O ar comprimido

O ar comprimido é usado como condutor de energia em áreas de aplicação industriais ao lado de outros condutores como: fluídos em sistemas hidráulicos e energia elétrica em sistemas elétricos.

Todos esses condutores de energia têm algo em comum:

► A capacidade de armazenamento de suas energias é o produto do volume por unidade de tempo e pressão (voltagem no caso de eletricidade)

O desempenho do ar comprimido como condutor de energia é aumentado quando:

► Houver maior disponibilidade desta energia por unidade de tempo.

► Houver aumento da pressão.

Benefícios do sistema

Vantagens do sistema de ar comprimido:

Os sistemas de ar comprimido têm vantagens em comparação a outros sistemas de energia que os tornam mais úteis em certas aplicações.

► Fonte de energia

Ar existe em abundância e está disponível em todos os lugares. Em uma troca normal de processo, como é o caso de sistemas hidráulicos, ele não é necessário. Isso reduz as despesas e a necessidade de manutenção e ainda otimiza o tempo de trabalho. Ar comprimido não deixa para trás impurezas como, por exemplo, as provenientes de defeito na tubulação; ele as carrega consigo.

► Transporte da energia

Ar comprimido pode ser transportado em tubulações (rede) por longas distâncias. Isso favorece a instalação de uma central de geração de ar comprimido, a qual fornece o ar necessário para os pontos de consumo, com pressão de trabalho constante (sistema fechado). Dessa forma, a energia proveniente do ar comprimido pode ser distribuída por longas distâncias. Nenhuma linha de retorno de ar é necessária, já que a exaustão de ar é feita pela abertura de descarga.

► Armazenamento de energia

Ar comprimido pode, sem dificuldades, ser armazenado em reservatórios. Se um reservatório é instalado em um sistema de fornecimento de ar comprimido, o compressor somente começará a funcionar se a pressão do ar cair abaixo de um valor crítico. Além disso, a reserva de pressão disponível no reservatório permite, ainda por algum tempo, a realização de um trabalho iniciado, após o sistema provedor de energia deixar de trabalhar. Se as necessidades de desempenho das ferramentas pneumáticas não forem muito altas, garrafas/tubos de ar comprimido transportáveis podem ser usadas em lugares que não tenham o sistema de fornecimento de ar comprimido instalado.

Fundamentos físicos

Para compreender a tecnologia de ar comprimido é necessário ter informações sobre seus fundamentos físicos. Os aspectos mais importantes são:

► Definição de ar comprimido

► Símbolos de unidades e fórmulas

► Características físicas de desempenho

Definição de ar comprimido

Ar comprimido é ar atmosférico pressurizado, o qual é condutor de energia térmica e fluxo de energia. Ar comprimido pode ser armazenado e transportado por tubulações, assim como pode executar trabalhos através da conversão de energia em motores e cilindros. As características mais importantes que se referem à pressão são:

► Pressão atmosférica

► Pressão indicada

► Pressão absoluta

Pressão Atmosférica – p_amb [bar]

A pressão atmosférica é gerada pelo peso do ar atmosférico que nos cerca, e depende da densidade e da quantidade de ar. Os seguintes valores aplicam-se ao nível do mar:

1.013 mbar = 1.01325 bar

                = 760 mm/Hg [Torr]

                = 101.325 Pa

Abaixo de condições constantes, a pressão atmosférica diminui com altitude crescente da localização medida.

Pressão Indicada – p_g [barg]

A pressão indicada é a pressão efetiva sobre a pressão atmosférica. Na tecnologia de ar comprimido, a pressão é normalmente especificada como pressão indicada em “bar” e sem o índice “g”.

Pressão Absoluta – p_abs [bar]

A pressão absoluta “p_abs” é a somatória da pressão atmosférica “p_amb” e a pressão indicada “p_g”.A pressão é especificada em Pascal [Pa] de acordo com o Sistema Internacional SI. porém,em termos práticos, a designação “bar” ainda é comum. 

Símbolos de unidades e fórmulas

Símbolos de unidades e de fórmulas na tecnologia de ar comprimido são derivados das unidades básicas. As unidades mais importantes estão na tabela a seguir.

Unidade	Símbolo de Formula	Símbolo de Unidade	Denominação
Comprimento	Ɩ	m	metro
Superfície	A	m2	metro quadrado
Volume	V	m3	metro cúbico(1)
Massa	m	kg	kilograma
Densidade	ρ	Kg/m3	kilograma/metro cúbico
Tempo	t	s	segundo
Temperatura	T	K	kelvin
Força	F	N	newton
Pressão	p	bar (Pa)	bar (pascal)
Velocidade	v	m/s	metro/segundo
Trabalho	W	J	joule
Potência	P	W	watt
Frequência	ƒ	Hz	hertz

Características físicas de desempenho do ar comprimido

As características físicas de desempenho do ar comprimido são determinadas por:

► Temperatura

► Volume

► Pressão

► Volume do fluxo

► Características do fluxo

As correlações são descritas como seguem.

Características de temperatura/volume/pressão

A temperatura especifica a condição física de um objeto. Essa característica é indicada em graus centígrados (ºC) ou convertida em kelvin (k).

                                                        T[K] = t [ºC] + 273,15

Se a temperatura é aumentada para um volume constante, consequentemente a pressão se eleva.

Se o volume é diminuído para uma temperatura constante, consequentemente a pressão cai.

p0 x V0 = p1 x V1

Se a temperatura é aumentada em pressão constante, consequentemente o volume aumenta.

Volume

O resultado de volume, por exemplo, das dimensões de um reservatório de ar comprimido, de um cilindro ou de uma rede, é medido em litros (l) ou em metros cúbicos (m3) a uma temperatura de

20 ºC e 1 bar.

Volume sob condições normais

O volume sob condições normais é medido com base em condições físicas normalizadas pela norma DIN 1343. Isto é 8% menos que o volume medido a 20 ºC.

760 Torr       = 1,01325 barabs

                     = 101.325 Pa

273,15 K      = 0 ºC

Volume de trabalho Vop [Bl, Bm3]

O volume em condições de trabalho é medido de acordo com as condições físicas atuais. Temperatura, pressão atmosférica e umidade devem ser levadas em consideração como pontos de referência. O volume de trabalho é sempre especificado em conjunto com a pressão de referência, ex.:

1m3 a 7 barg significa que 1m3 de ar sem compressão é comprimido a 7barg = 8barabs e acresce somente 1/8 do volume original.

Volume do fluxo V [l/min, m3/min, m3/h]

O volume do fluxo de ar é o volume (l ou m3) por unidade de tempo (minutos ou horas). A distinção é feita considerando as informações abaixo, referentes à geração de ar comprimido (compressor):

► Volume do fluxo do deslocamento do pistão (capacidade de entrada)

► Volume do fluxo (volume fornecido)

Volume normal do fluxo Vstan [Nl/min, Nm3/min, Nm3/h]

O volume normal do fluxo é medido exatamente como o volume do fluxo. Contudo, isso não se refere à condição de entrada, mas sim a um valor teórico de referência. Em condição física normal, os valores teóricos são:

► Temperatura = 273,15 K (0 ºC)

► Pressão = 1,01325bar (760 mm Hg)

► Densidade do ar = 1,294 kg/m3 (ar seco)

Volume do fluxo de trabalho Vop [Bl/min, Bm3/min, Bm3/h]

O volume do fluxo de trabalho especifica o volume efetivo do fluxo do ar comprimido. Para possibilitar a comparação do volume do fluxo de trabalho com outros volumes de fluxo, é necessário sempre especificar a pressão do ar comprimido junto com a unidade dimensional Bl/min, Bm3/min ou alternativamente Bm3/h.

Volume do fluxo do deslocamento do pistão Vpdf [l/min, m3/min, m3/h] (capacidade de entrada)

O volume do fluxo do deslocamento do pistão é uma quantidade calculada para o pistão compressor. Isso resulta do produto do volume do cilindro (deslocamento do pistão), a velocidade do compressor (número de ciclos) e o número de cilindros de entrada. O volume do fluxo do deslocamento do pistão é especificado em l/min, m3/min ou alternativamente em m3/h.

Volume do fluxo V [l/min, m3/min, m3/h] (volume de fornecimento)

Ao contrário do volume do fluxo do deslocamento do pistão, o volume do fluxo não é um valor calculado, mas a pressão medida na saída do compressor, a qual volta a ser calculada para definir sua (compressor) capacidade de entrada. O volume do fluxo é definido de acordo com as normas VDMA 4362, DIN 1945, ISO 1217 ou PN2CPTC2 e especificado em l/min, m3/min ou alternativamente em m3/h. O volume do fluxo efetivo, ex.: volume de fornecimento necessário, é uma informação essencial para o dimensionamento do compressor.