Dos antigos gregos provém a expressão “Pneuma” que significa fôlego, vento; filosoficamente, alma. Derivado da palavra “Pneuma”, surgiu entre outros o conceito de “PNEUMÁTICA”: a disciplina que estuda os

Dos antigos gregos provém a expressão

“Pneuma” que significa fôlego, vento;

filosoficamente, alma. Derivado da palavra

“Pneuma”, surgiu entre outros o conceito de

“PNEUMÁTICA”: a disciplina que estuda os

movimentos dos gases e fenômenos dos

gases.

Para respirar, expandimos os pulmões, criando uma pressão interna

negativa, que aspira o ar exterior. Para expulsar o ar, nós contraímos

os pulmões para criar uma pressão positiva. Este compressor natural

tem uma capacidade média de 100 l/min e exerce uma pressão de 0,02

a 0,08 bar. E quando as pessoas gozam de boa saúde, é um

equipamento de insuperável resistência e de custo nulo.

Pode-se imaginar um homem das cavernas a abanar a sua fogueira para a

manter acesa ou aumentar a potencia do fogo. O homem de Neandertal

usava seus pulmões como um compressor para soprar ar nas brasas

incandescentes para acender seus fogos, as tribos da África e da América

do Sul usavam seus pulmões como fonte de ar comprimido para operar

suas zarabatanas.

No século 4.500 a.C. já era conhecido o fole manual, utilizado na fundição de

metais, mas foi por volta de 1.500 a.C. ocorreu um primeiro incremento

tecnológico, por meio de introdução do fole acionado pelos pés. Esses

compressores rudimentares eram feito com peles, operados manualmente,

pelos pés, por animais ou por meio de rodas de água, permaneceram em

uso durante mais de 2000 anos.

Em Alexandria (centro cultural vigoroso no mundo helénico), foram construídas as primeiras máquinas reais, no século III a.C.. Neste mesmo período, Ctesibios fundou a Escola de Mecânicos, também em Alexandria, tornando-se, portanto, o precursor da técnica para comprimir o ar. A Escola de Mecânicos era especializada em Alta Mecânica, e eram construídas

máquinas impulsionadas por ar comprimido.

A primeira utilização prática conhecida do ar comprimido, a construção de

uma catapulta que o utilizava como propulsor, Figura 1, desenvolvida por

Ctesibius, fundador da Escola de Mecânicos em Alexandria, remonta ao ano

250 a.C.

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Ainda hoje se usa a técnica de sopro na produção do vidro, técnica que teve

inicio em 200 a.c. por artesãos Sírios, na zona da antiga Fenícia. As Imagens

seguintes apresentam uma representação egípcia da técnica de sopragem de

vidro e um artesão da era moderna usando a mesma técnica.

CSA 7

Quantidade

O ar, para ser comprimido, é encontrado em quantidades ilimitadas, praticamente em todos os lugares.

Transporte

O AC é facilmente transportável por tubulações, mesmo para distâncias grandes. Não há necessidade de preocupação com o retorno de ar.

Armazenamento

O AC pode ser armazenado em reservatórios para utilização posterior ou em emergências, quando os compressores se encontram desligados.

Temperatura

O trabalho realizado com AC é muito pouco sensível às oscilações da temperatura. Isso garante também, em situações térmicas extremas, um funcionamento seguro.

Propriedades positivas do ar comprimido

Características do Ar e Lei dos Gases

CSA 8

Segurança

Não existe o perigo de explosão ou incêndio. Portanto, é seguro contra explosão e eletrocussão, sendo indicado para aplicações especiais.

Limpeza

O AC é limpo. O ar, que eventualmente escapa das tubulações e outros elementos inadequadamente vedados, não polui o ambiente. Esta é uma exigência nas indústrias alimentícias, têxteis, química, eletrônicas.

Construção de elementos

Os elementos de trabalho são de construção simples e podem ser obtidos a custos vantajosos.

Velocidade

O AC é um meio de trabalho rápido, que permite alcançar altas velocidades de trabalho.

Características do Ar e Lei dos Gases

Propriedades positivas do ar comprimido

Regulagem

As velocidades e forças de trabalho dos elementos a AC são

reguláveis, sem escala. Para isso são exigidos elementos especiais denominados reguladoras de pressão e fluxo.

Seguro contra sobrecargas

Elementos e ferramentas a AC são carregáveis até a parada total e, portanto, seguros contra sobrecargas.

Características do Ar e Lei dos Gases

Propriedades positivas do ar comprimido

CSA 10

Preparação

O ar comprimido requer uma boa preparação. Impureza e umidade devem ser evitadas, pois provocam desgastes nos elementos pneumáticos, oxidação nas tubulações e projeção de óxidos.

Compressibilidade

Não é possível manter uniforme e constante as velocidades dos pistões mediante ar comprimido. Quando é exigível, recorre-se a dispositivos especiais.

Forças

O ar comprimido é econômico somente até determinada força, limitado pela pressão normal de trabalho de 700 kPa (7 bar), e pelo curso e velocidade (o limite está fixado entre 2000 e 3000 N (2000 a 3000 kPa).

Escape de ar

O escape de ar é ruidoso. Mas, com o desenvolvimento de silenciadores, esse problema está solucionado.

Custos

O ar comprimido é uma fonte de energia muito cara. Porém, o alto custo de energia é compensado pelo custo baixo da instalação e pela rentabilidade do ciclo de trabalho.

Características do Ar e Lei dos Gases

Propriedades negativas do ar comprimido

• A composição media do ar seco, é a seguinte:

• Nitrogênio: 78%

• Oxigênio: 21%

• Gases raros: 1% (Hélio, Criptônio, Argônio)

• Outros gases: traços (dióxido de carbono, hidrogênio)

• Vapor d’agua: Sempre presente e depende das condições ambientais

• O ar, assim como todos os gases, tem de ocupar todo o volume de qualquer recipiente, adquirindo o seu formato, já que não tem forma própria. Assim, podemos confina-lo num recipiente com volume determinado e, posteriormente, provocar-lhe uma redução de volume, usando uma de suas propriedades – a compressibilidade..

CSA 11

Características do Ar e Lei dos Gases

CSA 12

Por Blaise Pascal, temos:

• A pressão exercida em um líquido confinado em forma estática atua em todos os sentidos e direções com a mesma intensidade, exercendo forças iguais em áreas iguais.

No SI:

F = Newton (força)

P = Newton/m2 (pressão) A = m² (área)

No MKS*:

F = kgf (força)

P = kgf/cm2 (pressão) A = cm2 (área)

Temos: 1 kgf = 9,8 N

Características do Ar e Lei dos Gases

Nota – Pascal não faz menção ao fator atrito existente quando o líquido está em movimento, pois se baseia na forma estática e não nos líquidos em movimento .

A pressão (p) é dada pela razão entre a força (F) exercida dividida pela área (A) de uma superfície.

𝑝 = ^𝐹

𝐴 𝑃𝑎 [ ^𝑁

𝑚

]

No Sistema Internacional (SI) a unidade de pressão é o Pascal, que por ser uma unidade muito pequena, utiliza-se um múltiplo do mesmo, o bar, múltiplo da Bária: 1 bar = 100 bárias. Bária é a unidade de pressão no sistema c, g, s, e vale uma dyn/cm2

1𝑏𝑎𝑟 = 10

𝑃𝑎 = 0,98

𝑐𝑚²

= 14,5 psi

No Sistema de medida Inglês são muito utilizadas a libra força por polegada quadrada que é chamada também de psi.

1

𝑖𝑛²

= psi = 6890 Pa = 0,0689 bar

CSA 13

Pascal Newton

Características do Ar e Lei dos Gases

CSA 14

Características do Ar e Lei dos Gases

Torr = mm Hg – também chamado Torricelli, é uma unidade de pressão antiga, que equivale a 133,322 Pa. Surgiu quando Evangelista Torricelli inventouo barômetro de mercúrio, em

1643 e tem caído em desuso com o aparecimento de tecnologia mais eficaz para a medição da pressão atmosférica e com a disseminação das unidades do sistema internacional de

unidades.

Torr = mm Hg – É a unidade utilizada na medicina para indicar a pressão sanguínea.

Quando ouvimos que a pressão está 12 x 7 (12 por 7), significa que é equivalente a 12

centímetros de coluna de mercúrio por 7 centímetros de coluna de mercúrio.

Pressão atmosférica: é a pressão exercida pela camada de ar da atmosfera sobre qualquer corpo na superfície da terra. Varia em função da posição e do clima. Ao nível do mar e a temperatura de 20°C, ela vale 1,013 bar.

Pressão relativa: é a pressão medida assumindo como referencia uma outra pressão, normalmente a atmosférica.

Pressão absoluta: é a soma da pressão atmosférica e relativa.

Não existe no ambiente terrestre uma pressão inferior a atmosférica, desta forma, uma pressão entre o valor de zero e o valor da pressão atmosférica e chamado de depressão.

CSA

Quando dizemos que um litro de ar pesa 1, 293 x 10^-3 kg ao nível do mar,

significa que, em altitudes diferentes, o peso do ar tem valores diferentes.

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Características do Ar e Lei dos Gases

CSA 16

Características do Ar e Lei dos Gases

Características do Ar e Lei dos Gases

Lei dos Gases Perfeitos

Os parâmetros que

caracterizam as condições físicas de um gás perfeito são:

pressão, volume e temperatura.

A equação que relaciona os três parâmetros é a lei dos gases perfeitos.

𝑝1. 𝑉1

𝑇1 = 𝑝2. 𝑉2 𝑇2

CSA 17

Características do Ar e Lei dos Gases

Lei de Boyle-Mariotte (Isotérmica): A temperatura constante (T) o volume de um gás perfeito contido em um recipiente é inversamente proporcional a pressão.

𝑝1. 𝑉1 = 𝑝2. 𝑉2 = 𝑝3. 𝑉3

Sabendo que p1 = 10 bar, V1 = 3m3 e V3 é um terço de V1, calcule p3

CSA 18

Características do Ar e Lei dos Gases

Lei de Gay-Lussac (Isobárica): A pressão constante o volume aumenta proporcionalmente a temperatura.

Sabendo que V1 = 3m3, T1 = 20°C e T2 = 40 °C, calcule V2

𝑉1

𝑇1 = 𝑉2 𝑇2

CSA 19

Características do Ar e Lei dos Gases

Lei de Gay-Lussac (Isométrica): A volume constante a pressão aumenta proporcionalmente a temperatura.

Sabendo que p1 = 10 bar, T1 = 20°C e T2 = 40 °C, calcule p2

𝑝1

𝑇1 = 𝑝2 𝑇2

CSA 20

Características do Ar e Lei dos Gases

Vazão:

Em uma tubulação existindo uma diferença de pressão em suas extremidades, temos um fluxo de que é diretamente proporcional àquela pressão.

A intensidade deste fluxo pode ser expressa por meio do conceito de vazão (volumétrica). A vazão “Q” é definida como o volume de ar, V, que passa em uma tubulação na unidade de tempo.

𝑸 = ^𝑽

𝒕 [ ^𝒎

𝒔 ], [ ^𝒍

𝒎𝒊𝒏 ]

𝟏𝒎 ^𝟑 = 1000 litros 𝟏 ^𝒎

𝒉 = ^{𝟏𝟎𝟎𝟎}

𝟔𝟎 =16,67 ^𝒍

𝒎𝒊𝒏

CSA 21