AR COMPRIMIDO2

8/8/2019 AR COMPRIMIDO2

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SMC Pneumticos do Brasil Fundamentos da Pneumtica Eng. Renato DallAmico

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Fundamentos da Pneumtica II

No captulo anterior analisamos as caractersticas fsicas do ar e os fenmenos inerentes aomesmo, como a influencia da temperatura e da umidade. Neste captulo trataremos da produo, condicionamento, tratamento, filtrao, regulao,distribuio, consumo e utilizao. Assim como do trabalho anterior este tambm ser resumidovisando ocupa-los o menor tempo possvel. Um posterior aprofundamento sobre as matriaspoder ser feito consultando minuciosamente os respectivos catlogos de produtos SMC.

3.0 - Presso, Fluxo e VazoA relao mais importante na pneumtica a que existe entre presso e vazo. Se no vejamos:no havendo circulao de ar de um ponto a outro do sistema a presso ser a mesma em todosos pontos, porem se houver circulao do ar de um ponto a outro a presso no primeiro ponto

ser maior que no segundo ponto. circulao chamaremos de fluxo e quantidade de fluxochamaremos de vazo. diferena de presso entre diferentes pontos chamaremos de pressodiferencial ou p (delta pi). Esta diferena depende de trs fatores:

- A presso inicial- A vazo de ar circulante- A resistncia ao fluxo existente entre ambas os pontos

A resistncia ao fluxo de ar um conceito que no tem unidades prprias ( como o Ohm naEletricidade) e na pneumtica inclusive se usa um conceito oposto, isto , procura-se destacar afacilidade ou a aptido que os componentes pneumticos oferecem passagem do ar

comprimido. Este conceito se define, de acordo com os diversos pases, como orifcio equivalenteS , fator Cv ou fator Kv. Em relao Eletricidade digamos que neste caso nos referimos condutncia do circuito.

Estas relaes so de certa maneira similares ao da eletricidade, onde uma diferena de potencial igual Resistncia multiplicado pela Intensidade da corrente (U=RI). Este conceito transferidode alguma forma para a Pneumtica seria como dizer: queda de presso = vazo rea efetiva de passagem, s que, enquanto na Eletricidade as unidades e grandezas so diretamente proporcionais, esta relao para o ar comprimido bastante mais complexa e nunca serproporcional. Razo disto a compressibilidade do ar . Na eletricidade a corrente de 1 ampre(1A) provoca a queda de 1volt (1V) sobre uma resistncia de 1 Ohm ( 1 ) isto seja de 100

para 99 volt como de 5 para 4 volt. Em contra partida, uma queda de presso atravs do mesmoobjeto e com a mesma vazo, pode variar com a variao da presso inicial e com a variao datemperatura por causa da compressibilidade do ar.

Os orifcios de passagem das vlvulas pneumticas, assim como de outros componentes, sobastante complexos e variam de acordo com o desenho e projeto dos mesmos. Por isso muitodifcil medir ou mesmo definir a vazo a no ser por experimentao em laboratrio e testesprticos, s depois que pode ser atribudo um valor equivalente em Kv, Cv ou em S.Por simples aproximao podemos definir que o Cv de 1 = a 18 Smm. Isto , um orifcioequivalente de 18 mm eqivale a uma vazo de Cv1.


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Para uma informao simplificada, pois trata-se de matria complexa que foge ao escopoprincipal deste trabalho, apresentamos os principais mtodos de clculo nos diversos sistemas.

Coeficiente de vazo pelo fator KvO fator Kv define a vazo como sendo um volume de gua , em m/h ou em litros/minutos, quepassa por uma vlvula, sendo a presso de entrada de 6 bar e a de sada de 5 bar ( p =1bar ) a20C. Grosso modo: Kv = 0,8547 Cv

Coeficiente de vazo pelo fator CvO fator Cv define a vazo em Gales Americanos (US-gallons = 3,7854 l) de gua por minutocom um p de 1 PSI e a uma temperatura de 68F ( 20C ). Grosso modo: Cv = 1,17 Kv.

Coeficiente de vazo pelo fator S

Outro mtodo, mais simples, do orifcio equivalente ou rea equivalente. Este mtodoconsiste em comparar uma determinada seco de passagem ( placa de orifcio, diafragma) com apassagem nominal do componente ( vlvulas, conexes, mangueiras etc.. ) e dado em Smm .Grosso modo podemos comparar um coeficiente de vazo Cv 1 = S 18mm, isto , um orifcio de18 mm eqivale a uma vazo de Cv 1. Pelo diagrama abaixo podemos relevar a relao entre apresso e a vazo equivalente atravs de um orifcio de Seco de 1mm = 54,44 Nl/min.

FIG. 3.1- O diagramap/Q mostra a relao entre presso e vazo para um orifcio de reaequivalente a Seco 1mm

Fluxo snico


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O tringulo traado no ngulo inferior direito demarca a zona de fluxo snico, isto , a velocidadedo ar est prximo da velocidade do som ( 334 m/s ), o que provoca uma queda de presso nasada do componente que impossibilita a utilizao prtica . Para haver fluxo necessrio quehaja um diferencial de presso porm existe um limite. Na prtica podemos estimar em torno de 2bar. Caso a presso de trabalho fosse de 6 bar deveramos ter uma presso primaria de 8 bar, quej um limite da chamada presso econmica.

Utilizao do diagramaA escala de presso do lado esquerdo indica ambas as presses, de entrada e de sada. A primeiralinha da esquerda representa fluxo zero, pois a presso de entrada e de sada a mesma. As variascurvas, para presses de entrada de 1 a 10 bar, indicam como a presso decresce ( diminui ) amedida que o fluxo ( vazo ) aumenta.

Exemplo 1: Presso de entrada de 6 bar, queda de presso 1 bar = presso de sada 5 bar.Acompanhamos a linha 6 at o cruzamento com a linha horizontal 5. Deste ponto descemosverticalmente at a linha base que representa a escala de vazo onde encontramos um valor deaprox. 55 l/min. O valor descrito de 54,44 l/min. foi obtido do clculo relatado abaixo. Os valoresdefinem uma vazo nominal Qn e pode ser comparado rapidamente aos valores muitas vezesencontrados em catlogos. Se 54,44 Nl/min a vazo atravs de um orifcio de 1mm ( noconfundir com 1mm de dimetro ) e uma vlvula apresentar um orifcio equivalente de 4,5 mm arespectiva vazo ser de: 54,44 4,5 = 245 Nl/min.

Exemplo 2: Um dado componente com um S de 12mm trabalha a uma presso de 7 bar e oconsumo do sistema de 600 Nl/min. Qual a presso de sada resultante? Uma vazo de 600Nl/min atravs de um S de 12mm corresponde a uma vazo de 600 12 = 50 Nl/min de umS de 1mm . Podemos fazer a converso usando o diagrama, seguimos a curva 7 at ocruzamento com a linha vertical correspondente a 50 Nl/min e neste ponto encontramos um valorde ~ 6,3 bar, teremos ento um p de 0,7 bar bastante compatvel em uso prtico.

O limiar da zona de fluxo snico ou subsnico pode ser facilmente definido quando a relao depresso entre entrada e sada for maior ou menor que 1.896:

Fluxo snico = p1 + 1.013 1.896 (p2 + 1.013 )

Fluxo subsnico =p1 + 1.013 > 1.896 (p2 + 1.013 )

O volume Q para um fluxo subsnico eqivale:

Q = 22,2 S (p2 + 1.013 ) (p1 p2 ) (l/min )

E para um fluxo snico:

Q = 11,1 S (p1 + 1.013 ) ( l/min )


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Observar que em sistemas pneumticos nunca se deve utilizar vazo snica, pois para umapresso de alimentao de 6 bar teramos apenas 2,7 bar na sada de utilizao. Algumaconcesso pode ser feita quando da utilizao de geradores de vcuo.

A tabela abaixo resume os valores comparativos das diversas unidades utilizadas para a definioda vazo:

Unidades S = mm kv =dm/min Kv = m/h Cv = US Gal/min Cv f = Imp.Gal/min

S 1 0,794 0,048 0,055 0,046

kv 1,259 1 0,06 0,07 0,058

Kv 20,979 16,667 1 1,166 1,035

Cv 18 14,3 0,858 1 0,829

f 21,7 17,243 0,967 1,206 1

Fig. 3.2Nos catlogos de produtos podem ser encontradas frmulas de clculos para outras variveis.

4.0 - Qualidade do ar

Como j mencionado em captulos anteriores a qualidade do ar comprimido deve merecersempre o mximo de ateno e cuidado e necessrio sempre insistir com o cliente que asdespesas com os componentes que proporcionam obter um ar comprimido limpo e seco seroamplamente recompensadas com um menor desgaste dos equipamentos pneumticos e

principalmente com a dramtica diminuio das paradas do sistema. Estudos prticosdemonstram que 70% das paradas so provocadas pela m qualidade e o excesso de umidade doar comprimido.

Filtros de entrada ou de admissoA qualidade do ar comea na filtragem do ar de admisso do compressor. A atmosfera tpica dosgrandes centros urbanos pode conter at 40 milhes de partculas slidas por m, como poeira,poluio e sujeira em geral. Se este ar for comprimido para 7 bar a concentrao pode chegar a320 milhes de partculas/m. Por isto muito importante uma filtragem anterior que evita aentrada de partculas abrasivas que danificam as partes internas e mveis do compressor eelementos posteriores. Estes filtros no devem ter uma malha muito pequena pois podem

prejudicar a aspirao do compressor, uma malha acima de 40 micra suficiente e pode sercolocado antes do silenciador, se tiver, evitando assim possveis pulsaes.

Desidratao do ar comprimido

Resfriadores posteriores ( aftercooler )

Ao final da compresso o ar est quente e ao esfriar, o vapor de gua nele contido se condensaem quantidade considervel e se deposita ao longo da tubulao, o que se deve evitar pois eleatingir todo o sistema. A maneira mais efetiva e eficaz de eliminar esta gua resfriar o ar logo


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aps o compressor. Os resfriadores posteriores so trocadores de calor cujo meio de troca podeser ar ventilado ou gua gelada.

Refrigerao por arConsiste de uma serie de tubos, por onde o ar passa, com aletas externas atravs das quais se fazpassar ar frio e forado por ventilador ( tambm conhecido como radiador ). Veja Fig.4.8

Fig. 4.8 Princpio de um pos-resfriador por ar

A temperatura de sada do ar dever ser de aproximadamente 15C acima da temperatura do arde refrigerao. Veja no catlogo a serie HAA7, 15, 22 e 37. ( 4.1-1 ~3 )

Refrigerao por guaConsiste de um tubulo metlico que aloja em seu interior uma outra tubulao aletada queconduz o ar comprimido ainda quente. O tubulo tem uma conexo de entrada e outra de sadapor onde conduzida a gua gelada. Os fluxos de ar e a gua so inversos, isto , o ar entra pelolado contrrio de onde entra a gua que ao passar por labirintos vai trocando calor com o arquente. bom lembrar que o calorpassa sempre do corpo quente para o frio, portanto ser o arque ceder calor para a gua. Este processo nos assegura que a temperatura do ar na sada ser deaproximadamente 10C acima da temperatura da gua gelada.Um dreno automtico acoplado ou incorporado se encarrega de eliminar o condensadoacumulado. Os pos-resfriadores podero ser equipados com uma vlvula de segurana, ummanmetro e se recomenda incluir um termmetro para o ar de sada e outro para a gua deentrada, ou mesmo termmetro diferencial. Veja no catlogo a seria HAW 2, 7, 22, 37, 55, 75 e110. ( 4.1 5 ~7 ).


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Fig. 4.9 Principio de um pos-resfriador por gua gelada

Secadores de arOs pos-resfriadores ( aftercooler ) reduzem a temperatura do ar at uns 10 ou 15C acima datemperatura do meio refrigerante. O controle e comando dos sistemas pneumticos se realizam namaioria das vezes em torno dos 20C de temperatura ambiente. Isto poderia sugerir que nohaveria mais problema com o condensado e que a umidade restante seria devolvida para aatmosfera atravs da exausto das vlvulas, mas no bem isto que acontece na prtica. No raro que durante a noite a temperatura de sada do ar dos trocadores de calor esteja mais alta doque a temperatura ambiente, principalmente nos reservatrios e nas tubulaes. Esta situao

provoca uma nova precipitao de gua condensada. A medida a ser adotada a reduo doponto de orvalho, o qual se define como a temperatura da qual o ar est completamente saturadode umidade, isto , a 100% de umidade relativa. Quanto mais baixo for o ponto de orvalho menorser a umidade restante no ar comprimido.

Existem trs tipos principais de secadores que operam por processos de absoro, adsoro erefrigerao.

Secagem por absoro ( deliqescente ou coalescente )Este um processo qumico no qual o ar forado atravs de materiais absorventes, contidosnum reservatrio, que capturam as molculas de vapor de gua. Estes materiais higroscpicos,

como gesso desidratado, cloreto de clcio, cloreto de ltio, cloreto de magnsio etc.., retm a guae se mistura com ela formando uma soluo a qual dever ser drenada periodicamente pelo fundodo reservatrio. Como este material se desgasta com o tempo necessria uma reposiofreqente. O ponto de orvalho mx. que pode ser atingido por este processo est em torno de 5Ce a temperatura do ar de entrada no deve ultrapassar os 30C. Por ser pouco eficiente e demanuteno trabalhosa, alem de apresentar concentrao de partculas slidas corrosivas na sadaeste tipo de secador caiu em desuso.


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Fig. 4.10 Principio de um secador por absoroSecagem por adsoro ( dessecante )Trata-se de um processo fsico que consiste em forar a passagem do ar comprimido midoatravs de um produto adsorvente o qual permite que as molculas de gua se depositam poraderncia em sua superfcie sem no entanto se misturar com elas.

Dentro de reservatrios cilndricos dispostos verticalmente coloca-se material adsorvente comoslica gel ou alumina ativada, materiais estes porosos e granulados, que quando saturados podemser regenerados fazendo-se circular ar quente em sentido contrario ao do processo de secagem.


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Normalmente usa-se parte do prprio ar que acabou de ser tratado. Consiste de dois cilindrosinterligados que trabalham alternadamente, isto , em quanto um cilindro esta secando o arcomprimido o outro esta em fase de regenerao. Uma vlvula direcional de 4/2 ou 5/2 viasdireciona o ar mido para um dos cilindros, a fim que seja secado, enquanto de 10 a 20% do arseco na sada desviado por outra passagem restringida em sentido contrrio a fim de regenerar oproduto dessecante. Um temporizador ou um sensor de umidade se encarregam de comandar avlvula direcional para que esta alterne o ciclo de secagem/regenerao.

A eficincia deste processo muito superior ao anteriormente descrito, o ponto de orvalho podechegar a 40C e em alguns casos a 50C. Veja catlogo 4, pag. 4.3-30,31 e 32 , serie ID20, 30,40 e 60. Um indicador de cor pode ser incorporado para indicar o grau de saturao.

Fig. 4.11 Principio de um secador por adsoro


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Uma micro filtragem essencialpara evitar que partculas slidas do produto secante, muitoabrasivo, alcancem o resto da instalao.O custo inicial da instalao e operao mais alto mas a simplicidade da manuteno e suaeficincia torna o custo final bem mais vantajoso.

Secagem por refrigeraoConsiste de uma unidade mecnica que incorpora um circuito de refrigerao com doistrocadores de calor. O ar mido e a uma temperatura mais elevada pr resfriado no primeirotrocador transferindo parte do seu calor ao ar frio de sada. Ento no segundo trocador o ar entraem contato com as serpentinas do refrigerador, por onde circula o gs Freon (R12 ou R22) emprocesso de expanso ( refrigerao = extrao de calor ).

Nesta etapa acontece uma drstica queda de temperatura onde acontece uma condensao daumidade e das partculas de leo que so automaticamente drenadas. Em seguida, o ar frio e secose dirige para a sada passando pelo primeiro trocador de calor, onde ele recebe calor do ar deentrada, desta forma, ao aquecer-se aumenta seu volume, e baixando a umidade relativa evita aformao de orvalho na tubulao de sada para o resto da instalao.

Mediante mtodos modernos normal atingir temperaturas do ar de sada em torno de 2Cembora temperaturas de 5C suficiente para a maioria das aplicaes da Pneumtica.A temperatura do ar de entrada pode ser de at 60C porm mais econmico se houver um prresfriamento do ar de entrada para algo em torno de 25~35C.

Fig. 4.12 Principio do secador de ar por refrigerao


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Como regra geral o custo de secagem do ar comprimido representa de 10~20% do custo total dagerao de ar comprimido. Em compensao a no instalao de um bom sistema de tratamentodo ar comprimido compromete o bom funcionamento do sistema como um todo, aumentando oscustos de manuteno que somados s possveis e freqentes paradas da produo de longesuperam os custos iniciais de um bom sistema de tratamento do ar comprimido.

Filtro da linha principal

aconselhvel a colocao de um filtro de grande capacidade e baixa perda de carga (pmnimo) logo aps o reservatrio a fim de retirar os resduos de leo proveniente do compressore uma parcela de umidade do ar para evitar uma possvel emulso destes dois elementos ( gua

leitosa que se forma na tubulao). Estes filtros no possuem defletor interno para a separao dagua como os filtros standard descritos a seguir. O ideal seria a instalao de dois filtros emparalelo com um by-pass que permita a troca de cartucho de uma unidade enquanto a outra estem servio e sem a interrupo do fornecimento de ar comprimido. Estes filtros normalmentepossuem um sistema de troca rpida do cartucho filtrante.

Fig. 4.13 Representao de um tpico filtro de linha

Cartucho filtrante

VisorTransparente

Vlvula do dreno


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Distribuio do ar comprimido

Linha principal

A distribuio da energia pneumtica uma das mais simples e baratas, porem deve-se obedeceralgumas regras bsicas. A tubulao principal deve ser sempre superdimensionada a fim de poderconduzir o ar comprimido com a menor perda de carga possvel, armazenar uma maiorquantidade de ar servindo como um outro reservatrio, permitindo um trabalho mais efetivo docompressor diminuindo o ligadesliga deste e principalmente poder atender a demanda futura deuma imprevista ampliao do sistema e conseqente aumento de consumo de ar comprimido.

Deve-se instalar no alto e afastado da parede para permitir uma possvel interveno do pessoalda manuteno, obedecer uma inclinao em declive no sentido do fluxo do ar, de 1%.

Em instalaes de mdio ou grande porte deve-se providenciar registros de isolamento para poderfazer manuteno parcial na tubulao sem a necessidade de interromper o fornecimento geral dear.

A instalao principal pode ser executada em malha aberta ou fechada ( em anel fechado), vejaFig. 4.14 e Fig.4.15. Ambas apresentam vantagens e desvantagens no existindo impecilhosimportantes para a adoo de um modelo ou outro.

Se o modelo em anel fechado oferece a vantagem de um fornecimento de ar comprimido maisimediato e uniforme, ele tem a desvantagem de no apresentar um sentido regular para o

escoamento do condensado, que tende a fluir na direo da maior demanda de ar comprimido,exigindo assim um maior cuidado no projeto do lay-out da tubulao.

A malha aberta, se o tamanho da tubulao estiver no limite, pode apresentar deficincia defornecimento de ar nas extremidades, mas facilitam a coleta de condensado.


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Fig. 4.14 Representao esquemtica de uma instalao em malha aberta

Lembrar sempre que a tubulao da rede de ar comprimido uma tremenda fonte decontaminao do ar, partculas slidas que se desprendem do interior dos tubos, oxidao( ferrugem ), cavacos das roscas e outras impurezas tem um efeito desastroso sobre os modernos

e precisos equipamentos pneumticos atuais ( guias lineares, garras, vlvulas de selo metlico ),portanto nunca dispensar um bom filtro e conscientizar os clientes da importncia destes detalhes.

Fig. 4.15 Representao esquemtica de uma instalao em anel fechado


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Linha secundariaA menos que tenha se instalado eficientes sistemas de secagem, ao entrar em contato com asuperfcie mais fria da tubulao boa parte da gua e do leo vindo do compressor se separa porcondensao.Por isso as tomadas (conexes) de ar para o consumo devem ser feitas pela parte superior datubulao principal impedindo que o eventual condensado existente possa atingir os dispositivosnele conectado e, utilizando-se de curvas suaves para evitar perda de carga por turbulncia.

A bitola do tubo de descida deve ser uma medida acima da inicialmente calculada, isto , se noclculo inicial um tubo de 1/2 seria suficiente colocar um tubo de 3/4.

Um dreno manual ou automtico no ponto mais baixo de cada tubo aconselhvel. Este seriacolocado na extremidade de um conexo em T , sendo que a sada a 90C seria utilizada para aconexo do conjunto de conservao (FRL).

Fig. 4.16 Tomadas de ar (a) e gua condensada (b)

DrenagemPor mais cuidadosa que seja a preparao e a secagem anterior uma pequena quantidade de guacondensada sempre se formar ao longo da tubulao. Por intermdio de armadilhas ( potes deexpanso ) e tubulao apropriada possvel retirar a quase totalidade desta gua. Nos pontos demaior concentrao e em pontos onde esta gua se deposita recomenda-se a instalao de drenos.

Drenagem automticaNas partes mais baixas da tubulao principal providenciar uma tomada para o dreno, estaconectada pela parte inferior da tubulao principal facilitando assim o escoamento docondensado atravs do tubo de descida de bitola semelhante tubulao de consumo. Naextremidade inferior deste tubo instalar preferencialmente um dreno automtico, canalizandoatravs de uma mangueira, a sada do dreno at a galeria pluvial mais prxima.


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Os drenos podem ser manuais, seu funcionamento depende da atuao manual, ou automticos.Estes podem ser de caractersticas construtivas diversas mas em geral se utilizam do nvel internodo condensado acumulado e de um flutuador ( bia ) para atuarem, descarregandoautomaticamente a gua assim que esta atingir uma determinada quantidade ( nvel ) dentro docopo. Assim que a gua se esgotar o dreno fecha-se automaticamente. Veja modelos AD, ADH eADM. Os drenos tambm so conhecidos como purgadores. Veja Fig. 4.17

Fig. 4.17 Dreno automtico com flutuador (bia)

Existem drenos automticos motorizados ( ADM200 ) que funcionam pelo princpio de um cameno eixo de um motor sncrono acionando o pino de uma vlvula de assento que elimina ocondensado. Muito utilizado em unidades mveis ( caminhes, nibus, compressores portteis)por serem resistentes vibraes e permitir montagem em qualquer posio. Veja Fig. 4.18

Fig. 4.18 Dreno automtico motorizado, com came de acionamento


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Dimensionamento da tubulao principal

O custo de instalao de uma tubulao de ar comprimido representa uma parcela significativa nafase inicial de um projeto. Portanto o seu dimensionamento inicial deve levar em conta doisfatores importantes. O primeiro refere-se a menor perda de carga possvel entre a estaoprodutora e os consumidores finais. A queda de presso ideal estaria em 0,1 a 0,2 bar. A segundadeve levar em conta ampliaes futuras e aumento de consumo de ar comprimido. Uma reduoinicial na bitola da tubulao, embora possa baixar os custos, acarreta uma queda de presso queprejudica o rendimento dos equipamentos provocando perdas que podem superar a economiafeita inicialmente. Intil mencionar os prejuzos causados se a instalao precisar ser refeita a fimde aumentar o dimetro dos tubos da rede principal. O custo de uma tubulao com dimetrointerno de 25mm no muito diferente de um com dimetro interno de 50mm, sendo o custo damo de obra o fator mais significativo, porem o aumento da vazo quatro vezes maior. Com

uma tubulao super dimensionada aumenta a armazenagem de ar, melhora sensivelmente a trocade calor ( maior superfcie radiante) que ajuda na separao do condensado e melhorando aqualidade do ar.O tamanho da tubulao principal e suas derivaes se calcula levando em conta as limitaes develocidade do ar recomendadas que de aproximadamente 6m/s, embora em sub- circuitos a umapresso de 6 bar e de pouca extenso o ar pode chegar a 20m/s.Para uma queda de presso de no max. 0,3 bar entre o compressor e os dispositivos podemoscalcular de forma simplificada utilizando o nomgrama Fig.4.19.

Curvas, cotovelos, derivaes em T ou em Y, vlvulas, registros e outras conexes causamperdas de carga por obstruo e atrito que precisa ser levado em conta. Uma forma de calcular transformar estas perdas em comprimento equivalente, isto , como se fossem metros linearesde tubos retos. Os valores muitas vezes so fornecidos em catlogo pelos fabricantes. A tabelaFig. nos d uma idia simplificada destes valores de componentes mais utilizados.

Exemplo (a): Para determinar o tamanho da tubulao para uma vazo de 16.800 Nl/min de ar euma queda de presso mxima de 0,3 bar ( 30 kPa ) em um comprimento de 125m, sendo que ocompressor desliga ao alcanar uma presso de 10 bar e religa a uma presso de 8 bar, tendoento uma presso mdia de 9 bar.

Uma queda de presso de 30 kPa em 125 metros resulta em uma perda de carga eqivalente de:

30 kPa : 125m = 0,24 kPa/m

Utilizando o nomgrama Fig.4.19 traamos uma linha partindo de 9 bar da linha verticalreferente presso passando pelo valor de 0,24 kPa/m na segunda linha vertical referente perdade carga eqivalente at alcanar a linha central de referncia ( ponto X ).Traar outra linha unindo o ponto X ao ponto de interseco de 0,28 Nm/s ( 16.800 Nl/min ) eprolongar a linha at alcanar a ultima linha da direita referente ao dimetro interno da tubulao.O valor encontrado neste caso de aproximadamente de 61 mm e no mercado podemos encontrartubos metlicos com dimetro interno de 65mm ( 2 1/2 ) que satisfazem com certa margemnosso projeto.


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Fig.4.19 Nomgrama para o dimensionamento do dimetro da tubulao

Exemplo (b): Se a mesma tubulao de 125m de comprimento tiver uma serie de acessrioscomo 2 cotovelos, 2 curvas longas de 90, 6 conexes em T e 2 registros de gaveta serianecessrio aumentar o dimetro do tubo?


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Fig. 4.20 Tabela simplificada para o clculo do comprimento eqivalente

Pela tabela Fig. 4.20 - na coluna referente a 65mm nos encontramos os valores referentes aocomprimento eqivalente dos diversos componentes existentes na tubulao.

Portanto, obtidos os valores procede-se soma e encontra-se o total de metros do comprimentoeqivalente que somados ao comprimento da tubulao obtm-se o comprimento total.

Dois cotovelos: 2 1,4 m = 2,8 mDuas curvas de 90: 2 0,8 m = 1,6 mSeis T padro: 6 0,7 m = 4,2 m

Dois registros de gaveta: 2 0,5 m = 1,0 mTotal 9,6 m

Os doze componentes geram uma resistncia ao fluxo de ar eqivalente a aprox. 10 metroslineares de um tubo da mesma bitola.Neste caso o comprimento efetivo da tubulao seria de 125m + 10m = 135m com um p de30 kPa : 135 m = 0,22 kPa/m .

Utilizando novamente o nomgrama Fig.4.19 encontramos um dimetro interno de 65mm o queainda atende satisfatoriamente nosso projeto, uma vez que o dimetro interno real desta bitola de 68mm.

Para a maioria das instalaes usa-se tubos galvanizados ou os chamados tubos pretos de ao1020~1030. Para bitolas at 75mm ( 3 ) pode-se usar acessrios rosqueados acima distorecomenda-se flanges e conexes soldadas.

Nota: ao determinar os tamanhos dos tubos da rede principal levar sempre em

considerao expanses futuras e aumentos de demanda de ar comprimido.


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5.0 - Tratamento do ar comprimidoMesmo com todos os cuidados tomados na fase de produo e distribuio o ar comprimidonecessita ser tratado novamente prximo ao ponto de utilizao.Este tratamento realizado em trs fases distintas. Uma filtragem final, a estabilizao eregulao da presso de trabalho e uma eventual lubrificao.

Filtrao

Filtro padro ( standard )O filtro padro consiste de uma combinao de um separador de gua e de um filtro deimpurezas. Se o ar no foi desidratado anteriormente uma quantidade considervel de gua sercoletada e o filtro reter impurezas slidas como partculas de p, de xido e de escaras.

A separao da gua ocorre principalmente por uma rotao rpida do ar provocada pelo defletorna entrada. As partculas mais pesadas de gua, leo e impurezas so expulsas pela foracentrfuga, por impacto aderem na parede do copo e deslizam para o fundo onde se acumulam,podendo ser retirado por um dreno manual ou automtico. Uma placa separadora cria uma zonade calma abaixo dela evitando que o torvelinho ( vrtice ) de ar arraste o lquido para a sada.

O elemento filtrante retm as partculas mais finas de p, de escaras, de xido e de leocarbonizado quando o ar flui para a sada do filtro. O elemento filtrante padro( AF ) retm todosos contaminantes de at 5 micra, ele pode ser facilmente retirado, lavado e reutilizado variasvezes antes de ser substitudo por estar provocando uma excessiva perda de carga. Se ocondensado apresentar uma cor turva e leitosa sinal de excesso de leo e contaminantes o queencurta sensivelmente a vida til do elemento filtrante. No caso de excesso de condensadorecomenda-se o uso de um dreno automtico.

O copo normalmente feito em policarbonato ( PC ), em ambiente onde o filtro est exposto aocalor, faiscas ou quimicamente agressivos recomendvel o uso de materiais especiais. Comoproteo a choques mecnicos utilizar uma proteo metlica.O policarbonato tolera derivados de petrleo para sua limpeza, entretanto evitar a gasolinadevido a presena de lcool anidro ( 24% do volume) que provoca rachaduras e possvel explosodo copo de policarbonato.


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Fig.5.1 Filtro de ar padro com separador de gua com dreno automtico opcional

Micro filtrosQuando o processo no admite contaminao por vapores de leo deve-se usar filtros micrnicos,( AFM ou AFD ), estes por serem filtros puros no possuem o defletor interno.

O ar flui da entrada para o centro do cartucho e atravs deste para o lado externo e em

seguida para a conexo de sada.

As partculas slidas ficam retidas na malha fina das diversas camadas dos elementos filtrantesenquanto que os vapores de leo e a nvoa de gua ficam retidas nas outras camadas e seaglutinam, por ao coalescente, dentro do material filtrante escorrendo por gravidade para aparte inferior do copo.


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Fig. 5.2 Micro-filtro tpico, coalescente multiestgio


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Filtros sub-micrnicosEstes filtros so capazes de reter e remover virtualmente toda presena de leo e gua contida nofluxo de ar alem de partculas de impurezas abaixo de 0,01m , para proporcionar a mximaproteo na utilizao em dispositivos de medio fina, instrumentao pneumtica, pinturaeletrosttica, limpeza e secagem na montagem de componentes eletrnicos.

O princpio de funcionamento igual ao micro-filtro descrito anteriormente, a diferena queestes possuem camadas adicionais no elemento filtrante de alta eficincia de reteno.

Escolha e seleo de filtros

O tamanho assim como o tipo de filtro a ser definido para uma aplicao especfica dependeinicialmente de trs fatores:

a) A vazo mxima requerida pelo equipamento pneumtico a ser alimentadob) A queda de presso ( p ) mx. aceitvel na aplicao especficac) A qualidade e o grau de limpeza requerida na especificao

Os fabricantes fornecem grficos e diagramas de presso/vazo para permitir uma especificaocorreta do tamanho e do tipo de filtro desejado. Quanto ao grau de limpeza do ar, estodisponveis cartuchos filtrantes de diversos tamanhos de malha.

Qualidade do ar

Nveis de filtraoOs nveis de filtrao ou classes de qualidade so conhecidos tambm por grau de limpeza ouclasse de pureza. So ao todo sete. Ainda no existe uma normatizao em escala mundial.

Em cada pas existe um grau de exigncia diferente. A seguir veremos de forma esquemtica oselementos envolvidos e uma tabela (Fig.5.3) com definies e critrios.

DescrioO ar proveniente do compressor passa por pos-resfriador ( aftercooler ) equipado com drenoautomtico que se encarregam de eliminar uma boa parte do condensado e impurezas. O arposteriormente entra em um reservatrio com dreno automtico instalado na parte inferior,devido a um novo resfriamento, derivado do contato do ar com as paredes internas do tanque,ocorre uma nova condensao eliminada pelo dreno automtico no fundo do reservatrio. Drenosadicionais podem ser instalados, opcionalmente ao longo da tubulao e sempre nas partes maisbaixas desta. O esquema demonstrativo se divide em trs partes principais:

As derivaes 1 e 2 fornecem o ar comprimido diretamente do reservatrio. As derivaes 3,4,5,6fornecem ar comprimido tratado adicionalmente por um secador por refrigerao. A derivao 7inclui um secador por adsoro entre dois micro- filtros .


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Os pontos 1 e 2 equipados com filtro padro (standard) e drenos automticos eliminam boa partedo condensado sedo que o ponto 2 tem um grau de limpeza maior devido a utilizao de micro-filtro.

As derivaes 3,4 e 5 recebem um ar comprimido de melhor qualidade fornecido atravs dosecador por refrigerao. Portanto o ponto 3 no requer um dreno automtico, o ponto 4 nonecessita de uma pr-filtrao e um micro-filtro fornece ar de muito boa qualidade. Enquanto oponto 5 apresenta um incremento na qualidade e no grau de pureza por utilizar um micro-filtro eum filtro sub-micrnico em serie.

O ponto 6 inclui ainda um filtro eliminador de odores alem dos micro e sub-micro filtros.Um secador por adsoro alem dos filtros micrnico e sub-micrnico elimina todos os riscos dapresena de condensado mesmo a baixas temperaturas.

Fig.5.3 Definio esquemtica dos sete graus de limpeza


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Aplicaes tpicas esto listadas na tabela a seguir

Nmero Eliminao de: Aplicao Exemplos tpicos

1 Partculas slidas >5m leolquido >99% - Umidade < 96%

Quando so aceitveisimpurezas, umidade evestgios de leo

Ar para sujeitar, soprare acionamentospneumticos simples

2 Partculas slidas >0,3m Nvoa de leo >99,9% -Umidade saturada > 99%

Quando p fino e nvoade leo no aceitvelmas pode-se correr riscoscom a umidade saturada

Equipamentopneumtico industrialem geral, ferramentase motores pneumticos

3 Umidade at um ponto deorvalho de 17C- demais comoem (1)

Quando a remoo daumidade imperativo mastraos de p fino e nvoade leo so aceitveis

Anlogo a (1) mascomo o ar seco pode-se usar em pintura emspray

4 Partculas slidas >0,3m nvoade leo >99,9% Umidade mx.para um ponto de orvalho - 17C

Quando a umidade no aceitvel mas p fino etraos de leo aceitvel

Controle de processos,Instrumentos demedio, esfriamentoem fundio, injeode moldagem

5 Partculas slidas >0,01mNvoa de leo >99,9999%Umidade como em (4)

Quando se requer ar puro,praticamente livre dequalquer impureza

Dispositivospneumticos demedio de preciso,pintura eletrosttica,limpeza e secagem deconjuntos eletrnicos.

6 Como em (5) mas com remoode odores

Quando o ar puro extremamente necessrio,como em (5) mas ar livrede odores requerido

Ind. Farmacutica, ind.Alimentcia, transportepneum., fermentao ear para respirao.

7 Todas as impurezas como em (6)mas com um ponto de orvalhoabaixo de 30C.

Quando necessrioevitar qualquer risco decondensao durante aexpanso e a baixastemperaturas.

Secagem decomponenteseletrnicos,Armazenagem deprodutos farmacuticosinstrumentos nuticosde medio

Fig.5.4 Tabela e definies de aplicaes tpicas das sete classes de limpeza (resumo)

Regulao da pressoA regulao da presso se faz necessria por vrios motivos. Se uma presso alta seria desejvel( 10~15 bar) na prtica ela se torna muito cara, alm de provocar desgaste prematuro noscomponentes pneumticos, no gerando nenhum benefcio.

Uma presso demasiadamente baixa, ( 3 ~4 bar) fcil de produzir, torna-se antieconmica devido baixa eficincia. Outra razo para uma boa regulao est no fato de a presso no sistema de


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distribuio ser muito instvel, oscilando constantemente devido ao consumo varivel e prpriaregulagem do regime de trabalho dos compressores.

Portanto estabeleceu-se na prtica que a presso econmica estaria na faixa de 6 ~7 bar ( 0,6~0,7 MPa ). A maioria dos fabricantes de equipamentos pneumticos adotaram estes valores.Para quem adota o sistema anglo-americano esta presso seria de 85 ~100 PSI.

Regulador padro ( standard )Os reguladores de presso operam pelo princpio da balana de foras. Este processo pode serfeito por um mbolo ou um diafragma em contraposio as foras ajustveis de molas e dapresso de sada. Os reguladores so conhecidos tambm como redutores de presso, uma vezque a presso de entrada, dita primria, deve ser sempre superior presso desejada na sada, ditasecundria. bom lembrar que quando a presso secundria for igual primria o regulador depresso perde sua funo.

Princpio de funcionamentoA presso de sada se regula ajustando a carga da mola principal atravs do parafuso de ajustecom manopla. A mola apoiada sobre o ncleo da membrana central desloca para baixo umpequeno mbolo abrindo a vlvula de passagem de ar, este ar (p1), numa determinada vazo epresso vai para a conexo de sada (p2) e atravs de um pequeno furo vai tambm agir sob a reada membrana se contrapondo fora da mola principal.

Neste momento que se estabelece o balano de foras. Se chamamos a fora da mola principalde F1 e o produto da presso secundria pela rea (p2 A ) da membrana de fora F2 , a pequenafora exercida pela mola de retorno da vlvula de passagem de fora F3 teremos a seguinte

equao ao se estabelecer o equilbrio de foras:

F1 = ( F2 + F3) R ( R= atrito da junta de vedao do mbolo ).

Enquanto este equilbrio de foras for constante a presso secundria e a vazo atravs da

vlvula ser constante.

A ao reguladora se d da seguinte forma: se o consumo de ar aumentar na sada a pressoembaixo da membrana tende a diminuir, consequentemente a fora F2 tambm diminui alterandoo balano de foras a favor de F1 que empurrar o mbolo para baixo aumentando a passagem dear restabelecendo a demanda e consequentemente a presso secundria mas com uma vazo

maior. Ao contrrio, se o consumo diminuir a presso secundria tende a subir para se aproximarda presso primria maior. Novamente teremos a alterao do balano de foras desta vez a favorde F2 que empurrar a membrana para cima, a mola de retorno F3 se encarregar de fechar avlvula diminuindo a vazo a fim de atender a diminuio do consumo.

No havendo consumo a presso secundria tende a aumentar empurrando a membrana at fechara vlvula que permanecer fechada enquanto no houver consumo.


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Fig.5.5 Principio de um regulador de presso

Outra forma de alterar o balano de foras e a presso secundria atravs de uma ao decomando que consiste em atuar no parafuso que pressiona a mola F1. A reao da reguladora sedar como descrito acima.

Caso haja uma contra presso na sada, provocada pelo processo, o equilbrio no se altera mashaver um timo em que a membrana ser empurrada para cima provocando um alivio da pressoatravs do orifcio existente no ncleo da membrana e do orifcio na tampa superior dareguladora. Fig. 5.6


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Fig.5.6 Funo de alivio em um regulador de presso

Obs.: no confundir estes orifcios como vias de exausto. No obstruir o furo da tampa

superior. Os reguladores tambm so conhecidos como redutores de presso

Com ndices elevados de vazo ocorre um fenmeno que deve ser observado. Quando isto ocorrea vlvula de passagem do regulador fica totalmente aberta para atender a demanda e a molaprincipal fica praticamente toda estendida deixando o equilbrio de foras muito sensvel. Estefenmeno pode ser parcialmente atenuado criando-se uma terceira cmara p3, logo abaixo damembrana principal e uma pequena passagem entre a cmara da presso secundria p2, nestapassagem pode se inserir um pequeno tubo com uma extremidade cortada em ngulo e com a

face voltada para a sada. Isto permite que a presso esttica na cmara p3 seja mais baixa devido velocidade mais elevada no pequeno tubo ( Bernoulli ) compensando assim o equilbrio deforas entre a mola estendida, mais fraca, e a presso esttica mais baixa, F2 mais fraca.


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Fig.5.7 Principio de um regulador com compensao de vazo

Em relao ao modelo esquematicamente representado na Fig.5.7 ainda resta um pequenoinconveniente. Se a presso de entrada aumenta sensivelmente altera-se o equilbrio de forasprovocado pelo aumento de F2 o leva a uma reduo da passagem na vlvula provocando umaligeira reduo da presso secundria. Este problema pode ser compensado com a utilizao dereguladores de presso que possuem reas iguais nas cmaras de entrada e de sada comodemonstrado no modelo da Fig.5.8 .

As partes mais importantes so:

1. Parafuso de ajuste

2. Mola reguladora3. Ncleo com orifcio de alvio4. Diafragma (membrana)5. Cmara de compensao da vazo

6. Tubo de compensao da vazo

7. Vlvula de passagem8. O-Ring de compensao da presso9. Mola de retorno da vlvula

10. O-Ring de compensao da vazo


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Fig.5.8 - Regulador de presso completamente compensado

1- Parafuso de ajuste2- Mola reguladora3- Ncleo com orifcio de

alivio4- Diafragma ( Membrana )5- Cmara de compensao

de vazo6- Tubo de compensao de

vazo

7- Vlvula de passagem8- O-Ring de compensao de

presso9- Mola de retorno da vlvula10- O-Ring de compensao de

vazo


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Regulador de presso pilotado pneumaticamenteEste regulador se constitui de um regulador de presso que tem na parte superior outro reguladorque substitui a mola principal de regulagem. Estes modelos apresentam grande preciso mesmoem altas vazes. O regulador piloto fornece ou aliva o ar de pilotagem apenas nas fases decorreo da presso secundria. Em altas vazes no apresenta o problema de distenso da molaprincipal.

Fig.5.9 Regulador com piloto pneumtico de comando


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Elementos combinados

Filtro-regulador de pressoA combinao de filtro-regulador apresenta como principal vantagem a economia de espao toimportante hoje em dia nas montagens de mquinas e dispositivos.Estas unidades compactas so conhecidas como conjuntos de conservao e podem ter acopladosum terceiro elemento: o lubrificador

Caractersticas, escolha e seleoA escolha da unidade deve levar em considerao a vazo desejada e a mnima variao depresso na maior parte da gama de utilizao que a unidade permite.Os fabricantes fornecem em catlogo grficos informativos que esclarecem estas caractersticas.

O mais importante o grfico Q/p2 ( vazo/presso secundria ) Fig.5.11. Ele demonstra como apressop2 diminui com o aumento da vazo. A curva se divide em trs fases distintas:

1- Inicio do arranque, pouco consumo tendo uma pequena passagem de ar na vlvula depassagem o que ainda no permite uma regulagem real e efetiva.

2- A faixa ideal de regulao e

3- a faixa de saturao; a vlvula est totalmente aberta no permitindo mais regulagem posterior.


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Fig.5.10 Combinao de um Filtro - Regulador tpico

O dimensionamento destas unidades deve levar em conta como principal aspecto a quantidade defluxo requerido no projeto. Para o regulador a vazo mdia requerida deve ficar na metade dafaixa de vazo ( parte II (a) do grfico Q/p2 ). Para o filtro deve-se levar em conta a perda de

carga p. Para um filtro separador padro ( no um filtro de linha ) uma queda de 0,2 bar ser o

ideal para assegurar um bom funcionamento. Com uma vazo mxima o delta pi ( p) deverficar sempre abaixo de 1 bar. O tamanho do componente deve ser escolhido pela vazo requeridae no pela rosca das conexes, mesmo que estas tenham que ser adaptadas tubulao existente.


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Fig.5.11 Caractersticas tpicas do comportamento vazo/pressoa: Regulador b: Filtro

Ar comprimido lubrificadoA lubrificao j no uma necessidade para os equipamentos pneumticos modernos, que j sofornecidos pr lubrificados para toda sua vida til.

A durao e o rendimento destes equipamentos satisfazem plenamente as necessidades dasmodernas mquinas e dispositivos de hoje graas ao alto nmero de ciclos que suportam.


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As vantagens de sistemas no lubrificados so varias:

a) Economia no custo do equipamento de lubrificao, do estoque do leo e da mo de obra demanuteno do nvel no lubrificador

b) mais limpo. Os sistemas so mais higinicos e isto importante nas fabricas modernas,principalmente nas industrias alimentcias, farmacuticas e eletro-eletrnica.

c) A atmosfera fica mais limpa proporcionando um ambiente de trabalho mais saudvel eseguro.

Ainda existem componentes que necessitam de lubrificao. Para estes casos acrescenta-se umlubrificador que fornece lubrificao em forma de uma nvoa de leo misturada ao fluxo de ar eque atingem os equipamentos.

Caso o leo atinja equipamentos que no necessitam de lubrificao ele dissolve a graxapermanente anulando esta propriedade, passando ento a necessitar definitivamente de

lubrificao.

Devemos lembrar que um excesso de lubrificao mais prejudicial que a falta dela. Observareste lembrete quando existirem no circuito cilindros pneumticos com amortecimento regulvelnos fins de curso. O leo ali se acumula e por ser quase incompressvel anula o efeito do mesmo.Este fenmeno conhecido como calo hidrulico.

Lubrificador proporcional

Num lubrificador (proporcional) a queda de presso entre a entrada e a sada diretamenteproporcional vazo de ar, este diferencial provoca a elevao do leo, existente no copo dolubrificador, at o visor que contem um gotejador.

Com uma restrio fixa, uma vazo elevada cria um diferencial de presso elevado que resultarianum gotejamento de leo muito grande proporcionando uma mistura ar/leo muito ricainundando o sistema pneumtico.

Em contra partida, uma pequena vazo gera um diferencial muito baixo produzindo uma misturamuito pobre, correndo-se o risco de no realizar nenhuma lubrificao.

Para solucionar estes inconvenientes o lubrificador proporcional possui um sistema que autoregula a seco transversal de passagem (restritor) a fim de produzir uma mistura constante.

O ar que entra em A segue dois caminhos, uma parte segue em direo sada passando poruma palheta amortizadora ( damper ) e outra parte entra no copo de leo atravs da vlvula dereteno.

Quando no tem vazo a presso sobre a superfcie de leo, no tubo capilar e no gotejador amesma, portanto no existe movimento de leo.


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Quando o ar flui da entrada para a sada do elemento a palheta amortecedora gera um diferencialde presso que aumenta proporcionalmente com a vazo.

Como o visualizador de gotejamento est ligado por um furo capilar com duto de baixa pressologo aps a palheta, a presso no visor menor que a existente na superfcie do leo. Estadiferena de presso fora o leo a subir pelo tubo que passa por uma vlvula de reteno e porum parafuso dosador ( regulador de fluxo ).

Uma vez no visor o leo infiltra-se pelo furo capilar at alcanar o fluxo de ar no ponto de maiorvelocidade. Neste ponto a gota de leo pulverizada ( atomizadas ) formando uma misturahomognea com o ar devido ao vrtice provocado pela turbulncia aps a palheta amortecedora.

A palheta amortecedora construda com material flexvel que se dobra com a passagem do fluxode ar aumentando ou diminuindo a passagem de acordo com a variao da vazo. Desta forma ela

mantm uma relao proporcional com o delta pi e consequentemente uma mistura uniforme deleo/ar.

A vlvula reguladora de fluxo serve para dosar a quantidade de leo desejada e a vlvula dereteno no permite o retorno de leo para o copo quando no tem vazo.

A vlvula de reteno do ar permite que a unidade seja reabastecida sem precisar fechar o arinterrompendo o trabalho.

A quantidade de leo a ser acrescentada ao ar depende das condies especficas, em geral deuma a duas gotas de leo a cada ciclo da mquina suficiente.

Recomenda-se a utilizao de leo mineral sem aditivos com uma viscosidade de 32 centi-stokes( ISO standard VG32 ). Varias empresas possuem leo especial para lubrificao do arcomprimido com alta capacidade de mistura sem perder as propriedades de lubrificao.


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Fig.5.12 Princpio esquemtico de um Lubrificador proporcional

Unidades combinadas Filtro-Regulador-LubrificadorAs unidades individuais podem ser conectadas entre si por conexes roscadas ou atravs degrampos especiais de unio. Em configuraes recentes possvel configurar conjuntos dos maisdiversos. A colocao de suportes assim como de vlvulas de fechamento, pressosttos, vlvulasde partida suave, vlvulas de emergncia e derivaes so bastante facilitados.

Vedaes estticas entre as faces(O-Ring) eliminam a necessidade de conexes roscadas e deunies. A conexo estanque e o aspecto bastante compacto.


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Fig. 5.13 Unidade modular compacta de um Filtro- Regulador-Lubrificador(FRL)

O dimensionamento desta unidade deve priorizar a vazo mxima requerida pelo sistema,levando em conta a Unidade de menor vazo. A colocao deve ser sempre na horizontal e depreferncia colocar um registro entre a Unidade e a tubulao.

Caso se opte por uma vlvula de fechamento rpido esta deve ser colocada aps a Unidade paraevitar, caso fosse colocado antes, um retorno de ar do sistema que poderia danificar o colapso doelemento filtrante, da membrana do regulador de presso alm do retorno de leo encharcando ofiltro.


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6.0 - Atuadores

Os atuadores pneumticos, conhecidos tambm como elementos de trabalho, so aquelescomponentes que transformam

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