Economia no uso do ar comprimido - Belton Pneumática | Blog

Economia no uso do ar comprimido


Por que economizar e como economizar?

A necessidade de se ter economia o uso do ar comprimido está diretamente ligada ao consumo de energia elétrica. A produção de ar comprimido depende dos compressores que devem estar dimensionados de forma adequada a suprir a necessidade de todos os equipamentos pneumáticos e com alguma sobra para atender possíveis ampliações e ou mudanças nos processos.

A economia de uso do ar comprimido pode ser obtida:

  • Dimensionamento correto dos equipamentos pneumáticos;
  • Eliminação de vazamentos;
  • Uso de conexões adequadas;
  • Rede de distribuição de ar comprimido corretamente dimensionada;
  • Uso de registros em pontos estratégicos para bloqueio de setores da rede;
  • Controle no uso de bicos de limpeza

Como escolher corretamente o cilindro pneumático?

Os cilindros pneumáticos a cada deslocamento realizado consomem uma determinada quantidade de ar comprimido, que está diretamente ligada a pressão do ar comprimido, ao diâmetro do cilindro pneumático e ao seu curso de deslocamento.

Os cilindros de simples ação consomem o ar comprimido somente em dos seus deslocamentos, uma vez que o outro deslocamento é realizado por ação de um elemento mecânico interno ou de um elemento externo.

Já nos cilindros de dupla ação, mais empregados nos processos produtivos, o uso do ar comprimido se dá em ambos os deslocamentos, tanto de avanço como de retorno.

Determinando a força de um cilindro pneumático

A força em um cilindro pneumático obtida pela fórmula F = P x A é uma força teórica, estática e perpendicular ao plano, onde F – Força, P – Pressão do Ar Comprimido e A – Área do Êmbolo do Cilindro Pneumático.

Por que uma força teórica?

Devido ao desconhecimento de diferentes fatores tais como:

  • Coeficientes de atrito externos e internos;
  • Possíveis inclinações de plano;
  • Peso da haste; etc; etc.

A força de “avanço” é diferente da força de “recuo”, por que?

Sim as forças são diferentes porque há uma diferença entre as áreas, superfícies internas do êmbolo, onde o ar comprimido irá atuar.

Uso do ar comprimido

                              

Para o avanço a superfície do êmbolo do cilindro recebe a pressão em sua totalidade, fig.A, enquanto que no recuo, fig.B, devemos desconsiderar a área ocupada pela haste.

Para determinar a força de trabalho teórica podemos utilizar a tabela contida em: https://www.belton.com.br/admin/docs_upload/arquivos/Tabela%20De%20For%C3%83%C2%A7a.pdf

Essa tabela nos entrega os valores de força teórica para os diferentes diâmetros de cilindros nas faixas de pressão mais utilizadas, sendo que a faixas mais usuais de pressão na indústria são 6 ou 7 Kgf/cm² (bar).

Por que preciso saber qual o consumo de ar de um cilindro pneumático?

É importante este conhecimento para determinar o consumo de equipamentos, o consumo total de uma unidade fabril que nos leva ao dimensionamento correto da rede de distribuição de ar comprimido como também do compressor necessário.

Como os compressores se utilizam de energia elétrica, determinar este uso do ar comprimido nos indica qual será o consumo de energia elétrica na geração e produção de ar comprimido.

Qual o consumo de ar para um cilindro pneumático?

O consumo de ar comprimido para o cilindro pneumático pode ser obtido pela fórmula: 

Q = T x C x N x q, onde:

Q = consumo total em Nl/min

T = cilindro dupla ação – 2, cilindro simples ação – 1

C = curso do cilindro (cm)

N = número de ciclos por minuto

q = coeficiente da tabela

Tabela de consumo em: https://www.belton.com.br/admin/docs_upload/arquivos/Consumo%20De%20Ar.pdf

Exemplo:

Cilindro Ø80 dupla ação

Curso 200mm

Pressão trabalho – 6 Kgf/cm²

Ciclos/minuto – 10

Q = 2 x 20 x 10 x 0,3514    então Q = 140,56 Nl/min 

Com este consumo podemos considerar o consumo de energia elétrica em:

Para produzir este volume de ar comprimido haverá um consumo de 524KWh/mês

Custo médio nacional de R$ 0,49  

Somente este cilindro mensalmente custa R$ 256,76 em energia elétrica.

Cilindro Ø63 dupla ação

Curso 200mm

Pressão trabalho – 6 Kgf/cm²

Ciclos/minuto – 10

Q = 2 x 20 x 10 x 0,2179    então Q = 87,16 Nl/min 

Com este consumo podemos considerar o consumo de energia elétrica em:

Para produzir este volume de ar comprimido haverá um consumo de 325KWh/mês

Custo médio nacional de R$ 0,49  

Somente este cilindro mensalmente custa R$ 159,25 em energia elétrica.

No exemplo, caso um cilindro de Ø 63 atendesse a aplicação haveria uma economia de 48% na conta de energia.

Dimensione corretamente os cilindros pneumáticos e colha os resultados.

Que maneira podemos economizar o uso do ar comprimido?

Em circuitos pneumáticos alguns modos possíveis:

  1. Operar com pressões diferentes
  2. Utilizar multiplicador de pressão
  1. Operar com pressões diferentes

O habitual é que o cilindro pneumático realize o avanço e o retorno com o mesmo valor de pressão. 

Estudar e avaliar os casos, em uma grande maioria das vezes o cilindro pneumático realiza trabalho (força) somente em um dos seus deslocamentos, avanço ou retorno sendo que o movimento contrário é somente para retornar a posição.

Nesta situação podemos economizar o uso do ar comprimido permitindo o cilindro pneumático a operar com pressões diferentes.

Uso do ar comprimido
Uso do ar comprimido

Com isso podemos concluir que a situação 02 é 18,8% mais econômica que a situação 01.

  • 2. Utilizar multiplicador de pressão

Esta é situação mais particular, mas que auxilia bastante em algumas aplicações a reduzir o uso do ar comprimido e evita a necessidade de se ampliar a geração de ar comprimido com novos compressores e ou com maior capacidade de pressão.

Aqui você encontra todas as informações necessárias para fazer uso do multiplicador de pressão:

https://www.belton.com.br/admin/docs_upload/34%20-%20Booster%20Ar%20Ar.pdf

Como eliminar vazamentos de ar comprimido?

Localizar os pontos e determinar as possíveis causas para vazamentos de ar comprimido em uma rede de distribuição e em circuitos de máquinas e equipamentos de uma instalação.

Como localizar os vazamentos?

  • Esponja com espuma
  • Medição quantitativa
  • Medição direta
  • Ultrasom

Uso da esponja com espuma

É um método simples e tradicional. Exige um trabalho repetitivo e nem sempre preciso, mas tem o seu valor, pois ajuda a localizar vazamentos para que sejam tomadas providências de eliminação o mais rápido possível.

Não nos permite determinar o volume de ar comprimido perdido.

Medição quantitativa

É preciso efetuar a instalação de um rotâmetro na linha de ar comprimido. Neste caso o rotâmetro deve cobrir 25% da capacidade instalado do compressor. Nos permite determinar a quantidade de ar comprimido desperdiçada, mas também não nos permite localizar os pontos de perda.

Medição direta

Esta medição se faz pelo tempo que o compressor entra em carga e alívio. Com os dados de deslocamento do compressor e com o uso de cronômetros e manômetros é possível determinar o volume desperdiçado de ar comprimido, mas também não nos permite localizar os pontos de perda.

Ultrasom

São pistolas que devido a frequência emitida pelo vazamento, conseguem detectar este som e indicar o local onde o vazamento está ocorrendo.  Este método não determina a quantidade de ar que está sendo desperdiçada.

Conexões adequadas, quais são?

Não há um modelo correto. Atualmente o mercado nos disponibiliza uma infinidade de modelos de conexões. O ideal é que se faça a padronização destas conexões para se obter o melhor resultado e rendimento.

Os equipamentos pneumáticos de um modo em geral têm suas conexões padronizadas com roscas BSP (British Standard Pipe) que seguem a norma ISO 7/1 e NBR ISO 7.1. 

As conexões BSPP (G) rosca gás onde a última letra “P” indica uma rosca paralela, mais comum nos equipamentos pneumáticos, pois veda sem a necessidade do uso de veda rosca. 

As conexões BSPT onde a última “T” indica uma rosca trapezoidal, cônica, não muito comum em aplicações pneumáticas. Para a correta vedação necessita do uso de veda rosca.

Ainda temos conexões NPT (National Pipe Tube). Seguem norma ANSI (American National Standard Institute) uma entidade norte américa de padronização. Necessitam do uso de veda rosca.

Conexões BSP e NPT são compatíveis?

Não. Suas características construtivas são diferentes e o uso de NPT em BSP em vice-versa, irá causar em alguns casos danos nos componentes, vedação inadequada e vazamentos.

O que difere na conexão BSP para NPT?

O ângulo dos filetes, formato da crista, passo entre os filetes, comprimento da rosca e o fato que a BSP veda em superfície por anel de vedação e a NPT veda pela conicidade.

Número de fios por polegada

Comprimento das roscas

Quais os modelos de conexões disponíveis no mercado?

Atualmente no mercado iremos encontrar:

  • Conexões de engate rápido
  • Conexões de porca espiga
  • Conexões de porca e anilha
  • Conexões de engate rápido

São as mais utilizadas devido a sua praticidade e variedade de opções.

Podem ser encontradas em diferentes materiais construtivos: 

  • Mistas confeccionadas em polímero e latão cromado
  • Total latão cromado ou bruto
  • Total inox
  • Total polímero

Cuidados no uso das conexões engate rápido

Corte do tubo deve ser feito o mais perpendicular possível a linha imaginária de centro do tudo.

Use cortador ou alicate especifico para o corte do tubo.

O uso de alicates, estiletes, tesouras, laminas de serra e outros deformam e produzem rebarbas.

A remoção do tubo do interior da conexão deverá sempre ser realizado com o circuito despressurizado. Isso evita acidentes e preserva o sistema de retenção do tubo, aumentando significativamente a vida útil da conexão.

Tubos que foram utilizados muitas vezes e que tenham suas extremidades danificadas, devem ter estas extremidades cortadas e eliminadas, gerando uma extremidade nova assegurando melhor retenção do tudo e evitando desperdícios de ar comprimido

Ao encaixar o tubo o mesmo deve ultrapassar o anel de retenção, o de vedação e chegar ao batente mecânico para garantir a perfeita vedação e posição do tubo.

Alguns modelos de conexões engate rápido permite o seu posicionamento, para facilitar a montagem e posteriormente ligação da tubulação. Ficar atento, pois as conexões são orientáveis e não giratórias. 

Para as conexões de engate rápido os tubos devem possuir uma superfície lisa e uniforme, sem saliências, dobras e ou variação de diâmetro. Diferentes materiais de tubos podem ser utilizados com este modelo de conexão, sendo o mais comum o poliuretano (PU) devido a sua excelente flexibilidade e por permitir pequenas curvaturas.

Conexões de porca e espiga

São pouco encontradas. Sua montagem é mais difícil exigindo o uso de ferramentas para o aperto da porca de fixação do tubo. Muito utilizadas em equipamentos de teste de estanqueidade, em implementos rodoviários e locais com excesso de vibração.

Podem ser encontradas em diferentes materiais construtivos: 

  • Total latão cromado ou bruto
  • Total inox
Uso do ar comprimido

Neste modelo de conexão o corte não requer tanta precisão quanto nas conexões de engate rápido. O importante neste modelo de conexão é ficar atendo ao dimensional do tubo, principalmente a espessura da parede.

Este modelo de conexão trabalha com tubos de parede mais fina. Isso requer atenção com as faixas de pressão e temperatura dos ambientes onde ocorrerá a instalação.

Tubos menos flexíveis, como nylon, são mais difíceis de serem encaixados na espiga, demais materiais oferecem uma montagem mais fácil.

  • Conexões de porca e anilha

Raramente encontradas. Sua montagem é difícil exige o uso de ferramentas para o aperto da porca de fixação do tubo como a constante troca da anilha ou tubete em manutenções. Perdeu seu espaço pela preferência do usuário pelos modelos citados anteriormente.

Podem ser encontradas em diferentes materiais construtivos: 

  • Total latão bruto com anilha em polímero ou tubete em latão
  • Total inox com anilha em polímero. 

Uso do ar comprimido

Os tubos mais utilizados neste modelo de conexão são os em Nylon.

Observação: 

  • Conexões com porca espiga podem ser fornecidas mediante consulta. 
  • Conexões de porca e anilha não fazem parte de nossa linha de produtos.

Rede distribuição de ar comprimido qual a sua importância?

As redes de distribuição em uma indústria funcionam como as veias no corpo humano, são responsáveis por transferir a energia fluídica para os pontos onde esta energia quando liberada irá produzir trabalho através dos diferentes atuadores.

O dimensionamento correto da rede de distribuição impede que nos pontos mais distantes da geração do ar comprimido tenha-se deficiência em volume, que compromete a velocidade de acionamento dos atuadores e de pressão prejudicando o rendimento na realização do trabalho (força).

Atualmente as redes de ar comprimido podem ser confeccionadas nos mais diferentes materiais cada qual com a sua vantagem financeira e ou vantagens técnicas. Cabe a indústria definir, sempre orientada por profissional qualificado, como e com qual material a rede será produzida.

Quais os materiais disponíveis?

Podem ser encontrados:

  • Ferro galvanizado
  • Alumínio
  • PPR

Evitar o uso de:

  • PVC para água
  • Mangueiras de borracha, exceto em pequenos trechos

O que devemos evitar?

As redes de ar comprimido devem ser sempre externas evitando-se:

  • Redes enterradas. Se isso for necessário estas devem estar em canaletas;
  • Dentro de paredes. As redes devem ser montadas sobre suportes, abraçadeiras, cabos de aço e ou tirantes e fixação.
  • Acompanhar colunas. Quanto mais linear melhor, evite o máximo possível curvas desnecessárias.

Por que usar registros de bloqueio?

Uma rede bem projetada conta com registros, válvulas de esfera, instalados em pontos específicos que permitem o isolamento de setores para a realização de uma manutenção, bloqueio parcial em caso de algum tipo de ocorrência sem que o processo de outros setores seja interrompido.

Como usar as válvulas de esfera?

Válvulas de esfera são do tipo ON/OFF ou seja, 100% abertas ou fechadas. Não devem ser usadas para restrição de fluxo, pois causam uma elevada perda de carga como compromete a durabilidade da mesma.

Uso do ar comprimido

Estas válvulas não possuem sentido de fluxo. No desenho acima circundado em vermelho uma amostra do que irá ocorrer com o fluxo do ar comprimido e os pontos onde os danos ocorrem.

Válvulas de corte e descarga

Atualmente também vem sendo utilizadas válvulas de corte e despressurização nos circuitos pneumáticos. Estas promovem o bloqueio do ar comprimido e despressurização de todo o circuito pneumático, independentemente da rede de distribuição.

Isso permite ações rápidas e seguras no circuito pneumático para a realização de um set up, manutenções, ações corretivas no processo e de segurança para os operadores.

Estas válvulas de corte e descarga podem ser encontradas com acionamento manual, pneumático ou elétrico.

Bico de limpeza é um ponto de desperdício?

Sim, são um grande consumidor de ar comprimido e de desperdício.

Como e o que pode ser feito para reduzir?

O padrão na grande maioria das indústrias é ligar o bico de limpeza diretamente na rede de ar comprimido. Isso gera um consumo excessivo de ar comprimido e também produz ruído superior ao permitido e recomendado pela OMS (Organização Mundial de Saúde).

Uso do ar comprimido

Nesta condição e uma pressão de 8 Kgf/cm² o consumo de ar comprimido aproximado é de 20m³/h e um ruído superior a 120bd.

Se providenciarmos a instalação de um regulador de pressão, com os devidos cuidados, antes dos bicos de limpeza haverá uma redução drástica de consumo do ar comprimido e principalmente do ruído produzido.

Uso do ar comprimido

Nesta condição e uma pressão de 3 Kgf/cm² o consumo de ar comprimido aproximado é de 7m³/h e um ruído superior a 70bd.

IMPORTANTE:

Limpar bancadas, varrer chão, secar as mãos, remover pó do guarda pó, refrigerar o corpo e brincadeiras com os colegas de trabalho, além do risco de acidentes consomem ar comprimido desnecessariamente.