1 – SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

1 - Revisão de Conceitos de Pneumática

1.1 - Automatismos e Automação.

Automatismos são - os meios, instrumentos, máquinas, processos de trabalho, ferramentas, recursos utilizados para potencializar, reduzir ou eliminar a ação humana num processo produtivo, visando a melhoria de produtividade.

Automação, por sua vez, é a dinâmica organizada dos automatismos, ou seja, suas associações e disposições de modo ótimo direcionado ao progresso humano. É um meio de garantir alta produtividade com elevada eficiência e padrão de qualidade, com redução do custo final do produto.

Os automatismos podem ser classificados em:

- automatismos de potência - potencializam a magnitude física ou mental a que o elemento humano está submetido num processo fabril. Em particular, as 40 ou 44 horas que os trabalhadores devem cumprir nas empresas, numa rotina de trabalho incessante;

- automatismos de guia - guiam movimentos e posicionamentos precisos, presentes em alguns dispositivos de montagem ou operações de transformações mecânicas.

A decisão de automatizar um processo leva em conta o custo – benefício, traduzido em termos de aumento de produtividade, melhoria de qualidade e aumento do potencial da ação humana, no processo produtivo.

Pode-se automatizar parcial ou completamente um processo. É preferível automatizar parcialmente uma operação complexa ao invés de automatizar completamente uma operação simples. Isso é devido ao ganho de produtividade que a automação pode representar para o produto final numa ou noutra operação.

1.2 – Fluido

Fluido é qualquer substância capaz de escoar e assumir a forma do recipiente que a contém. Por exemplo: água, óleo, ar, oxigênio, hélio,..., ferro em processo de fusão e assim por diante.

1.3 – Pneumática

Pneumática é a parte da ciência que estuda o movimento e os fenômenos dos gases.

1.4 – Pressão

Pressão, para efeito desse curso, é definida como sendo a força exercida pela compressão do ar em um recipiente, por unidade de área interna dele. A pressão sempre atua sobre uma superfície, segundo a

direção da normal à superfície. Na parte interna de um recipiente ela atua em todos os pontos da parede interna na direção normal, como mostra a figura abaixo.

Outra questão importante para o curso é a que se refere às unidades usadas nas especificações técnicas, nos dimensionamentos e nos projetos. Em vista disto apresentam-se algumas unidades nos sistemas de medidas mais usados atualmente.

1.5 – Unidades de Base do Sistema Internacional (SI)

Quantidade Unidade AbreviaçãoDistância metro mMassa quilogram

akg

Tempo segundo sCorrente elétrica

ampère A

Temperatura Kelvin KQuantidade de substância

mol mol

Intensidade de luz

candela cd

1.6 – Unidades Derivadas Usadas no SI

Quantidade Unidade Abreviação DefiniçãoComprimento

micrômetro m 1 m =m

Volume litro L 1L=Força newton N 1N=

Torque newton - metro

N.m -

Pressão pascal Pa

Energia, trabalho, calor

joule J 1J=1N.m

Potência watt W 1W=1J/sTemperatura grau

celsius

1.7 – Prefixos Descritivos de Magnitude no SI

Nome Símbolo Fatortera Tgiga Gmega Mquilo khecto hdeca da 10deci dcenti cmili mmicronano npico p

1.8 – Unidades de base do USCS

Quantidade Unidade AbreviaçãoDistância pé pé (ft)Força libra lbTempo segundo sCorrente elétrica

ampère A

Temperatura graus rankine

Quantidade de substância

mol mol

Intensidade de luz

candela cd

1.9 – Unidades Derivadas no USCS

Quantidade

Unidade Abreviação

Definição

Distância milésimo de polegadapolegada

milha

milpol

miVolume galão galMassa slug

libra-massasluglbm

Força onça oz

tonelada t

Torque pé-libra pé-libra

Pressão Libra/polegada2 psiEnergia, trabalho, calor

pé-libraunidade térmica Britânica

pé.lbBtu

Potência horse-power HPTemperatura Graus Fahrenheit

1.10 – Fatores de Conversão entre Quantidades do USCS e SI

Quantidade

USCS SI

Distância 1pol1pol1pé1mi1mm1m1m1km

25,4mm0,0254m0,3048m1,609km3,9370x10-2pol39,37pol3,2808pé0,6214mi

Volume 1pé3

1pé3

1gal1gal

2,832x10-2m3

28,32pé3

3,7854x10-3m3

3,7854L

1m3

1L1m3

1L

35,32pé3

3,532x10-2pé3

264,2gal0,2642gal

Massa 1slug1lbm1kg1kg

14,5939kg0,45359kg6,8522x10-

2slug2,2046lbm

Força 1 lb1 N

4,4482N0,22481lb

Pressão 1psi1psi1Pa1kPa

6895Pa6,895kPa1,450x10-4psi0,1450psi

Trabalho, energia, calor

1pé.lb1Btu1J1J

1,356J1055J0,7376pé.lb9,478x10-4Btu

Potência 1(pé.lb)/s1HP1W1kW

1,356J0,7457kW0,7356(pé.lb)/s1,341HP

1.11 – Unidades e Relações Complementares

Quantidade Unidade Abreviação DefiniçãoPressão atmosfera

atmosferabarTorricelliAtmosfera técnicabar

atmatmbarTorricelliatbar

1,01325bar760mmHg105N/m2

1mmHg735,559mmHg1,019at

Força quilograma-força kgf 9,80665NPotência cavalo-vapor

cavalo-vaporCVCV

735,498W75(kgf.m)/s

1.12 – Conversão de Unidades

Exemplo 1 – Um motor movido a gasolina produz uma potência máxima de 10HP. Expresse a potência no SI.

Solução: Seja a potência que foi dada. Proceda da seguinte forma:

.

Exemplo 2 – A especificação de um determinado sistema residencial de combate a incêndio indica que a vazão de saída de água deveria ser de 10 gal/min. Para revisão do

manual destinado aos clientes, expresse a taxa de fluxo em unidades do SI.

Solução:

.

1.13 – Características e Vantagens da Pneumática

O acionamento pneumático, relativamente ao hidráulico, é: mais simples, tem maior rendimento e apresenta menor custo para implantação. A maioria de suas vantagens decorre do fluido usado ser o ar. Vejamos as principais características:

- Fluido utilizado: ar, abundante naturalmente;

- transporte: por meio de tubulações ou mangueiras, sem linha de retorno;

- armazenagem – em reservatório, em geral localizado fora do ambiente de produção, sem necessidade de trabalho contínuo do compressor;

- temperatura – o ar é insensível às oscilações de temperatura;

- segurança – não apresenta perigos de explosão ou incêndio. A pressão de trabalho é relativamente baixa: 6 a 12 bar;

- limpeza – não há risco de poluição ambiental;

- construção – componentes leves e menos robustos. Podem ser feitos de liga de alumínio;

- velocidade – desenvolve alta velocidade de deslocamento – 1 a 2 m/s, chegando a 10m/s em cilindros especiais e a 500.000rpm nas turbinas;

- regulagem – não possui escala de regulagem. Funciona regularmente desde sem carga até o máximo de carga;

- sobrecarga – pode ser solicitado com sobrecarga, funcionando até parar. Cessada a resistência o sistema volta a funcionar regularmente.

1.14 – Desvantagens da Pneumática

- Preparação – requer ar isento de impurezas e umidade;

- compressibilidade – impossibilita a utilização com velocidades uniformes ou constantes. Impossibilita o controle e a constância precisa da velocidade durante ciclos seguidos;

- força – na pressão econômica, 6 bar, pode chegar a 48250N;

- escape de ar – provoca ruído relativamente alto;

- custos – podem ser significativos;

- vazamentos – pequenos vazamentos podem ter importância em termos de custos frente à rentabilidade.

1.15 – Propriedades Físicas do Ar

As propriedades físicas mais importantes para a pneumática são as seguintes: expansibilidade, compressibilidade e elasticidade.

- Expansibilidade – o ar adquiri a forma do recipiente que o contém. Ao menor esforço ele muda de forma, como pode ser observado na figura que segue.

- Compressibilidade à temperatura constante – assim como o ar se expande ocupando todo o ambiente pelo qual circula, ele pode ser comprimido. Imaginemos um reservatório fechado que impeça a saída de ar e possibilite insuflá-lo no reservatório em quantidade tanto quanto se deseje, mantendo o sistema em segurança. Quanto mais fluido for insuflado, maior será a pressão do ar dentro do reservatório. Isto é mostrado na figura abaixo.

Neste exemplo o volume físico do ar permanece constante. Ao injetarmos ar cada vez mais no reservatório as moléculas se tornam mais e mais próximas umas das outras – evidenciando a compressibilidade do ar.

Imaginemos agora, uma quantidade fixa de ar, como no êmbolo mostrado na figura seguinte:

Note:

1 – Inicialmente temos um volume a uma pressão ;

2 – ao ser aplicada uma força ao êmbolo ele se deslocará formando um novo volume, , que estará a uma pressão ;

3 – continuando a deslocar o êmbolo passa-se a um volume , que estará a uma pressão .

Agora, suponha que este processo ocorra à temperatura constante. Neste caso, BOYLE & MARIOTTE demonstraram experimentalmente que é válida a seguinte relação:

. 1.1

Esta é a expressão da Lei de Boyle & Mariotte das transformações isotérmicas dos gases ideais.

Diante das três variáveis de estado: , as transformações isotérmicas podem ser representadas graficamente assim:

A terceira propriedade física do ar é a sua elasticidade:

- elasticidade – ao cessar o esforço de compressão, a elasticidade do ar possibilita o retorno seu ao volume inicial.

Agora, imagine um recipiente com uma quantidade fixa de gás a uma pressão e temperatura respectivamente, como exemplifica o êmbolo da figura que segue:

Gradativamente o recipiente é aquecido. Com isto o gás se expande elevando o êmbolo. Entretanto, como não há variação de carga sobre o êmbolo a pressão é igual à pressão

Ou seja:

.

GAY & LUSSAC demonstraram experimentalmente que para um gás ideal, nessas condições, é válida a seguinte relação:

,

que é a expressão da Lei de Gay & Lussac das transformações isobáricas do gases ideais. Os gráficos apresentados a seguir representam uma transformação isobárica.

Um terceiro tipo de transformação é a transformação a volume constante, denominada de transformação isócora, como no êmbolo mostrado na figura abaixo:

Neste tipo de transformação se tem que:

,

que é a Lei das Transformações Isócoras dos gases ideais. A representação gráfica é a seguinte:

Quando há variação das três variáveis de estado a transformação dos gases ideais segue a Lei dos Gases Ideais, ou seja,

.

Para efeito de referencial técnico de dimensionamento convencionou-se adotar os seguintes valores:

1 – Temperatura normal: ;

2 – pressão normal:

1.16 – Problemas propostos

1 – Um cilindro pneumático como o da figura,

tem secção transversal cuja área é 5x10-3 m2

e um pistão que exercerá uma força de 2kN.

Qual é a pressão que é necessária fornecer ao

sistema?

2 – Uma prensa hidráulica como a da figura,

Tem um cilindro com um pistão de diâmetro

150mm e outro cilindro com um pistão de

diâmetro 125mm. Determine a força a ser

aplicada ao pistão de diâmetro menor para que

o pistão de diâmetro maior exerça uma força de

15kN.

3 – Um reservatório armazena ar comprimido a

uma pressão de 800kPa e temperatura de

45°C. Se a pressão atmosférica é 101kPa,

determine a pressão no reservatório quando o

ar contido nele é resfriado, passando a 20°C.

Despreze as mudanças nas dimensões do

reservatório devido à mudança na temperatura.

4 – Um tanque de ar comprimido tem um

volume de 0,5m3 e contém ar à pressão de

1,96MPa e uma temperatura de 50°C. Se a

pressão atmosférica é 103kPa, determine a

massa de ar no tanque. A constante do gás

para o ar é o,287kJ/(kgK).

5 – Ar a uma pressão absoluta de 300kPa e

uma temperatura de 25°C é comprimido

adiabaticamente. Se a temperatura sobe a

180°C, qual é a nova pressão? Suponha que

6. Ar a uma temperatura de 30ºC e uma

pressão absoluta de 200kPa passa por um tubo

com uma velocidade média de 20m/s.

Determine a razão de massa na unidade de

tempo desse fluxo. Dado, R=287J/(kgK).

7 – Determine o diâmetro de tubo necessário

para transportar ar a um fluxo de 16dm3 e

velocidade 8m/s.

8 – Ar de massa específica 1,24kg/m3 escoa

por um tubo de diâmetro 200mm a uma razão

de 1kg/s. Determine a velocidade média do

fluxo de ar.

2 – PRODUÇÃO E DISTRIBUIÇÃO DE AR

COMPRIMIDO

2.1 – Considerações gerais

Para acionamento dos automatismos

pneumáticos utiliza-se o ar como fonte de

energia. Assim sendo, o ar precisa ser

colocado num estado apropriado à sua

utilização, isto é, o ar precisa:

- ter suprimento suficiente;

- estar numa pressão adequada;

- estar isento de impurezas e umidade.

As condições de suprimento e de pressão

são conseguidas por meio de

COMPRESSORES.

As condições relacionadas à qualidade do

ar são obtidas por meio de:

- PURGADORES;

- SECADORES;

- FILTROS;

- RESFRIADORES;

- LUBRIFICADORES.

Iniciando pelos compressores, os diversos

tipos existentes podem ser colocados em dois

grupos que diferem pelo princípio de

concepção da máquina:

- Compressores VOLUMÉTRICOS;

- Compressores DINÂMICOS.

2.2– Compressores Volumétricos

Os compressores volumétricos são

chamados também por compressores de

DESLOCAMENTO POSITIVO.

Nesse tipo de compressor, o aumento da

pressão p é devido à redução do volume V

ocupado pelo gás.

Na operação dessas máquinas é possível

identificar quatro fases. O conjunto delas

constitui um CICLO DE FUNCIONAMENTO da

máquina.

O princípio funcional pode ser entendido

pelo exame da figuras postas a seguir.

O funcionamento de um compressor está

relacionado diretamente com o comportamento

de suas válvulas. Elas possuem um elemento

móvel chamado obturador, que funciona como

um diafragma, comparando as pressões interna

e externa ao cilindro. O obturador da válvula de

sucção se abre para dentro do cilindro quando

a pressão na tubulação de sucção supera a

pressão interna do cilindro, e se mantém

fechado em caso contrário. Por sua vez o

obturador da válvula de descarga se abre para

fora do cilindro quando a pressão interna

supera a pressão na tubulação de descarga, e

se mantém fechado na situação inversa. Com

isto tem-se as etapas do ciclo de

funcionamento do compressor que estão

mostradas na figura a seguir.

Apenas alguns detalhes não estão

suficientemente claros nessas duas últimas

figuras. O primeiro deles é a existência de um

espaço morto ou volume morto,

compreendido entre o cabeçote e o pistão no

ponto final do seu deslocamento. Isto faz com

que a pressão no interior do cilindro não caia

instantaneamente quando o curso de retorno

tem início. Nesse momento a válvula de

descarga se fecha, mas a de admissão só se

abre quando a pressão interna cair o suficiente

para permitir sua abertura. Essa etapa em que

as duas válvulas estão fechadas e o pistão se

movimenta em sentido contrário ao do

cabeçote é denominada de etapa de

expansão e precede a etapa de admissão de

um novo ciclo. Ao final a câmara é aberta e o

gás é liberado para consumo.

Note que:

- o processo é intermitente - a compressão

propriamente dita ocorre em sistema fechado,

isto é, sem qualquer contato com a SUCÇÃO

ou com a DESCARGA.

O ciclo de funcionamento pode variar um

pouco nesse tipo de compressor. As figuras

exemplificam um compressor de um único

estágio apropriado para pressões até 4bar,

com pode ser visto na tabela seguinte:

Quando pressões superiores são

necessárias são usados compressores de

múltiplos estágios. Na figura mostra-se um de

dois estágios. Nesse caso em vista das

seguidas compressões é preciso usar sistema

de refrigeração intermediário.

2.3 – Compressores dinâmicos

Os compressores dinâmicos são

conhecidos também por TURBO -

COMPRESSORES.

Nos compressores desse tipo há dois

componentes principais:

- impelidor;

- difusor.

O impelidor é um componente rotativo

munido de pás que transfere ao gás a energia

recebida de um acionador.

Essa transferência de energia ocorre em

parte na forma cinética e em outra parte na

forma de entalpia (H=U+pV – composição entre

energia interna e energia de pressão). O

escoamento estabelecido no impelidor é

recebido pelo difusor que é um componente

fixo.

O difusor tem por finalidade transformar a

energia cinética do gás em entalpia com

conseqüente elevação de pressão.

Os compressores dinâmicos realizam o

processo de compressão de maneira

contínua.

Os compressores de maior uso na

indústria são os seguintes:

Recomenda-se que nas aplicações

industriais sejam previstos compressores com

grandes reservatórios com a finalidade de

atender a demanda dos automatismos, em

diversos pontos, interligados por rede tubular

de maneira igualitária sem perdas significativas

de pressão.

Além disso, no projeto e mais

propriamente no dimensionamento de uma

central de ar comprimido é importante levar em

consideração futuras ampliações e aquisições

de novos equipamentos pneumáticos. Um

aumento da central “a posteriori” torna-se muito

dispendioso.

2.4 – Características para escolha de um

compressor

a) Volume de ar fornecido – significa o

volume total em m3 que pode ser

fornecido pelo compressor em

atividade máxima.

a.1) Volume teórico – é o volume por

cilindrada multiplicado pelo número

de rotações.

a.2) Volume efetivo – é o volume

necessário para acionamento e

comando de todos os automatismos

da rede pneumática. O seu valor será

calculado em função da eficiência

volumétrica dos compressores

(rendimento), que varia com o tipo de

compressor.

b) Pressão – o significado já foi estudado.

A pressão pode ser caracterizada em

dois níveis, a saber:

b.1) Pressão de regime – é a pressão do

ar que se encontra no reservatório.

Desaconselha-se o uso direto dessa

pressão devido às freqüentes

flutuações por causa da temperatura.

b.2) Pressão de trabalho – é a pressão

necessária para acionamento de todos

os automatismos e face as flutuações

que podem ocorrer no reservatório é

menor do que a pressão de regime.

Valores típicos na indústria:

- pressão de trabalho (considerada

econômica): 6bar;

- pressão de regime: 7 a 8bar, podendo

chegar a 12 bar.

c)Acionamento:

- motor elétrico;

- motor diesel.

A escolha fica em função da necessidade.

c.1) Acionamento a motor elétrico

O acionamento mais comum é o que

usa motores elétricos. As potências desses

motores estão numa faixa que vai desde 0,5HP

(uso doméstico) até 750HP (uso industrial).

c.2) Acionamento a motor Diesel.

O acionamento a motor Diesel pode ser

feito desde pequenas até grandes potências.

d) Sistemas de regulagens

Em sistemas pneumáticos as velocidades

do fluxo podem ser muito elevadas. Isto implica

em significantes quedas de pressão entre o

reservatório de ar e a carga.

Devido a isso é que a pressão no

reservatório de ar é posta mais alta do que a

pressão requerida pela carga. Por isso

também, a regulagem de pressão pode ser

realizada tanto no compressor e como no local

da carga para manter a pressão constante,

apesar de ser dependente do fluxo.

Dessa forma, há dois campos de pressões

a serem regulados:

- a pressão de ar no reservatório (controle

do compressor);

- a pressão de ar local, na carga (controle

local).

d.1) Controle do compressor

Este controle é necessário para manter

a pressão no reservatório. O método mais

simples para atingir isso é o seguinte: acionar

o compressor quando a pressão no

reservatório cair a uma pressão mínima, e

parar o compressor quando a pressão no

reservatório subir a um nível satisfatório

novamente, como mostra a figura:

Na prática a histerese interna viabiliza

o uso de uma só chave de pressão. A pressão

no reservatório oscila entre a pressão de

acionar e a pressão de parar, que são

estipuladas.

Outro método de controlar o

compressor está mostrado na figura que segue:

Neste método o compressor funciona

continuamente e uma válvula de exaustão é

ajustada na saída do compressor. Esta válvula

abre quando a pressão requerida é alcançada.

Uma válvula de retenção impede o retorno do

ar do reservatório

Uma terceira possibilidade é controlar o

compressor pelo lado da entrada de ar no

compressor. A figura que segue mostra uma

válvula normalmente aberta possibilitando a

operação do compressor.

Ela é fechada quando o reservatório

de ar atingir a pressão estipulada, (o

compressor forma então um quase vácuo no

lado da entrada).

As válvulas empregadas nesses

controladores podem ser solenoidais operadas

eletricamente ou válvulas pneumáticas

controladas diretamente pela pressão do

reservatório.

O método de controle é em grande

parte determinado pela demanda de ar, pelas

cargas, e pela capacidade do compressor.

Caso o compressor tenha significativa

sobra de capacidade, então o controle

aciona/para é comumente usado.

Caso a capacidade do compressor e a

demanda das cargas estejam próximas, o

controle aciona/para pode causar falha

prematura do motor elétrico do compressor.

Então, prefere-se regulagem por exaustão ou

na entrada.

d.2) Controle local da pressão

Há essencialmente três métodos de

controle local de pressão, como mostra a

seguinte figura:

A carga A faz exaustão contínua do ar

para atmosfera. A pressão do ar é controlada

por um regulador de pressão que simplesmente

restringe o fluxo de ar para a carga.

Os reguladores de pressão, em que o

ar deve passar através da carga são chamados

reguladores não-aliviadores.

A carga B, em fim de linha, usa um

regulador de pressão que faz exaustão de ar

para atmosfera para reduzir a pressão. Este

tipo de regulador é chamado regulador de 3

portas ou regulador de alívio.

A carga C é uma carga de grande

capacidade cuja demanda de ar vai além da

capacidade de um simples regulador em linha.

Aqui um circuito de controle de pressão é

construído compreendendo: transdutor de

pressão, controlador eletrônico e válvula de

exaustão.

Esta técnica pode ser usada também

no caso em que a válvula controladora de

pressão não pode ser montada localmente

onde a pressão é para ser controlada.

2.5- Válvulas de alívio

O regulador mais simples é o da figura

seguinte:

Normalmente não é usada para controle

de pressão. Ela é mais empregada como

dispositivo reserva no caso de falhar o

regulador de pressão. Entretanto é comumente

ajustado ao reservatório de ar.

(Analisar o funcionamento da válvula pela

figura).

É preciso ter cuidado ao especificar esta

válvula. Ela é especificada por: operação de

campo de pressão, faixa de pressão entre

abertura e escoamento completo, e fluxo

completo. Além disso, numa condição de falha

a válvula pode precisar deixar passar a saída

total de ar do compressor.

Qual é a diferença entre este tipo de

regulador e uma válvula de segurança ?

2.6 Regulador de pressão do tipo não-alívio ou

de retenção

Analise a seguinte figura e explique o

funcionamento do regulador.

Observe que a pressão de saída é sentida

pelo diafragma que por sua vez é pré-

carregado pela força de uma mola.

Se a pressão de saída estiver abaixo da

exigida a força da mola desloca o carretel para

baixo admitindo mais ar e em conseqüência

elevando a pressão de saída.

Quando a pressão de saída for elevada a

força da pressão do ar no diafragma desloca o

diafragma para cima e em conseqüência

arrasta o carretel contra as paredes de assento

reduzindo a vazão de ar, causando redução da

pressão.

Em regime permanente a válvula equilibra-

se, sendo a força sobre o diafragma originada

pela pressão de saída do ar igual à força de

ajuste da mola.

2.7 - Reguladores de pressão do tipo alívio

Um exemplo desse tipo de regulador está

mostrado na figura abaixo.

Uma descrição desse tipo de regulador de

pressão pode ser a seguinte:

- A pressão de saída é sentida pelo

diafragma, que é pré-carregado pela força

ajustada na mola (originando certa pressão

sobre o diafragma);

- o diafragma se desloca para cima se a

pressão de saída for suficientemente baixa, e

se desloca para baixo se for suficiente alta;

- se a pressão de saída cai, a válvula de

carretel é aberta havendo admissão de ar e

assim elevar a pressão;

- se a pressão de saída sobe, o diafragma

se move para baixo fechando a válvula de

admissão e abrindo a válvula de exaustão

central deixando o excesso de ar escapar da

carga, e assim haver redução de pressão;

- em regime permanente a válvula se

equilibrará alternando-se entre admissão e

exaustão de pequenas quantidades de ar para

manter a pressão no valor estipulado.

Os dois reguladores de pressão

analisados antes são simples e possuem

respostas similares à mostrada na figura

seguinte.

A queda de pressão pode ser evitada pelo

uso de um regulador operado por pilotagem,

como o mostrado a seguir.

Uma possível descrição desse regulador

pode ser a seguinte:

- a pressão de saída é sentida pelo

diafragma piloto, que compara a pressão de

saída com o valor ajustado pela força da mola

acoplada ao diafragma;

- se a pressão de saída for baixa o

diafragma piloto se desloca para baixo, e se

estiver alta o diafragma piloto se desloca para

cima;

- ar de entrada é desviado por meio de um

orifício e é aplicado à câmara superior do

diafragma principal. Entretanto o ar dessa

câmara pode ser descarregado pela saída da

válvula pela pequena válvula de bola existente;

- se a pressão de saída for baixa, o

diafragma de piloto fecha a válvula de bola

fazendo com que o diafragma principal se

desloque para baixo e mais ar seja admitido

para a carga;

- se a pressão de saída for alta, o

diafragma piloto abre a válvula de bola e a

câmara acima do diafragma principal se

despressuriza. Então o diafragma principal se

desloca para cima, causando abertura da

ventagem central, possibilitando que o ar

escape da carga e assim a pressão seja

reduzida;

- em regime permanente, a pressão de

saída é igual à pressão ajustada e não há

queda de pressão com aumento do fluxo.

A presença do diafragma piloto e do

orifício de sangria do ar de entrada causa um

funcionamento que se aproxima da forma de

controle P+I, isto é, proporcional mais integral.

2.8 – Distribuição do ar comprimido

A instalação de uma rede de ar

comprimido requer muitos cuidados

independentemente das finalidades da rede.

Entre estes cuidados é conveniente relacionar

os seguintes:

- localização da central geradora – onde

localizar o compressor;

- sistema de arrefecimento (quando

necessário);

- dimensionamento da rede;

- tratamento do ar;

- identificação (conforme normas); e assim

por diante.

Estes itens serão abordados na

seqüência, sendo que alguns requerem um

pouco mais de atenção do que outros.

2.8.1 – Localização da central geradora

Na indústria é comum localizar a central

geradora em área externa contígua à fábrica,

com as seguintes características:

- isenta de poeira;

- livre fluxo de ar;

- temperatura durante todo ano entre 20 a

25°C;

- bem nivelada;

- fácil acesso para manutenção.

Veja um esquema na figura a seguir.

2.8.2 – Refrigeração da Central

Nas pequenas centrais de ar comprimido

as próprias aletas existentes no compressor

mais o livre fluxo de ar dentro do ambiente da

central são suficientes para dissiparem o calor

gerado pela central.

Nas centrais dotadas de compressores de

grande porte (potências maiores do que 40 HP)

recomenda-se uso de um sistema de ventilação

apropriado com ventiladores industriais e por

vezes se faz necessário um sistema de

refrigeração a água recicurlante.

Dependendo ainda da potência do

compressor ou compressores e dos picos de

temperatura durante o ano há necessidade de

fechar a central, isolar termicamente as

paredes, e climatizá-la usando coolers fixos no

teto, com recirculação de amônia, controlados

por termostatos semelhantes aos sistemas

usados em câmaras frigoríficas.

2.9 – Implantação de rede de distribuição

A implantação de rede de distribuição de

ar comprimido trata do estabelecimento dos

pontos da área de trabalho da fábrica pelos

quais a rede deve passar. Isto significa

determinar: a localização e distribuição dos

pontos, e a quantidade de pontos. Com isso

definido escolhe-se entre uma rede aberta

como ilustra a primeira figura ou uma rede

fechada como a apresentada na segunda figura

a seguir.

Outros esquemas de instalações de redes

estão mostrados nas figuras que seguem.

A rede de circuito aberto é mais

apropriada quando se deseja abastecer pontos

isolados ou distantes. Nesse tipo de rede o ar

flui numa única direção. Devido a isto é

impossível uma alimentação uniforme em todos

os pontos.

2.9.1- Elementos de Montagem e fixação da

Rede

Em geral as redes industriais são aéreas.

Elas são fixadas às paredes, forros tetos, ou

vigas por meio de ferragens apropriadas:

- tirantes;

- pendurais;

- cantoneiras; etc.

Isto pode ser visto na figura seguinte.

2.9.2 – Elementos de Composição da Rede

Os elementos mais usuais existentes nas

redes, seus locais e maneiras de instalar

podem ser vistos na figura seguinte.

Apesar disso convém fazer algumas

recomendações técnicas:

- As linhas principal, também conhecida por

linha tronco, secundária, e a de alimentação

podem ser construídas com tubulação de aço

galvanizado ou preto (ASTM A 120

SCHEDULE 40).

- A tubulação secundária deve ser instalada

com certa inclinação no sentido do fluxo – 0,5 a

2% do comprimento do tubo – para facilitar o

recolhimento de eventuais condensações e

impurezas ao longo da tubulação.

- A linha de alimentação de cada equipamento

deve sair pela parte superior da linha

secundária e ser dotada de registro para

possibilitar a manutenção, em particular da

unidade LUBRIFIL ou do dreno, sem que

precise desligar toda a linha secundária.

- A unidade LUBRIFIL tem por função filtrar e

lubrificar o ar, além de possibilitar a regulagem

da pressão de alimentação necessária ao

funcionamento do automatismo.

- Em vista da variação da temperatura, ao

longo de um tempo, agindo sobre a rede como

um todo, o ar que circula nela sofre o efeito de

condensação. Para evitar danificação nos

automatismos pneumáticos é preciso recolher o

condensado. Isso é feito instalando-se

purgadores colocados ao final das linhas

verticais de alimentação, como é possível notar

nas figuras que seguem.

2.9.3 – Tratamento do ar comprimido

A geração de ar comprimido segue as

seguintes etapas:

Aspiração do ar atmosférico pelo compressor

Compressão

Armazenamento em reservatório

Entretanto, antes do armazenamento o ar

passa por um tratamento. De maneira

semelhante o ar que deixa o reservatório

também deve passar por tratamento.

Esquematicamente isto pode ser observado na

seguinte figura:

Outros esquemas de tratamento podem

propostos dependendo do tamanho da

instalação e dos automatismos e equipamentos

que serão acionados, como mostra a figura que

segue.

2.9.4 – Dimensionamento da Linha Tronco

Dimensionar uma linha, por exemplo a

linha tronco, significa obter o diâmetro mínimo

da tubulação que compõe a linha para que ela

atenda os requisitos de vazão e pressão dos

pontos de alimentação distribuídos pela fábrica.

Recomenda-se que nessa etapa também

seja previsto um possível aumento de demanda

no decorrer dos anos.

Além disso, o dimensionamento deve

considerar uma queda de pressão de 0,3 a

0,5kgf/cm2 ( adotar 0,5 kgf/cm2 a partir de

500m).

Os itens que precisam ser levados em

consideração no dimensionamento da linha

tronco são:

- volume de ar corrente (vazão);

- comprimento da linha tronco;

- queda de pressão admissível;

- número de pontos de estrangulamento;

- pressão de regime.

Volume de Ar Corrente

Volume de ar corrente, denotado pela

variável Q, é a quantidade em m3 de ar por

hora que será consumida da rede pelos

automatismos, supondo que todos eles estejam

em funcionamento ao mesmo tempo.

Para um dimensionamento seguro, que

leve em conta ampliação do número de pontos

de consumo, é preciso somar a esse volume o

percentual estimado para a futura expansão.

Recordando:

Variável Unidade

Comprimento Total da Linha Tronco

O comprimento total da linha tronco, é a

soma do comprimento linear da tubulação da

linha tronco com o comprimento equivalente

originado pela perda de carga originada pelos

pontos de estrangulamento.

Variável Unidade

;

comprimento retilíneo de tubulação;

comprimento equivalente;

.

Queda de Pressão Admitida

O fluido ao deslocar-se pela tubulação

sofre gradual redução de pressão pelo atrito

com as paredes do tubo, bem como pelos

estrangulamentos das singularidades

existentes na rede (curvas, registros, tês,etc.).

Essa queda de pressão é conhecida por

perda de carga. Para desempenho satisfatório

da rede ela não deve exceder 0,3 kgf/cm2.

Como dito antes em redes de comprimento que

ultrapasse 500m essa perda pode chegar ao

máximo de 0,5 kgf/cm2.

Variável Unidade

Número de Pontos de Estrangulamento

São singularidades existentes na rede tais

como: registros, curvas, tês e assim por diante.

A perda de carga em cada singularidade deve

ser transformada em comprimento equivalente.

Isto é feito com a ajuda de tabelas fornecidas

pelos fabricantes como por exemplo, a Tabela

A6 que pode ser encontrada no Apêndice do

livro texto, transportada nessas notas apenas

para simplificar a consulta.

Pressão de Regime

Pressão de regime é a pressão na qual o

ar se encontra armazenado no reservatório –

que vai de 7 a 12 kgf/cm2.

Convém que a pressão de trabalho

recomendada para a indústria é de 6kgf/cm2,

por ser a mais econômica em termos de

exigências de equipamentos (tamanho,

manutenção, velocidades e assim por diante).

Variável Unidade

Equacionamento

A determinação do diâmetro mínimo

necessário para atender à demanda, inclusive

com a previsão de expansão futura, pode ser

obtida por meio da equação seguinte:

sendo que o diâmetro assim obtido é o

diâmetro interno do tubo e a unidade é mm.

O estabelecimento do diâmetro comercial

do tubo pode ser feito com o auxílio de tabela

fornecida pelo fabricante, como a mostrada na

Tabela A5 – Norma ASTM A 120 Schedule 40,

que consta de Apêndice no livro texto da

disciplina.