicos

Axiais

Eficiência de compressores de ar

Podemos dizer que um compressor eficiente é aquele que desloca maior quantidade de ar,

aquecendo o mínimo possível e com menor esforço. Resumindo, é aquele que possui melhor

eficiência volumétrica e adiabática (ou térmica).

Eficiência Volumétrica: Indica o quanto de ar que o compressor consegue comprimir e quanto é

perdido através de vazamentos. Por exemplo, se um compressor tem capacidade de 10 litros de ar de

deslocamento, mas apenas 7,2 litros são deslocados, sua eficiência é de 72%. Um compressor com

45% de eficiência deverá ter o dobro do tamanho, para deslocar o dobro de ar e se comparar ao

mesmo volume deslocado por um outro compressor de 90% de eficiência.

Eficiência Adiabática: Indica a quantidade de energia que o compressor perde em forma de calor

para produzir potência. Um compressor com 100% de eficiência adiabática irá utilizar toda a energia

necessária para comprimir o ar, sem aquecer o conjunto ou o próprio ar.

Portanto, um compressor eficiente deve ter alta eficiência volumétrica para minimizar o seu

tamanho e alta eficiência adiabática para maximizar a quantidade de ar comprimido pela unidade.

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Compressores

LOCALIZAQAO E INSTALAÇÃO DO COMPRESSOR Antes de se instalar um compressor, devem ser considerados diversos fatores. Consideráveis

inconveniências e gastos extras de manutenção podem ser evitados se for planejando cuidadosamente

a localização e instalação do compressor, bem como, o planejamento da distribuição da tubulação de

distribuição ao longo da linha de trabalho.

Localização

O compressor deve ser localizado em área acessível, mas numa área que possa ser vedada a

pessoas que não estejam vinculadas à operação e manutenção do compressor. As portas da sala em

que fica o compressor devem ser grandes o bastante para que qualquer peça do mesmo seja

transportada sem prejudicar qualquer trecho do invólucro. A área que abriga o compressor deve ser

limpa e bem iluminada. Deve também ser bem ventilada, caso não haja impurezas em excesso na

atmosfera. Quando os compressores são localizados em lugares como elevadores de grãos e moinhos

de cereais, devem ser protegidos contra corpos estranhos.

No caso de se necessitar de vários compressores, é mais vantajoso situa-1os em uma única área, já

que este tipo de localização é mais conveniente à operação e manutenção.

Instalação

O alicerce ou fundação de um compressor deve ser sólido. Muitos compressores pesam mais de uma

tonelada, e o peso normalmente é muito concentrado. A ação de vibração dos compressores de

reciprocação deve ser absorvida pelo alicerce. Freqüentemente, os fabricantes de compressores

fornecem desenhos que mostram as dimensões adequadas e as características da área da base de um

bom subsolo para alicerce.

Os alicerces feitos de concreto são positivamente preferíveis aos feitos de outros materiais. O alicerce

deve ser construído com urna mistura de concreto com relação 1:2:5, o que significa uma parte de

cimento Portland, duas de areia e cinco de brita. Outra mistura recomendada é uma parte de cimento

Portland para quatro partes de cascalho lavado limpo. No comprimento e na largura do alicerce

devem ser colocados tirantes de aço reforçado para aumentar sua resistência. A areia e o cimento

devem ser completamente misturados antes de se adicionar a brita. Deve ser adicionada somente a

água necessária para urna mistura plástica consistente. O alicerce deve ser curado por no mínimo

urna semana antes que o compressor seja instalado, e o concreto deve ser mantido úmido durante esse

período.

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Compressores

As cavilhas do alicerce devem ser colocadas antes de se derramar o concreto. Quando as formas para

o alicerce forem feitas, pode ser feito um gabarito para manter as cavilhas de alicerce em posição. O

espaçamento correto dessas cavilhas pode ser obtido pelas plantas da máquina, ou podem ser

medidos diretamente no leito do compressor. O gabarito pode ser feito de tabuas, e as cavilhas de

alicerce podem ser colocadas nestas, o que ajuda a localizar as cavilhas quando o concreto é 1ançado.

As cavilhas de alicerce não devem se fundir solidamente ao concreto. Uma luva de aço, consistindo

de cerca de 3 a 4 polegadas de tubo, pode ser colocada em torno de cada cavilha. As luvas de aço

permanecem no alicerce, e deve se colocar uma estopa ou u material similar em cada luva antes de se

lançar o concreto. A estopa pode ser removida após a cura do concreto.

O alicerce deve ser colocado bem abaixo do nível de penetração geada, pode ser necessário uma

profundidade de três ou mais pés.Um sólido alicerce as vezes necessita de um coxim e pilares em

lugares em que acha umidade acentuada ou um subsolo pobre. Se o coxim e o alicerce não forem

lançados ao esmo tempo, deverão ser instalados tirantes de ligação verticais para unir um ao outro.

Após o endurecimento do concreto.os gabaritos de cavilhas devem ser removidos, e a máquina

preparada para a montagem de compressor. Podem ser utilizados temporariamente, calços para

suportar o leito da máquina acima do alicerce. Em torno do alicerce deve ser construída uma caixa de

madeira ou de argila.

A argamassa deve ser preparada com uma mistura contendo parte de cimento Protland para duas

partes de areia grossa limpa, e misturadas totalmente com água uma consistência que possa ser

lançada e trabalhada abaixo do leito da máquina. Logo que a argamassa tenha curado

suficientemente, a caixa e os calços deveram ser removidos. Os buracos deveram ser preenchidos e a

argamassa rasada, Após a cura completa da argamassa, as porcas da cavilhas de alicerce devem ser

apertadas. O compressor não deve ser acionado antes que o alicerce esteja defineitvamente e

firmemente assentado

Tomada de ar – A tomada de ar para o compressor e um componente importante. Sepossível o ar

deve ser trazido do exterior do edifício. A abertura de entrada deve ser localizada numa distância

suficientemente acima do nível do solo, para evitar o entupimento da tomada por folhas, entulhos, ou

papel usado. Recomenda se uma distância de 8 a 10 pés acima d nível do solo, e a abertura da tomada

deve estar localizada em um ponto fresco, à sombra, se possível. Uma vez que a umidade é

extremamente prejudicial ao sistema pneumático, a abertura da tomada não deve etsar próxiama fonte

de umidade.

Se a abertura da tomada d computador estiver localizada num local em que as fabricas desprendem

uma considerável impureza para o ar, como vapores químicos, pó de farinhas, fumaça, e partículas de

areia ou escória, será extremamente indispensável um filtro para a abertura da tomada. O filtro deve

reter as impurezas, e deve ser equipado com abas para o abrigo de chuva.

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Deve se tomar precauções para impedir a entrada de impurezas nos tubos de entrada de ar para o

compressor. Se forem aspiradas impurezas para o compressor, estas terrão efeito prejudicial sobre as

válvulas, pistões e paredes do cilindro do compressor, e passarão também através dos tubos de ar

comprimido, causando danos por todo o sistema.

Os tubos de tomada de ar devem ser feitos de materiais de longa duração (figura 7). Se forem

usados canos, estes devem estar livres de incrustações e ferrugem. A tomada de ar pode ser feita de

concreto lançado. Caso seja usado concreto, deve ser passado uma solução na superfície deste para

evitar a pulverização, que poderia causar danos ao compressor.

Figura 7. Diagrama apresentando a tomada de ar para um compressor de ar.

A junta entre o ducto de tomada de ar e o compressor não deve permitir o escapamento de ar isso

evita a captação de poeira que algumas vezes acumula se no chão.

É aconselhável também que os ductos de tomada sejam suficientemente grandes. Uma

recomendação é a de que o diâmetro do ducto de tornada deve exceder o diâmetro da abertura de

entrada do compressor de uma polegada para cada 10 pés de comprimento.

Pós-esfriador - Um sistema que possua somente um receptor pode ter problemas com umidade

nos tubos de distribuição além do receptor (figura 8). Um método satisfatório para evitar dificuldades

com a umidade é remover esta imediatamente após a compressão.

Compressores

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Figura 8. Diagrama ilustrando um arranjo de compressor e receptor de ar.

Figura 9. Diagrama ilustrando a função de um pós-esfriador em um sistema.

A figura 9 ilustra um arranjo de compressor, pós-esfriador, separador de água e receptor. No

diagrama uma camisa hidráulica refrigerante envolve o de tubo de ar, em torno do tubo flui água

refrigerada, para resfriar o ar comprimido a uma temperatura próxima à da entrada. Assim a umidade

no ar comprimido condensada, é removida então pelo separador de água.

Atualmente, diversos tipos de pós-resfriadores estão em uso. São construídos normalmente de

chapas de aço, contendo um grupo de tubos. Esse tipo de pós-resfriador é ilustrado na figura 10. A

figura 11 apresenta o diagrama de um compressor com um pós-resfriador e um receptor.

O pós-resfriador deve ser instalado interiormente, para evitar congelamento. Normalmente, se usa

água para o resfriamento. O pós-refriador deve ser colocado próximo ao compressor, e antes do

receptor, pois a água que passa pelo separador pode cair no receptor.

Compressores

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Figura 10.Corte de um pós-esfriador.

Figura 11. Diagrama ilustrando um arranjo típico de compressor, pós-esfriador e

receptor.

Após a instalação do compressor é importante ligar um sistema de distribuição adequado da

abertura de descarga do compressor para as máquinas-ferramenta ou cilindros onde o trabalho deve

ser realizado.

Receptores de ar - Na figura 8, a compressor de ar é movido por um motor elétrico ou à explosão.

O ar atmosférico entra no compressor, e sai deste então no ponto A a alta pressão. Os compressores

de reciprocação distribuem um fluxo pulsante, o fluxo de ar de uma bomba de bicicleta pulsa.

Quando essas pulsações ocorrem somente em um trecho da tubulação, podem formar-se ondas de

pressão, uma ação similar à maneira na qual ondas de pressão sonoras são criadas nos tubos de um

órgão. As pulsações podem danificar o sistema de ar comprimido, e podem ser bastante ruidosas,

perturbando operários próximos. Além disso, a demanda de ar comprimido pode variar amplamente,

às vezes, de nenhuma a uma demanda muito alta.

Se um compressor de ar distribuir 100 pés cúbicos de ar por minuto, por exemplo, e uma máquina-

ferramenta demandar temporariamente 120 pés cúbicos de ar por minuto para a operação adequada, o

compressor de ar não será capaz de satisfazer a demanda temporária de ar. É necessário, portanto, um

“receptor de ar” ou tanque de armazenamento para o ar comprimido. Na figura 8, a receptor de ar é

colocado na tubulação de descarga do compressor de ar. O receptor de ar amortece as pulsações

criadas pela descarga intermitente de ar pelo compressor, e proporciona uma capacidade de ar de

Compressores

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Compressores

reserva para operações de máquinas-ferramenta.

O receptor de ar ou tanque de armazenamento deve ser colocado, se possível, próximo do

compressor. Normalmente, o compressor é montado diretamente acima do tanque de armazenamento

em unidades compressoras usadas para fornecer ar para pneus de automóveis em postos de serviço.

Reduzindo-se a trecho de encanamento entre o compressor e o receptor, diminui-se as flutuações de

pressão no fornecimento de ar no ponta de uso.

Um recipiente de armazenagem relativamente grande para ar comprimido apresenta um problema de

segurança. Há risco no uso de receptores de ar inadequadamente construídos. Nos Estados Unidos, a

A.S.M.E., Sociedade Americana de Engenheiros Mecânicos, estabeleceu um código e padrões para a

construção aceitável e aprovada de recipientes de pressão usados para receptores de ar. Muitos locais

baixaram leis que seguem a código da A.S.M.E., para garantir a construção segura desses recipientes.

Só se deve instalar um receptor de ar ou tanque de armazenamento quando este é aprovado.

A maioria das instalações de ar comprimido é envolvida a ar comprimido usado

intermitentemente; períodos de pico usam causam uma maior demanda que o compressor pode

atender. O tamanho do receptor determina as demandas de pico que podem ser satisfeitas. Um

receptor sub-dimensionado limita o fornecimento de ar; não pode haver risco no uso de um receptor

super-dimensionado. Os grandes receptores, em geral, melhoram a operação de todo o sistema.

A maioria dos receptores de ar conta com válvulas de segurança. A válvula é ajustada a urna

pressão máxima de segurança. Se a pressão de armazenamento começar a exceder a pressão máxima

de segurança, a válvula de segurança abrirá e aliviará a pressão excessiva. A A.S.M.E estabeleceu um

código para a classificação das válvulas de segurança, e muitos estados incorporaram o código em

suas leis que regem a operação segura de receptores de ar. Os receptores são fornecidos também com

manômetros, aberturas de acesso e suportes para montagem vertical.

Umidade - Várias experiências podem provar que o ar atmosférico normal não é completamente

seco. O ar atmosférico contém certa quantidade de umidade. A umidade esta na forma de vapor de

água transparente e invisível. Quando o ar atmosférico é resfriado ao chamado “ponto de orvalho”, o

vapor ee água no ar é condensado a um líquido perceptível ou gotas de água.

O ar atmosférico que entra em um compressor normalmente contém algum vapor de água. O ar é

comprimido então, contendo ainda vapor de água. Após deixar o compressor, o ar comprimido que

contém vapor d’água pode sofrer várias mudanças. A pressão poderá cair quando o ar passar por uma

máquina-ferramenta, válvula ou outro componente, e a temperatura também poderá cair. Assim, o

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vapor d’água pode ser condensado. Em alguns casos, em ferramentas pneumáticas, por exemplo, a

temperatura pode cair o bastante para a umidade congelar.

A presença de água ou umidade em um sistema pneumático é inconveniente. A água condensada

move-se ao longo dos tubos para as máquinas-ferramenta, válvulas, e outros componentes. O óleo

lubrificante poderá ser lavado, e a falta de lubrificação adequada poderá ocasionar desgaste

excessivo, o que pode resultar em um dispendioso trabalho de manutenção. A umidade congelada

pode interferir na operação adequada de várias ferramentas e componentes;o gelo pode obstruir as

pequenas aberturas de válvulas e outras passagens.

O líquido ou gotas de água nos tubos podem também causar outros inconvenientes. Gotas de água

podem acumular-se em pontos baixos numa linha sob condições particulares de fluxo. As gotas de

água podem fazer a linha ficar quente em um dado instante e frio em outro. Durante certas condições

de fluxo, as gotas de água ricocheteiam no interior dos tubos de distribuição, resultando em um efeito

de “martelo de água”, que pode danificar o tubo e os encaixes, além da criação de uma perturbação

ruidosa. A operação intermitente de uma linha de pressão, juntamente com mudanças de temperatura,

podem causar expansão (aquecimento) e contração (resfriamento) suficientes para as juntas vazarem.

A umidade um problema real. Não é prático eliminar o vapor de água antes de o ar ser

comprimido. Assim, as etapas devem ser cumpridas, para evitar inconvenientes em razão da

condensação.

O diagrama da Figura 8 apresenta um arranjo típico de compressor. A umidade freqüentemente

condensa-se no receptor. É necessário, portanto, dreno e válvulas adequados na base do receptor, para

remover a água líquida que coletar.

Figura 12.Ilustração da colocação de um tanque de pulso no lado de descarga do compressor.

Figura 13. Diagrama ilustrando uma localização incorreta para a válvula de parada.

Compressores

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Tubulação de descarga de ar - O tamanho do ducto na descarga do compressor deve ser menor

que o tamanho do ducto na saída do compressor. O ducto de descarga que conduz ao receptor deve

ser tão pequeno e reto quanto possível, para evitar pulsos de pressão. Os pulsos de pressão ocorrem

com freqüência quando se usam tubos longos. Se surgirem pulsos de pressão, estes poderão ser

reduzidos às vezes instalando-se um tanque ou tambor próximo à descarga do compressor, como

ilustrado pela figura 12. O tanque ou tambor de pulso atua como uma almofada para evitar a

transmissão de pulso de pressão ao longo dos tubos.

Válvulas de segurança - Uma válvula de segurança no receptor de ar protege o sistema de

distribuição de ar. Deve-se tomar cuidado para evitar qualquer interferência na ação adequada da

válvula de segurança.

A figura 13 mostra uma válvula de parada localizada incorretamente. A válvula de parada

colocada entre o compressor de ar e a válvula de segurança. A ação adequada da válvula de

segurança pode ser bloqueada pela válvula de parada. Se a válvula de parada for fechada enquanto o

compressor estiver funcionando, o compressor poderá criar uma pressão perigosamente alta, e a

válvula de segurança não poderá proporcionar qualquer proteção ao sitema; isto é, não poderá agir

adequadamente, pois a pressão do ar na descarga do compressor não poderá atingir a válvula de

segurança onde poderia ser descarregada corretamente.

Figura 14. Diagrama ilustrando o posicionamento correto de uma válvula de de parada para

operação em segurança.

A figura 14 mostra um local adequado para a válvula de segurança. Neste caso, se a válvula de

parada estiver fechada e o compressor estiver funcionando, a válvula de segurança poderá aliviar a

pressão se esta tornar-se perigosamente alta. A figura 15 também mostra um local adequado para a

válvula de segurança.

Compressores

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Figura 14. Diagrama ilustrando outra maneira correta de montagem da válvula de segurança e

de parada

OPERAÇÃO DOS COMPRESSORES

Na maioria dos casos, as recomendações dos fabricantes devem ser seguidas na operação do

compressor, assim como em sua instalação. Outros passos, entretanto, podem ser efetuados para

proporcionar uma operação mais segura, econômica e eficiente do equipamento.

Resfriamento de água

Para a operação adequada, é importante que um fornecimento adequado de água refrigerante seja

levado ao pós-esfriadores e as camisas hidráulicas do compressor. A água refrigerante deve ser ligada

antes de o compressor ser acionado. É bem conhecida a importância da água refrigerante no sistema

resfriador do motor de automóvel. A água refrigerante tem importância similar numa unidade de

compressão.

Lubrificação

A 1ubrificação adequada é essencial à operação adequada do motor de um automóvel. Da mesma

forma, a 1ubrificação adequada importante para na operação de um compressor de ar. Cada

compressor de ar requer um sistema de 1ubrificação. O fabricante do compressor fornece instruções

para a instalação, operação e cuidados com o compressor. Nessas instruções, são feitas

recomendações quanto à lubrificação, e tais recomendações daevem ser seguidas. Os lubrificantes

devem ser adquiridos dos de revendedores que garantam este corno satisfatório ao serviço desejado.

É importante usar óleo limpo de boa qualidade. Um compressor pode exigir diferentes tipos de

óleo, como um tipo para o cárter e mancais e outro para o cilindro do compressor.

Compressores

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Compressores

Acionamento de um novo compressor

Antes de acionar um compressor novo recém-instalado, deve ser verificado um certo número de

itens. Os manuais de instruções do fabricante devem ser sempre consultados antes de tentar acionar o

novo compressor. As recomendações do fabricante devem ser seguidas.

A tomada de ar do compressor deve ser examinada para certificar-se de que todas as peças estão

no lugar. A tornada de ar deve ser limpa de qualquer corpo estranho, como pó e partículas de

ferrugem. Não se deve usar estopa de algodão na limpeza, para evitar que suas partículas penetrem

junto com o ar que entra.

O cárter deve ser cuidadosamente limpo e enchido até o nível recomendado com o tipo adequado

de óleo. Todos os mancais, pontos de lubrificação e reservatórios devem ser cheios com o tipo de

óleo adequado. Urna verificação deve ser feita para certificar-se de que a lubrificação do cilindro

começará tão logo a máquina seja acionada. Isto pode ser feito primeiro desligando-se

temporariamente a tubulação de óleo no ponto de lubrificação do cilindro, operando o lubrificador até

que o óleo seja lançado para fora, e religando então a tubulação de óleo.

O compressor deve ser girado várias vezes manualmente para certificar-se de que todas as peças

de operação estão livres. A água refrigerante deve ser ligada e examinada para certificar-se de que a

circulação é adequada.

A máquina deve ser operada primeiro sem qualquer carga de ar no lado de descarga, e a potência

motora deve ser aplicada somente em pequenos intervalos. Devem ser feitos exames para verificar se:

(1) não há peças frouxas;

(2) há lubrificação está adequada;

(3) os mancais não estão’ superaquecendo-se;

(4) há água refrigerante adequada; e

(5) os vários ajustes, como das vedações pistão-haste, estão corretos. Após um cuidadoso período

de interrupção, as operações normais podem ser iniciadas.

INSTALAÇÕES DE AR COMPRIMIDO

O propósito principal de uma instalação de ar comprimido é fornecer ar comprimido (sobre

pressão) na pressão adequada e na quantidade justa para o funcionamento eficiente de máquinas-

ferramenta e outras máquinas pneumáticas. Deve-se tomar cuidado no planejamento e seleção de

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Compressores

componentes para a instalação de ar comprimido, obtendo assim todos os benefícios do ar

comprimido e evitando dificuldades na operação dos componentes e de todo o sistema. Compressores de ar portáteis

Um componente de ar portátil é uma instalação de ar comprimido autônoma montada em um

chassi para pronto funcionamento. A instalação inclui um compressor de ar, um controle de

resfriamento, outros componentes de comando, um sistema de 1ubrificação, um sistema regulador de

pressão e um sistema de partida. Embora os compressores de ar portáteis sejam usados com mais

freqüência em serviços de construção, podem ser muito úteis em aplicações internas da instalação,

onde a portabilidade é importante.

Compressores tipo unidade

Um compressor de ar tipo unidade é normalmente construído com todos os componentes necessários

para colocar a máquina em operação. A potência do compressor normalmente é de 20 HP, ou menor.

O compressor, motor e acessórios são montados em uma base, que, por sua vez, é montada sobre um

tanque de armazenagem ou receptor de ar. A maioria dos compressores desse tipo é refrigerada a ar.

Os compressores tipo unidade são comumente encontrados em postos de serviço, garagens, oficinas

de pintura, oficinas de máquinas pequenas, e instalações similares.

Reguladores ou controles do compressor

Normalmente, o ar comprimido é necessário em quantidades variáveis; um regulador ou controlador

de pressão no compressor pode ser concebido para variar a distribuição de ar do compressor, para

satisfazer a demanda. Um sistema de controle pode ser acionado por um dispositivo ou piloto

sensível à pressão. Se a pressão do ar tomar-se muito alta, o piloto agirá, para reduzir ou interromper

a distribuição do ar. Se a pressão do ar tornar-se muito baixa, o piloto agirá, para restaurar ou

aumentar ou aumentar a pressão.

Vários tipos de dispositivos reguladores podem ser usados para controlar a distribuição de ar. Em um

tipo de sistema regulador, as válvulas de entrada do compressor são mantidas abertas mecanicamente

durante os cursos de sucção e compressão; assim, não há compressão de ar no cilindro. Em outro tipo

de sistema, uma válvula é utilizada para fechar o ducto de tomada completamente; isso evita que o ar

entre no compressor. Em um outro sistema (como nos sistemas movidos por motores a vapor, diesel e

gasolina), a velocidade do compressor é variada, de acordo com as variações de pressão percebidas

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Compressores

pelo piloto.

Enquanto o ar está sendo distribuído, podem ser mantidos em funcionamento grandes

compressores. Pequenos compressores podem ser fechados com uma ação automática de partida-

parada; para fechar o circuito do motor, utiliza-se urna chave acionada a pressão.

PLANEJAMENTO DE UMA INSTALAÇÃO A AR COMPRIMIDO

A instalação de ar comprimido inclui um ou mais compressores (incluindo o motor para

impulsão), comandos, filtro de tomada de ar, pós-esfriador, receptor de ar, tubos de interligação co

encaixes e acessórios, e um sistema de distribuição para levar o ar comprimido aos vários pontos de

utilização.

Antes de considerar os detalhes de uma instalação (uma nova instalação ou uma expansão de uma

já existente), é aconselhável estudar as várias exigências especificas de instalação. Devem ser

considerados os seguintes pontos:

1. Quais são as exigências atuais, ou necessidades, de ar comprimido, e quais serão as

exigências de uma possível expansão futura?

2. Quais são as exigências de ar, de quantidade de pressão, para a instalação durante operações

normais? O intervalo de tempo em que as ferramentas e máquinas funcionarão, a quantidade de ar

necessária, e a pressão exigida deverão ser considerados. Talvez seja necessário diferentes faixas de

pressão, pois certos tipos de ferramentas pneumáticas requerem uma pressão de 90 libras por

polegada quadrada, manométrica, enquanto outros grupos requerem uma pressão diferente.

Necessidades de emergência e o possível efeito de fornecimento inadequado de ar também devem ser

considerados. Muitos dos dispositivos pneumáticos de uma instalação operam quase que

continuamente; outros funcionam intermitentemente, mas exigem grande fornecimento de ar quando

operam.

3. Que proteção automática deve ser providenciada para a solicitação não atendida?

4. Qual é a capacidade do equipamento de fornecimento de ar atual? Este fornecimento de ar pode

ser expandido ou está sendo utilizado em sua capacidade plena?

5. A relação entre custo de operação e custo original deve ser considerada.

Uma vez estabelecidas as exigências de uma instalação de ar comprimido, vários fabricantes

poderão fornecer informações a respeito do equipamento disponível. Os tamanhos padrões dos

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Compressores

compressores e seus custos correspondentes, por exemplo, podem ser obtidos de fabricantes e

fornecedores de equipamentos.

SELEÇÃO DO COMPRESSOR

A seleção do compressor um problema na consideração dos tipos de compressores disponíveis,

do número de compressores necessários, e da localização dos compressores. Os termos comumente

usados devem primeiro ser definidos.

Rotação nominal da máquina refere-se normalmente ao funcionamento, à melhor rotação ou

rotação nominal do eixo do compressor. Em um compressor a motor, por exemplo, a rotação nominal

ou mais eficiente do eixo do compressor é normalmente expressa como 250 rpm (rotações por

minuto).

Em compressores de reciprocação, o deslocamento do pistão é definido como o volume bruto

realmente deslocado pelo pistão a uma rotação nominal especifica. Normalmente, o deslocamento do

pistão é dado em cfm (pés cúbicos por minuto).

Capacidade real é a quantidade de gás ou ar realmente comprimida e distribuída ao sistema de

descarga numa dada rotação nominal da máquina sob condições especificas de pressão.

O ar livre é definido como o ar em condições atmosféricas em um lugar especifico. O ar livre

pode ser aplicado ao deslocamento ou capacidade como uma medida de volume. Para ser preciso, as

condições do ar livre devem ser especificadas. Desde a altitude, a pressão barométrica, e a

temperatura do ar podem variar em lugares diferentes, o termo “ar livre” não indica ar sob idênticas

condições.

As especificações típicas para um dado compressor de ar podem ser lidas como se segue:

rotação nominal do eixo, 280 rpm;

deslocamento do pistão, 1 550 cfm;

distribuição real de ar, 1 330 cfm.

Essas especificações indicam que o compressor de ar pode distribuir 1 330 cfm de “ar livre”

quando a temperatura e a pressão do ar que circunda a tomada de ar forem 60 0F (15,55 0C) e 14,7 psi

absoluta, respectivamente.

A eficiência volumétrica é definida como a razão entre a capacidade real do compressor e o

deslocamento do pistão; este termo é normalmente expresso em percentagem. No exemplo anterior, a

eficiência volumétrica é (1 330/1 550) X 100, ou 86 por cento.

Como outro exemplo típico, as especificações de um compressor de ar de dois estágios encontrado

comercialmente, montado sobre um tanque de armazenamento e movido por um motor elétrico

podem ser as seguintes:

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deslocamento do pistão = 67,5 cfm;

pressão de descarga máxima = 1 75 psi manométrica;

rotação nominal do eixo = 1 450 rpm;

volume do tanque de armazenagem = 80 galões;

potência do motor = 15 HP;

abertura e curso = 6 X 3½ X 23/4;

A especificação de abertura e curso indica que o diâmetro do pistão do primeiro estágio é de 6

polegadas, que o diâmetro do pistão do segundo estágio é de 3½ polegadas, e que o comprimento do

curso para cada estágio é de 23/4 polegadas.

Os compressores de deslocamento positivo são usados geralmente quando forem necessárias

capacidades relativamente baixas e altas pressões de ar. O compressor de ar do tipo dinâmico é mais

satisfatório onde pressões de ar relativamente de baixas e altas capacidades forem necessárias para a

operação eficiente.

Tabela 2. Exigências de ar para ferramentas Pneumáticas.

Pressão de entrada (PSI

manométrica)Ferramentas

Taxa de ar (cfm de ar livre)

90 Esmeris, discos de 6 e 8 pol 50

90 Lixadeira, rotativa, coxim de 9 pol 53

90 Martelo desincrustador, pesado 39

90 broca de encaixe 40-50

90brocas de aço até 11/4 pol pesando 30 libras 95

80 Jato de areia, bocal de D 1/2 pol 340

80-90 Guindaste, uma tonelada 1

80-90 Pistola de Pintura 8

Já que a seleção de um compressor satisfatório é em grande parte determinada pelas exigências

de pressão e capacidade, deve-se considerar previamente os tipos de máquinas e máquinas-

ferramenta que deverão ser ligadas à linha de distribuição de ar. Se tiverem que ser utilizadas

ferramentas pneumáticas que exijam uma pressão manométrica do 90 psi na entrada da ferramenta,

um compressor capaz de urna pressão de descarga manométrica maior que 90 psi deverá ser

selecionado, para suportar a queda do pressão no sistema entre a descarga do compressor e a entrada

Compressores

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da ferramenta. A capacidade necessária é determinada pela demanda de cada dispositivo pneumático

que deva ser ligado à linha de distribuição do ar.

As exigências das várias ferramentas pneumáticas estão relacionadas na Tabela 2, retirada do

Compressed Air and Gas Handbook. Um esmeril de 6 polegadas (conformo a relação), por exemplo,

operando continuamente requer um fluxo do ar do 50 cfm do ar livre. Esse tipo de dado pode ser

obtido dos fabricantes de equipamentos pneumáticos, e pode ser utilizado para estudar as

necessidades de ar para ferramentas pneumáticas. Uma decisão relativa ao número de compressores

exigidos envolve os problemas de custo, manutenção, eficiência, controle, e capacidade de

emergência, que podem variar, do acordo com a instalação.

Figura 15. Compressor linha industrial Wayne modelo W 96011-H

A figura 15 mostra um compressor tipo industrial com acionamento via correia de três estágios e

cinco pistões em V, a tabela 3 fornece algumas das principais características deste compressor.

Tabela 3. Características compressor linha industrial Wayne modelo W 96011-H

Larg x Alt x Comp 710 x 1960 x 2160 mm

Deslocamento Teórico 40 pés³/min - 1132 l/min

RPM 710

Mínima 210 lbf/pol² - 14,5 bar Pressão de Operação Máxima 250 lbf/pol² - 17,2 bar

Potência 10 hp - 7,5 kW Motor Nº de Pólos 4

Nº de Estágios 3 Unidade Compressora Nº de Pistões 5 em V

Volume do Reservatório 488 L

Volume de Óleo 4500 ml

Peso Líquido com motor 608 Kg

Peso Bruto com motor 688 Kg

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Figura 16. Compressor linha Profissional leve Mundial MSL 10 ML/175

A figura 16 mostra um compressor tipo industrial com acionamento via correia de um estágios, 2

pistões em linha, a tabela 4 fornece as principais características desse compressor.

Tabela 4. Características compressor linha Profissional leve Mundial MSL 10 ML/175

Peso Bruto 90 Kg

Larg x Alt x Comp 510 x 850 x 1060 mm

Deslocamento Teórico 10 pés³/min - 283 l/min

RPM 2185

Mínima 80 lbf/pol² / 5,5 bar Pressão de Operação Máxima 120 lbf/pol² / 8,3 bar

Potência 2 hp - 1,5 kW Motor Nº de Pólos 2

Nº de Estágios 1 Unidade Compressora Nº de Pistões 2 em linha

Volume do Reservatório 178 L

Volume de Óleo 270 ml

Peso Líquido 81 Kg

Figura 17. Compressor Profissional Portátil Classic Móbile MSL 15 MAX/100 VERTICAL

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A figura 17 mostra um compressor tipo profissional portátil com acionamento via correia de um

estágios, 2 pistões em linha, a tabela 5 fornece as principais características desse compressor.

Tabela 5. Características compressor Profissional Portátil Classic Móbile MSL 15 MAX/100

VERTICAL

Peso Bruto 127 Kg

Larg x Alt x Comp 620 x 1100 x 680 mm

Peso Líquido 93 Kg

Deslocamento Teórico 15 pés³/min - 425 l/min

RPM 1250

Mínima 80 lbf/pol² - 5,5 bar Pressão de Operação Máxima 120 lbf/pol² - 8,3 bar

Volume do Reservatório 114 L

Potência 3 hp - 2,2 kW Motor Nº de Polos 2

Nº de Estágios 1 Unidade Compressora Nº de Pistões 2 em linha

Volume de Óleo 520 ml

EXERCICÍOS DE REVISÃO

1 - Por que o alicerce para um compressor do ar deve ser sólido?

2 - Por que a tomada do ar deve estar localizada numa área em que a temperatura o a percentagem

do umidade do ar sejam baixas?

3 - Qual é o propósito do um receptor do ar?

4 - Qual é a função do um pós-esfriador?

5 - Que fatores determinam a localização de uma válvula do segurança ou do alivio em um

sistema?

6 - Por que é importante a lubrificação adequada em um compressor do ar?

7 - Qual é a diferença entre um compressor do ar do um (1) estágio o um de dois (2) estágios?

8 – Faça um diagrama esquemático da figura 12, utilizando símbolos gráficos da ANS.

9 - Faça um diagrama esquemático da figura 14, utilizando símbolos gráficos da ANS.

10 - Faça um diagrama esquemático da figura 15, utilizando símbolos gráficos da ANS.

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Sistema de ar comprimido e seus componentes.

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