Economia e qualidade começam no design das máquinas

A indústria de máquinas tem utilizado tecnologias cada vez mais modernas para produzir equipamentos eficientes, que ocupam pouco espaço, com baixo nível de ruído e que otimizam o uso de recursos, principalmente energéticos. Por isso, nas máquinas que utilizam componentes pneumáticos, o design, a eficiência e o consumo podem fazer grande diferença.

Neste artigo abordamos os principais conceitos e como eles devem ser levados em conta para conseguir máxima eficiência.

Sobre o ar atmosférico

O ar na entrada de um compressor contém cerca de 78% de nitrogênio, 21% de oxigênio, 0,9% de argônio e outros gases. Mas neste mesmo ar, podemos encontrar outros elementos, como pó, pólen e outros contaminantes, que são transportados pelo ar e pela água. Dependendo do ambiente, é possível existir muita sujidade e água. É importante reforçar que a sujidade é um abrasivo e a água um solvente. Neste sentido, ambos devem ser removidos no ponto de compressão.  Caso essa tarefa não seja cumprida, poderá resultar em graves problemas na linha de ar comprimido.

Para evitá-los, seguem algumas sugestões que devem ser levadas em conta durante o processo de criação e de desenvolvimento de uma máquina:

• Utilize um aftercooler (resfriador) com drenagem automática, imediatamente após a utilização do compressor, caso o mesmo já não esteja incorporado.
• Utilize um vaso de pressão com dreno automático. Este componente armazena ar comprimido com o objetivo de absorver eventuais variações de pressão e vazão. Durante esse armazenamento, ocorre também a troca de calor onde a temperatura do ar diminui formando condensado que será removido pelo dreno automático.
• Utilize um filtro de linha primária logo após o vaso. Esse produto é essencial para remover o condensado, óleo e particulado da linha, garantindo assim melhor qualidade do ar na entrada do secador.
• Após a utilização do filtro de linha, utilize um secador por refrigeração com um ponto de orvalho e vazão adequados. Esse equipamento será responsável por remover a umidade do ar.
• Para impedir a ocorrência de perda de carga e a formação de ferrugem, que consequentemente irá danificar os equipamentos, é necessário utilizar as boas práticas para instalação de uma rede de ar comprimido, de preferência com tubos de alumínio que são mais leves e que não sofrem oxidação.
• Utilize a filtragem correta no ponto de uso, ou seja, na linha secundária.
• Caso o controle do fornecimento de ar comprimido não seja possível, utilize uma filtragem adicional e uma drenagem automática no “ponto de uso” da máquina. Observe um padrão aceitável de limpeza do ar para a máquina (referência ISO 8573-1) e baseie as informações sobre a garantia após o uso de ar limpo e seco.

Atenção no sistema de ar comprimido

Uma das vantagens de comprimir moléculas de gás, isto é, o ar como todos nós conhecemos, é o armazenamento das mesmas. É possível depositar uma grande quantidade de energia em apenas um reservatório. Por outro lado, a desvantagem traduz-se na falta de densidade, o que dificulta o posicionamento preciso dos cilindros de ar e torna a operação simultânea virtualmente impossível. Uma vez que o ar comprimido é uma forma “suave” de energia, a aplicação correta do volume deste fluido torna-se num problema crítico de desempenho quando utilizamos a pneumática.

O que é a pressão pneumática e as suas principais características

A pressão pneumática é vista como uma medida de força por unidade de área e representa literalmente a quantidade de força criada pelo número de moléculas de ar em movimento aleatório que atingem uma superfície de tamanho desconhecido. A pressão atmosférica é de aproximadamente 1 kgf/cm² ao nível do mar.

Nos sistemas pneumáticos, o ar concentra-se, possibilitando que mais moléculas atinjam a mesma quantidade de área delimitada. A quantidade segura, econômica e prática de pressão usada numa aplicação deve ser uma consideração primária no que diz respeito ao desenvolvimento de sistemas pneumáticos.

O ar pressurizado deve, igualmente, ser visualizado e equiparado com base numa relação proporcional de energia potencial, energia cinética e economia. Quanto maior a pressão, maior será a energia armazenada e, consequentemente, a energia transformada, mas a um custo crescente.

Durante o processo de design de uma máquina, você deverá ter em mente estes elementos em conjunto:

• Utilize o fator de carga correto para o dimensionamento de atuadores pneumáticos.
• Use apenas a quantidade de pressão necessária para a força requerida para realizar o trabalho.

Características do Fluxo

O fluxo é visto como um volume por unidade de tempo, por exemplo, 1dm³/min. Traduz-se numa medida que determina a taxa correspondente à energia que está sendo utilizada pelo seu efeito final, que costuma ser definida como “demanda de fluxo”. A quantidade máxima de fluxo necessária é, provavelmente, o aspecto mais importante da dimensão virtual de todos os componentes pneumáticos a montante do seu efeito final. A este efeito, podemos classificar como “pico de fluxo ou pico de vazão”.

Cada componente pneumático, sejam conexões, tubos, reguladores de fluxo, válvulas direcionais, reguladores de pressão, filtros, entre outros, deve ser dimensionado com base na sua capacidade de fluxo, de modo a garantir o fornecimento do “pico de vazão” sem resultar em perda de energia. Esta perda, que chamamos de “queda de pressão” ou delta P, consiste na diferença de pressão entre a entrada do componente e a saída do mesmo durante seu funcionamento. A queda de pressão durante a operação de um componente poderá variar devido a diversos fatores.

Neste sentido, para fins de dimensionamento dos componentes, é assumida uma queda de pressão ideal para o cálculo da capacidade de fluxo. A capacidade de fluxo é entendida como um número comparativo denominado como “CV” ou “área efetiva” simbolizado com a letra “S” e tendo sua unidade de área em mm².

Veja algumas informações relativas ao fluxo de ar:

• Calcule sempre os equipamentos tendo como referência a demanda máxima de vazão.
• No caso de equipamentos que trabalham de forma simultânea, as demandas de vazão podem ser somadas.
• Quanto maior o comprimento da tubulação, menor a sua capacidade de fluxo instantâneo.
• Em sistemas que utilizam lógica pneumática evite, se possível, longas linhas de sinal do piloto

Eficiência Energética

Para maior eficiência energética da máquina, recomenda-se:

• Eliminar o desperdício utilizando bicos de ar adequados, pulsos curtos e uma distância adequada da peça para uma melhor eficiência do sopro.
• Desligue a pressão de máquinas ou equipamentos que ficarão desligados por longos períodos de tempo.
• Mantenha e/ou forneça calendários para manutenção de filtros, reguladores de pressão, lubrificadores, atuadores e outros componentes.
• Considere a redução da pressão da máquina ou do sistema como um todo quando a maioria das aplicações são operadas com baixa pressão. Avalie o uso de um multiplicador de pressão de ar para os pontos onde uma pressão mais elevada for exigida.

A segurança vem em primeiro lugar

Não se esqueça de rever todas as normas de segurança necessárias e leve sempre em consideração que nem todas as pessoas que irão utilizar ou manusear a máquina possuem o conhecimento específico para tal. É imprescindível que o seu design esteja apto para qualquer usuário. Verifique se a máquina atende a todos os requisitos necessários para uma utilização segura. Caso necessite, procure um profissional habilitado para realizar a análise do seu equipamento.

Para mais informações, entre em contato conosco ou consulte o representante SMC da sua região.