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Academic year: 2018

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(1)

Peter Croser, Frank Ebel

Pneumática

Nível Básico

(2)

Festo Didactic TaC - Treinamento e Consultoria Ordem nº: 09131

Descrição: PNEUM.GS.LEHRB Designação: D.LB-TP101-1-GB Edição: 10/2002

Layout: B. Huber

Gravuras: D. Schwarzenberger, T. Ocker Autor: P. Croser, F. Ebel

© Copyright por Festo Didactic GmbH & Co., 73770 Denkendorf 2002

São proibidas a cópia, distribuição e utilização deste documento, bem como a comunicação de seu conteúdo a outros sem autorização expressa. Os transgressores serão responsáveis pelo pagamento dos danos.

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CAPÍTULO 1 FUNDAMENTOS DA PNEUMÁTICA ... 4

1.1 FUNDAMENTOS DA FÍSICA ... 5

CAPÍTULO 2 DISTRIBUIÇÃO E GERAÇÃO DE AR ... 10

2.1 PREPARAÇÃO DE AR ... 11

2.3 RESERVATÓRIOS ... 15

2.4 SECADORES DE AR... 17

2.6 UNIDADE DE TRATAMENTO DE AR ... 25

CAPÍTULO 3 ATUADORES E ELEMENTOS DE TRABALHO ... 36

3.1 CILINDROS DE SIMPLES AÇÃO ... 37

3.2 CILINDROS DE DUPLA AÇÃO ... 39

3.3 CILINDROS SEM HASTE ... 45

3.4 CONSTRUÇÃO DO CILINDRO ... 48

3.5 CARACTERÍSTICAS DE DESEMPENHO DO CILINDRO ... 51

3.6 MOTORES ... 57

3.7 INDICADORES ÓPTICOS ... 59

38 OUTROS ELEMENTOS DE TRABALHO ... 60

CAPÍTULO 4 VÁLVULAS DE CONTROLE DIRECIONAL ... 64

4.1 FUNCIONAMENTO ... 65

4.2 VÁLVULA 2/2 VIAS ... 66

4.3 VÁLVULA DE 3/2 VIAS ... 66

4.4 VÁLVULA DE 4/2 VIAS ... 78

4.5 VÁLVULA DE 4/3 VIAS ... 80

4.6 VÁLVULA DE 5/2 VIAS ... 82

4.7 VÁLVULA DE 5/3 VIAS ... 85

4.8 VALORES DE FLUXO DAS VÁLVULAS ... 86

4.9 OPERAÇÕES CONFIÁVEIS DE VÁLVULA ... 87

CAPÍTULO 5 VÁLVULAS DE RETENÇÃO, FLUXO E PRESSÃO, COMBINAÇÃO DE VÁLVULAS ... 88

5.1 VÁLVULAS DE RETENÇÃO ... 89

5.2 VÁLVULAS REGULADORAS DE FLUXO ... 96

5.3 VÁLVULAS DE PRESSÃO ... 101

5.4 VÁLVULAS COMBINADAS ... 103

CAPÍTULO 6 SÍMBOLOS E PADRÕES EM PNEUMÁTICA ... 109

3.1 SÍMBOLOS E DESCRIÇÃO DOS COMPONENTES ... 110

3.2 REQUISITOS DE SEGURANÇA PARA SISTEMAS PNEUMÁTICOS ... 121

CAPITULO 7 COMANDO SEQUENCIAL ... 124

6.1 SELEÇÃO E COMPARAÇÃO DO MEIO DE TRABALHO E DE CONTROLE ... 126

6.2 TEORIA DE CONTROLE ... 129

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Festo Didactic TaC - Treinamento e Consulta

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Capítulo 1

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5

1.1 Fundamentos da física

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

 Aproximadamente 78% do volume de Nitrogênio

 Aproximadamente 21% do volume de Oxigênio

O ar também contém traços de dióxido de carbono, argônio, hidrogênio, néon, hélio, criptônio e xenônio.

Para auxiliar na compreensão das leis naturais, bem como no entendimento do comportamento do ar e das dimensões físicas que

serão empregadas, os dados foram utilizados a partir do “Sistema Internacional de Unidades”, abreviado por SI.

Unidades Básicas

Quantidade Símbolo Unidades

Comprimento L Metros (m)

Massa M Quilograma (kg)

Tempo t Segundo (s)

Temperatura T Kelvin (K, 0 ºC = 273,15 K)

Unidades Derivadas

Quantidade Símbolo Unidades

Força F Newton (N) = 1kg m/s2

Área A Metros quadrados (m2)

Volume V Metros cúbicos (m3)

Fluxo qv (m3/s)

Pressão p Pascal (Pa)

1 Pa = 1 N/m2

1 bar = 105 Pa

Lei de Newton: Força = massa aceleração F = m a

Onde “a” é substituído pela aceleração devido à gravidade (g = 9,81 m/s2).

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Festo Didactic TaC - Treinamento e Consulta

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A pressão que prevalece diretamente na superfície da Terra é conhecida como pressão atmosférica (pamb). Esta pressão também se

refere como uma pressão de referência. A faixa acima dessa pressão é conhecida como faixa de sobre-pressão (pe > 0), a faixa abaixo é

conhecida como faixa de vácuo (pe < 0). O diferencial de pressão

atmosférica pe é calculado de acordo com a fórmula:

Pe = pabs– pamb

Isso é ilustrado pelo diagrama abaixo:

Figura 1.1 Pressão do ar

A pressão atmosférica não possui um valor constante. Esse valor varia conforme a localização geográfica e o clima.

A pressão absoluta pabs é o valor relativo à pressão Zero – Vácuo. Seu

valor é igual à soma da pressão atmosférica e a sobre-pressão ou o vácuo. Na prática, são utilizados geralmente os medidores de pressão que indicam somente a sobre-pressão. O valor de pressão absoluta pabs

é de aproximadamente 100 kPA (1 bar) maior.

Geralmente, em pneumática, todos os dados que dizem respeito à quantidade de ar se referem ao assim chamado estado padrão. De acordo com DIN 1343, o estado padrão é a condição da substância sólida, líquida ou gasosa, definida pela temperatura e pressão padrão.

 Temperatura padrão: Tn = 273,15 K, tn = 0 ºC  Pressão padrão: pn = 101325 Pa = 1,01325 bar

Pressão atmosférica

(7)

7

1.1 Características do ar

Uma característica do ar é sua coesão mínima, isto é, as forças entre as moléculas, em pneumática, geralmente devem ser desconsideradas para condições operacionais. Como todos os gases, o ar não possui uma forma particular. Sua forma se altera sem a menor resistência, isto é, ele assume a forma conforme o que está à sua volta.

Figura 1.2 Lei de

Boyle-Mariotte

Lei de Boyle- Mariotte

O ar pode ser comprimido e se esforça para expandir. A relação aplicável é dada pela Lei de Boyle-Mariotte. Em temperatura constante, o volume de uma dada massa de gás é inversamente proporcional à pressão absoluta, isto é, o produto da pressão absoluta e do volume é constante para uma dada massa de gás.

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Festo Didactic TaC - Treinamento e Consulta

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O exemplo seguinte ilustra os princípios acima. O ar na pressão atmosférica é comprimido por um compressor de ar para 1/7 de seu volume. Qual é a pressão do medidor de ar, presumindo-se um processo de temperatura constante?

p1• V1 = p2 • V2

p = p1 • VV1 Observação: V2 / V1 = 1/7 2

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 índice de compressão de 7:1.

Exemplo de cálculo

O ar se expande à razão de 1/273 de seu volume a uma pressão 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 gás é proporcional à temperatura absoluta, desde que a pressão não seja alterada.

V1 = T1 V

1 = Volume em T1, V2 = Volume em T2

V2 T2

ou

V = Constante T

A alteração de volume V é:

V = V2 - V1 = V1• T2T– T1 1

O seguinte se aplica para V2:

V2 = V1 + V= V1 + VT1 (T2– T1) 1

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9

As equações acima somente se aplicam se forem utilizadas as temperaturas em K. Para podermos calcular em ºC, a fórmula seguinte deve ser aplicada:

V2 = V1 + 273 ºC + TV1 (T2– T1) 1

Exemplo de Cálculo

0,8 m3 de ar, na temperatura de T

1 = 293 K (20 ºC) são aquecidos para

T2 = 344 K (71 ºC). Quanto o ar vai expandir?

V2 = 0,8m3 + 0,8m 3

(344 - 293 K) 293 K

V2 = 0,8m3 + 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 resultará na seguinte fórmula, para o aumento de pressão:

p1 = T1

p2 T2

ou

p

= Constante T

Equação Geral dos Gases

A equação geral dos gases é uma combinação de todas as três:

p1 • V1

= p2 • V2 = Constante

T1 T2

No caso de uma dada massa de gás, o produto da pressão e do volume divididos pela temperatura absoluta é constante.

Esta equação geral dos gases resulta nas leis mencionadas previamente, se um dos três fatores p, V ou T for mantido constante em cada caso.

 Pressão p constante mudanças isobáricas

 Volume V constante mudanças isovolumétricas

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10

Capítulo B-2

Festo Didactic TaC - Treinamento e Consultoria

Capítulo 2

(11)

Capitulo B-2

11

2.1 Preparação de ar

Para o desempenho contínuo de sistemas de controle e elementos de trabalho, é necessário garantir que o fornecimento de ar esteja:

 na pressão necessária,

 seco e

 limpo

Se estas condições não forem completamente atendidas, então uma degeneração de curto em médio prazo do sistema será acelerada. O efeito é uma parada no maquinário, além dos custos aumentados com o reparo ou a substituição de peças.

A geração de ar comprimido se inicia com a compressão. O ar comprimido flui através de toda uma série de componentes antes de atingir o dispositivo de consumo. O tipo de compressor e sua localização em um grau menor ou maior afeta a quantidade de partículas de sujeira, óleo e água, as quais adentram em um sistema pneumático. O equipamento a ser considerado na geração e preparação de ar inclui:

 Filtro de entrada

 Compressor de ar

 Reservatório de ar

 Secador de ar

 Filtro de ar, com separador de água

 Regulador de pressão

 Lubrificador de ar, conforme solicitado

 Pontos de drenagem

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

 Rápido desgaste das vedações e partículas em movimento nos cilindros e válvulas

 Válvulas lubrificadas

 Silenciadores contaminados

 Corrosão nos canos, válvulas, cilindros e outros componentes

 Jato de lubrificação dos componentes que se movem.

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Capítulo B-2

Festo Didactic TaC - Treinamento e Consulta

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Como regra, os componentes pneumáticos são denominados para uma pressão operacional máxima de 800 a 1000 kPa (8-10 bar). A experiência prática demonstrou, entretanto, que aproximadamente 600 kPa (6 bar) devem ser utilizados para uma operação econômica. Devem ser esperadas perdas de pressão entre 10 e 50 kPa (0,1 e 0,5 bar) devido à bloqueios, dobras, vazamentos e percurso da tubulação, dependendo do tamanho do sistema de canos e do método do layout. O sistema do compressor deve fornecer pelo menos 650 a 700 kPa (6,5 a 7 bar) para um nível de pressão operacional desejado de 600 kPa (6 bar).

2.2 Compressores de ar

A seleção a partir de diversos tipos de compressores disponíveis depende da quantidade de ar, qualidade e limpeza, e quão seco o ar deve ser. Existem níveis variáveis destes critérios dependendo do tipo de compressor.

Nível de pressão

Figura 2.1 Tipos de Compressores

Um cilindro comprime o ar aspirado através de uma válvula de entrada. O ar é então transportado para uma válvula de saída.

Os compressores alternativos são muito comuns e fornecem uma ampla faixa de taxas de pressões e capacidade. Para compressões multi-estágio com pressões elevadas utiliza-se um resfriamento entre cada estágio da compressão.

Compressores de cilindro alternativo Tipos de Compressores Compressor de

pistão alternativo Compressor de pistão rotativo Compressor de fluxo

Compressor de

pistão Compressor de diafragma rotativo radial Compressor rotativo axial Compressor

Compressor de deslocamento

positivo

Compressor de

(13)

Capitulo B-2

13

A faixa ideal de pressões para compressores alternativos são de aproximadamente:

até 400 kPa (4 bar) Estágio simples até 1500 kPa (15 bar) Estágio duplo

acima de 1500 kPa (> 15 bar) Estágio triplo ou múltiplo

Também, é possível, mas não necessariamente econômico, operar nas seguintes faixas:

até 1200 kPa (12 bar) Estágio simples até 3000 kPa (30 bar) Estágio duplo

acima de 3000 kPa (> 30 bar) Estágio triplo ou múltiplo

Compressor de diafragma

O compressor de diafragma pertence ao grupo de compressores de pistão alternativo. A câmara do compressor é separada do pistão por um diafragma. A vantagem disso é que nenhuma tubulação de óleo entra no fluxo de ar, a partir do compressor. O compressor de diafragma é, portanto, utilizado onde o óleo deve ser excluído do suprimento de ar, por exemplo, nas indústrias de alimentos, farmacêuticas e produtos químicos.

Compressor de pistão rotativo

Os compressores do grupo dos rotativos utilizam elementos rotativos para comprimir a aumentar a pressão do ar. Durante o processo de compressão, a câmara de compressão é 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 então seja comprimido.

Compressor rotativo

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Capítulo B-2

Festo Didactic TaC - Treinamento e Consulta

14

Para adaptar a quantidade produzida do compressor à demanda oscilante, é necessário regular o compressor. A quantidade produzida é regulada entre os limites ajustáveis para a pressão máxima ou mínima. Existe um número de tipos diferentes de regulamento:

 Regulagem livre Regulagem de alívio

Regulagem de desligamento Regulagem de grampo

 Controle de carga parcial Ajuste de velocidade

Controle de potência de sucção

 Controle intermitente

Regulagem

No caso da regulagem de alívio, o compressor opera contra uma válvula de alívio de pressão. Quando o ajuste de pressão é atingido, a válvula de alívio de pressão se abre e o ar é exaurido para a atmosfera. Uma válvula de retenção evita que o tanque seja esvaziado. Esse tipo de regulador somente é usado em instalações muito pequenas.

Com a regulagem de desligamento o lado da sucção é desligado. O compressor não pode admitir ar. Este tipo de regulagem é utilizado principalmente no caso de compressores de pistão rotativo.

Em compressores com pistões maiores, a regulagem de grampo é utilizada. Um grampo mantém a válvula de sucção aberta; o compressor então não pode comprimir o ar.

Regulagem livre

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

Com controle de velocidade de sucção, o controle é realizado por meio de um limitador na conexão de sucção do compressor.

Controle de carga parcial

Com este tipo de controle, o compressor pode trabalhar na condição operacional de “carga total” e “normal”. O motor de acionamento do

compressor é desligado quando a pmax é atingida, e ligado quando a pmin

é atingida.

(15)

Capitulo B-2

15

Ciclo de operação

Recomenda-se que um ciclo de operações de aproximadamente 75% seja utilizado para o compressor. Para fazê-lo é necessário determinar a necessidade de ar máxima e média de um sistema pneumático e selecionar o compressor em vista dessa necessidade. Se for previsto que a necessidade de ar irá aumentar como resultado de possíveis expansões no sistema, então a seção do suprimento do compressor de ar deve ser projetada maior, uma vez que a subseqüente expansão está associada com altos custos.

2.3 Reservatórios

Um reservatório é configurado como acessório de um compressor, para estabilizar o ar comprimido. Um reservatório compensa as flutuações de pressão quando o ar comprimido está sendo retirado do sistema. Se a pressão no reservatório cair abaixo de um determinado valor, o compressor irá compensar até que o valor mais alto definido seja atingido novamente. Isso é uma vantagem uma vez que o compressor não necessita operar continuamente.

A grande área de superfície do reservatório resfria o ar. Dessa maneira, uma parte da umidade do ar é separada diretamente no reservatório na forma de água, a qual deve ser drenada regularmente por meio de um dreno.

Figura 2.2 Reservatório

O tamanho do reservatório de ar comprimido depende de:

 Volume de produção do compressor

 Consumo de ar nas operações realizadas

 Tamanho da rede (quaisquer necessidades adicionais)

(16)

Capítulo B-2

Festo Didactic TaC - Treinamento e Consulta

16

Volume do reservatório

Figura 2.3 Diagrama: Determinando o volume de um reservatório

Volume de produção qL = 20 m3/min

Ciclos de troca por hora z = 20 1/h

Pressão diferencial p = 100 kPa (1 bar)

Resultado: Tamanho do reservatório VB = 15 m3 (observe no gráfico)

(17)

Capitulo B-2

17

2.4 Secadores de ar

O condensado (água) entra na rede de ar através da entrada de ar do compressor. O acúmulo do condensado depende amplamente da umidade relativa do ar. A umidade relativa do ar depende da temperatura e das condições climáticas.

A umidade absoluta é a massa de vapor de água, contida na realidade em um (1) m3 de ar. A quantidade de saturação é a massa do vapor de

água que um (1) m3 de ar pode absorver em determinada temperatura.

A fórmula seguinte se aplica se a umidade relativa do ar estiver especificada em porcentagem:

Umidade relativa = quantidade de saturação umidade absoluta 100%

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

Ponto de orvalho

A temperatura do ponto de orvalho é a temperatura na qual a umidade relativa é de 100%. Quanto mais abaixo do ponto de orvalho, mais a água irá condensar e reduzir a quantidade dispersa no ar.

A vida útil de sistemas pneumáticos será consideravelmente reduzida se a umidade excessiva for transportada através do sistema de ar para os componentes. Portanto, é importante adequar o equipamento de secagem de ar necessário para que se reduza a umidade para um nível adequado à operação e aos componentes utilizados. Existem três métodos auxiliares de redução de umidade do ar:

 Secagem em baixa temperatura (Resfriamento)

 Secagem por adsorção

 Secagem por absorção

Pressão do ponto de orvalho

Para que seja possível compararmos diferentes tipos de sistemas de secagem, a pressão operacional do sistema deve ser levada em

consideração. O termo “pressão do ponto de orvalho“ é utilizado nesse

(18)

Capítulo B-2

Festo Didactic TaC - Treinamento e Consulta

18

A pressão do ponto de orvalho do ar seco deve ser de aproximadamente 2 a 3 ºC, sob a temperatura ambiente mais baixa.

O custo adicional da instalação do equipamento de secagem de ar pode ser amortizado em um curto período de tempo, devido à redução nos custos com manutenção, redução no tempo ocioso e aumento na confiabilidade do sistema.

O tipo mais comum de secador utilizado atualmente é o secador por refrigeração. Com a secagem refrigerada, o ar comprimido é transportado através de um sistema de troca de calor, por onde um refrigerante flui. O objetivo é reduzir a temperatura do ar para um ponto de orvalho que assegure que a água no ar se condensará e gotejará na quantidade desejada.

O ar que entra no secador por refrigeração é pré-resfriado em um trocador de calor por meio do ar frio de exaustão. Este ar é então resfriado na unidade de resfriamento para temperaturas entre +2 e +5 ºC. O ar comprimido seco é filtrado. Antes do ar comprimido sair de novo para a rede, ele é aquecido para que volte novamente à condição ambiente.

Utilizando-se métodos de refrigeração, é possível atingir os pontos de orvalho entre +2 e +5 ºC.

Secagem em baixa

temperatura

Figura 2.4

(19)

Capitulo B-2

19

Secadores por adsorção

Adsorção: a água é depositada na superfície de sólidos.

O agente de secagem é um material granulado (gel), que consiste quase que inteiramente de dióxido de silício (silica-gel).

Normalmente dois tanques são utilizados. Quando o gel em um tanque estiver saturado, o fluxo de ar é comutado para o segundo tanque seco e o primeiro tanque é regenerado por meio de secagem de ar quente. Os menores pontos de orvalho equivalentes (abaixo a -90 ºC) podem ser atingidos por meio de secagem por adsorção.

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Capítulo B-2

Festo Didactic TaC - Treinamento e Consulta

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Absorção: Uma substância sólida ou líquida se une a uma substância gasosa.

A secagem por absorção é puramente um processo químico. A secagem por absorção não é de maior importância na prática atualmente, uma vez que os custos operacionais são muito altos e a eficiência é muito baixa para a maioria das operações.

Secadores por absorção

Figura 2.6 Secadores por absorção

O vapor de óleo e partículas de óleo também são separadas no secador por absorção. A umidade no ar comprimido forma um composto com o agente secador no tanque. Isso faz com que o agente secador se distribua; é nesse momento que ele é descarregado na forma de um fluído na base do tanque.

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

As características do processo de absorção são:

 Instalação simples do sistema.

 Baixo desgaste mecânico, devido à não existência de partes que se movem no secador.

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Capitulo B-2

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Um filtro de poeira deve ser instalado no secador para capturar quaisquer partículas arrastadas juntamente ao agente de fluxo.

Pode ser atingida pressão de pontos de orvalho abaixo de 0 ºC.

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Capítulo B-2

Festo Didactic TaC - Treinamento e Consulta

22

Capacidade de sucção 1000 m3/h

Pressão absoluta 700 kPa (7 bar)

Volume comprimido por hora 143 m3

Temperatura de sucção 293 K (20 ºC) Temperatura após a compressão 313 K (40 ºC)

Umidade relativa 50%

Quantidade de água antes da compressão:

O teor de água a seguir é obtido à temperatura de 293 K (20 ºC): 100% = 17,3 g/m3

Portanto 50% = 8,65 g/m3

Resulta em 8,65 g/ m3

• 1000 m3/h = 8650 g/h

Quantidade de água depois da compressão:

A quantidade de saturação a seguir é obtida em 313 K (40 ºC): 51,1 g/m3

Resulta em 51,1 g/ m3

• 143 m3/h = 7307 g/h

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

Exemplo de cálculo

2.5 Distribuição de ar

Para assegurar confiabilidade e distribuição de ar livre de falhas, uma série de requisitos devem ser observados. Basicamente, deve-se levar em consideração desde o cálculo do tamanho correto do sistema de tubulações, até o material das tubulações, resistências de fluxo, layout dos tubos e manutenção.

No caso de novas instalações, devem ser feitas previsões em todos os casos para possíveis ampliações 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 segurança apropriada. As válvulas de tampa e de desligamento permitem que num momento posterior a rede seja ampliada.

Perdas ocorrem em todas as tubulações, devido às resistências de fluxo. As resistências de fluxo são representadas por restrições, dobras, derivações e conexões. Essas perdas devem ser compensadas pelo compressor. A queda de pressão na rede inteira deve ser a menor possível.

(23)

Capitulo B-2

23

Para que seja possível calcular a queda de pressão, é necessário saber o comprimento total da tubulação. Para as conexões, derivações e dobras, o comprimento equivalente da tubulação deve ser determinado. A escolha do diâmetro interno correto também depende da pressão operacional e da produção do compressor. Para que se faça a melhor escolha, a utilização de um nomograma pode auxiliar.

Resistências de fluxo

Quaisquer influências ou alterações na direção dentro do sistema de tubulações significam interferências no fluxo de ar e, dessa maneira, um aumento da resistência do fluxo. Essa condição leva a queda de pressão contínua ao longo de todo o sistema. Uma vez que as derivações, dobras, adaptadores e conexões são necessários em todas as redes de ar comprimido, essa queda de pressão não pode ser evitada, entretanto pode ser reduzida consideravelmente montando-se a trajetória da tubulação favoravelmente, escolhendo-se os materiais adequados e encaixando-se as conexões de maneira correta.

Material das tubulações

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

 Baixas perdas de pressão

 Ausência de vazamentos

 Resistência à corrosão

 Capacidade de ampliação do sistema

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Capítulo B-2

Festo Didactic TaC - Treinamento e Consulta

24

As flutuações de pressão na rede tornam necessário assegurar que os canos estão montados firmemente para que se evitem vazamentos nas conexões rosqueáveis e soldadas.

Figura 2.8

Sistema de fornecimento de ar

Além do cálculo correto do tamanho da tubulação, e da qualidade do material dos canos, o layout correto do sistema de tubos é um fator decisivo para que se determine a operação mais econômica do sistema de ar comprimido. O sistema é alimentado com ar comprimido em intervalos pelo compressor. Freqüentemente, o consumo dos dispositivos aumenta não só por um curto período de tempo. Isso pode acarretar condições desfavoráveis 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 condições para uma pressão constante.

Layout da tubulação

(25)

Capitulo B-2

25

Para que a manutenção, reparos ou ampliação da rede sejam mais fáceis, sem a interferência do suprimento de ar total, é recomendável subdividir a rede em seções individuais. As derivações com peças em

“T” e tubos de distribuição com acoplamento tornam isso possível. É

recomendável que se encaixem as derivações com válvulas de esfera padrão ou válvulas de desligamento.

Figura 2.10 Rede interconectada

Mesmo com a melhor separação de água sendo feita no sistema gerador de pressão, a pressão sofre queda e um resfriamento externo pode produzir condensação no sistema de tubulação. Para descarregar a condensação, os canos devem ser inclinados 1-2%; isso também pode ser realizado em estágios. A condensação pode então ser drenada do sistema por meio de separadores de água no ponto mais baixo.

2.6 Unidade de tratamento de ar

As funções individuais da preparação do ar comprimido, isto é, a filtragem, regulagem e lubrificação, podem ser feitas completamente por componentes individuais. Essas funções são normalmente combinadas em uma só unidade, isto é, a unidade de tratamento de ar. As unidades de tratamento de ar são conectadas em todos os sistemas pneumáticos.

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Capítulo B-2

Festo Didactic TaC - Treinamento e Consulta

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A água condensada, contaminação e o excesso de óleo podem levar ao desgaste das peças que se movem e das vedações dos componentes pneumáticos. Essas substâncias podem escapar como conseqüência de vazamentos. Sem a utilização dos filtros, por exemplo, os produtos a serem processados nas indústrias de alimentos, produtos farmacêuticos e produtos químicos podem se tornar contaminados e, portanto, inúteis.

Filtro de ar comprimido

Figura 2.11

Filtro de ar comprimido

(27)

Capitulo B-2

27

Se uma grande quantidade de condensado for acumulada, é recomendável acoplar um dreno automático no lugar de um dreno operado manualmente. Entretanto, em tais casos, deve-se determinar a causa dessa condensação acumulada. Por exemplo, um layout inapropriado da tubulação pode ser a causa do acúmulo da condensação.

O dreno automático utiliza um flutuador para determinar o nível da condensação no vaso e quando o limite for atingido, um pistão de controle abre o assento da válvula, que por sua vez expele a condensação sob pressão do ar, por meio de uma linha de drenagem. Se o flutuador atingir o nível mínimo de condensação, a válvula de assento é fechada e o processo é interrompido. O vaso de filtragem também pode ser esvaziado manualmente.

O ar comprimido se move através do filtro da esquerda para a direita, e é alimentado através de uma placa defletora no recipiente de filtragem. A placa defletora faz o ar girar, e as partículas mais pesadas e gotas de água são giradas pela força centrífuga contra a parede interna do filtro. Então elas escorrem pela parede do invólucro e se alojam no filtro. O ar, que foi previamente limpo através desse percurso, passa então através do elemento do filtro, o qual retém as partículas menores de sujeira. O elemento do filtro, neste caso, consiste de um material sinterizado altamente poroso. O grau de separação depende do tamanho do poro do elemento do filtro utilizado. Elementos com diversos tamanhos de poro estão disponíveis. Os tamanhos de poro mais comuns estão entre 5 microns e 40 microns.

Uma característica importante adicional dos filtros de ar comprimido é o grau de separação, ou eficiência, que indica o percentual de partículas de um tamanho específico que podem ser separadas. A eficiência está relacionada com o tamanho da partícula, por exemplo, eficiência de 99,99% para 5 microns. Com os micro-filtros, 99,999% das partículas maiores do que 0,01 m podem ser filtradas.

A ação de filtragem de um filtro de ar comprimido é interrompida, mesmo após um longo tempo de serviço e com uma alta contaminação. Entretanto, nessas condições, a queda de pressão se torna desproporcionalmente alta e o filtro passa a causar desperdício de energia.

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Capítulo B-2

Festo Didactic TaC - Treinamento e Consulta

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

 Substituição ou limpeza do elemento do filtro.

 Drenagem da condensação.

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

Manutenção

O ar comprimido gerado por um compressor irá flutuar. Alterações nos índices de pressão no sistema de tubulação podem afetar adversamente as características de troca das válvulas, o tempo de operação dos cilindros e as características de controle de tempo do controle de fluxo e das válvulas de memória.

Um nível de pressão constante é, dessa maneira, um pré-requisito para uma operação livre de falhas, em um controle pneumático. Para que haja condições de pressão constante, os reguladores são ajustados em uma posição central na rede de ar comprimido, para assegurar que exista um fornecimento de pressão constante (pressão secundária), independente das flutuações de pressão na volta principal (pressão primária). O redutor de pressão ou o regulador de pressão é colocado no filtro de ar comprimido e tem a função de manter constante a pressão operacional, apesar das flutuações de pressão ou do consumo de ar no sistema. A pressão do ar deve ser adequada às necessidades individuais de cada seção da planta.

A pressão do sistema, que provou na prática ser o melhor compromisso técnico e econômico entre a geração de ar comprimido e a eficiência dos componentes é aproximadamente:

 600 kPa (6 bar) na seção de energia e

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

Uma pressão operacional mais alta pode levar a utilização ineficiente de energia e ao aumento do desgaste, enquanto uma pressão operacional mais baixa pode levar a pouca eficiência, particularmente na seção de energia.

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Capitulo B-2

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Figura 2.12 Regulador de Pressão: alívio

Princípio

operacional A pressão de entrada (pressão primária) no regulador de pressão deve sempre ser mais alta do que a pressão de saída (pressão secundária).

A pressão é regulada por um diafragma. A pressão de saída atua em um lado do diafragma uma mola atua no outro lado. A força da mola pode ser ajustada por meio de um parafuso de ajuste.

Quando a pressão de saída aumenta, por exemplo, durante as alterações de carga do cilindro, o diafragma se move contra a força da mola, fazendo com que a seção transversal de saída no assento da válvula seja reduzida ou mesmo fechada completamente. Então, a peça central do diafragma se abre e o ar comprimido pode fluir para a atmosfera através de orifícios de ventilação no invólucro.

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Capítulo B-2

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Figura 2.13

Regulador de pressão: sem alívio

Se nenhum ar for drenado no lado secundário, a pressão aumenta e pressiona o diafragma contra a mola de compressão. A seção transversal de saída no assento da válvula é reduzida ou fechada e o fluxo de ar é reduzido ou interrompido por completo. O ar comprimido continuará a fluir somente quando o ar for expelido no lado secundário.

Princípio operacional

Como regra, o ar comprimido que é gerado deve ser seco, isto é, livre de óleo. Para alguns componentes, o ar lubrificado pode causar danos, enquanto para outros ele é indispensável. Entretanto, para os componentes de energia ele pode ser necessário em certos casos. Portanto, a lubrificação do ar comprimido deve sempre ser limitada às seções da planta que necessitem de lubrificação. Para esta finalidade, lubrificadores de vapor são colocados para alimentar o ar comprimido com óleos escolhidos especialmente. Os óleos que são introduzidos no ar do compressor não são adequados para a lubrificação dos componentes do sistema de controle.

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Como um princípio geral, os cilindros com vedação resistente ao calor não devem ser alimentados com ar comprimido lubrificado, uma vez que uma graxa especial que forma a lubrificação original pode ser removida.

Se os sistemas que estava sendo operados com lubrificação são convertidos em ar comprimido não lubrificado, a lubrificação original das válvulas e dos cilindros deve ser renovada, uma vez que elas podem ter sido removidas em alguns momentos.

Figura 2.14 Lubrificador

A lubrificação do ar comprimido por meio de lubrificadores de vapor pode ser necessária em certos casos:

 Onde movimentos oscilatórios extremamente rápidos são necessários

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Capítulo B-2

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

 Mau-funcionamento dos componentes.

 Aumento nos problemas ambientais.

 Danos aos componentes após um tempo ocioso prolongado.

O ar comprimido que passa através do lubrificador causa uma queda de pressão entre o reservatório de óleo e a parte superior do lubrificador. A diferença de pressão é suficiente para forçar o óleo para cima, através de um duto onde ele começa a respingar em um bocal que pode ser visto através de um vidro de inspeção. O óleo é então atomizado e integrado à corrente de ar para um maior ou menor volume.

Princípio operacional

É possível verificar a dosagem de óleo, como se segue:

Um valor de referência para a dosagem de óleo é a quantidade de 1 a 10 gotas por metro cúbico de ar comprimido. A medição correta pode ser verificada da seguinte maneira: Um pedaço de papelão branco deve ser segurado a uma distância de aproximadamente 10 cm. da via do exaustor da válvula de energia do cilindro, que está mais longe do lubrificador. Se o sistema for colocado em operação por algum tempo, será possível observar somente uma pálida cor amarela no papelão. Se o óleo começar a respingar, é um sinal claro de que houve excesso de lubrificação.

Verificando a dosagem

Até uns poucos anos atrás, a visão geral era de que o óleo descarregado pelo compressor poderia ser utilizado como lubrificante para os componentes de energia. Atualmente, foi reconhecido que isso não é possível. Uma vez que o nível de calor produzido no compressor é muito alto, o óleo é carbonizado e o vapor de óleo é exaurido. Isso leva a uma ação abrasiva nos cilindros e válvulas, e o serviço é reduzido consideravelmente.

Outro problema é que o óleo depositado nas paredes internas das tubulações é eventualmente absorvido de uma maneira descontrolada pelo fluxo de ar. Este fato isoladamente faz com que a distribuição controlada e efetiva seja impossível. Um cano que tenha sido contaminado dessa maneira não pode mais ser higienizado sem ser desmontado. Outra desvantagem é a formação 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 não funcionam corretamente.

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A lubrificação do ar comprimido deve ser restrita unicamente aos componentes do sistema que necessitem disso. A melhor maneira de fornecer óleo é instalar lubrificadores diretamente dos dispositivos que consomem ar lubrificado. Os componentes com auto-lubrificação devem ser selecionados para a seção de controle de um sistema pneumático. Portanto, a regra básica deve ser: Preparação de ar comprimido na forma livre de óleo.

Os pontos a seguir devem ser observados na prática diária:

 Tanto quanto possível, deve-se evitar que os óleos do compressor entrem na rede de ar comprimido (separadores de óleo devem ser colocados).

 Para a operação, instale componentes os quais podem funcionar também sem ar comprimido lubrificado.

 Uma vez que o sistema foi operado e funcionou com óleo, a lubrificação deve ser regular, dado que a lubrificação original dos componentes será removida devido ao óleo.

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 pressão nas unidades. É importante observar os valores especificados pelo fabricante.

 A pressão de operação não deve exceder o valor estabelecido na unidade de tratamento. A temperatura ambiente não deve exceder 50 ºC (valores máximos para recipientes plásticos).

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Figura 2.16

Unidade de tratamento: símbolos

As medidas da rotina de serviço a seguir são necessárias em bases normais:

 Filtro de ar comprimido:

O nível de condensação deve ser verificado regularmente, uma vez que o nível indicado no visor não deve ser ultrapassado. Se o nível é excedido, pode resultar em condensação acumulada sendo inserida nas linhas de fornecimento de ar. A condensação em excesso pode ser drenada utilizando-se um dreno no visor. O cartucho de filtragem também deve ser monitorado para contaminação, e limpo ou substituído se necessário.

 Regulador de ar comprimido:

Este item não requer serviço, desde que seja precedido por um filtro de ar comprimido.

 Lubrificador de ar comprimido:

Se instalado o lubrificador, verifique o nível de óleo no visor e aumente-o, se necessário, para o nível indicado. O filtro plástico e o recipiente do lubrificador não devem ser limpos com tricloretileno. Somente óleos minerais devem ser utilizados para o lubrificador.

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Imagem

Figura 1.1   Pressão do ar
Figura 1.2  Lei de
Figura 2.1  Tipos de  Compressores
Figura 2.2  Reservatório
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Referências

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