Sistemas Pneumáticos e Princípios Físicos

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DESCRIÇÃO
Estudo das características dos sistemas pneumáticos e suas partes componentes e dos
princípios físicos aplicados à pneumática.
PROPÓSITO
O conhecimento sobre sistemas pneumáticos e seu funcionamento é importante para o
engenheiro no contexto do trabalho com máquinas e equipamentos, bem como com projetos
de automação, permitindo a realização de projetos, instalação e manutenção desses
equipamentos.
PREPARAÇÃO
Antes de iniciar este conteúdo, tenha em mãos papel, caneta e uma calculadora ou use a
calculadora de seu smartphone/computador.
OBJETIVOS
MÓDULO 1
Reconhecer os sistemas pneumáticos e os princípios físicos aplicados à pneumática
MÓDULO 2
Identificar as principais características e propriedades dos sistemas pneumáticos
MÓDULO 3
Reconhecer a geração de ar comprimido e os sistemas utilizados na produção do ar
comprimido
MÓDULO 4
Identificar os sistemas de distribuição de ar comprimido e sua utilização nos projetos
pneumáticos
INTRODUÇÃO
INTRODUÇÃO AOS SISTEMAS
PNEUMÁTICOS
AVISO: orientações sobre unidades de medida.
AVISO
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Em nosso material, unidades de medida e números são escritos juntos (ex.: 25km) por
questões de tecnologia e didáticas. No entanto, o Inmetro estabelece que deve existir um
espaço entre o número e a unidade (ex.: 25 km). Logo, os relatórios técnicos e demais
materiais escritos por você devem seguir o padrão internacional de separação dos
números e das unidades.
MÓDULO 1
 Reconhecer os sistemas pneumáticos e os princípios físicos aplicados à pneumática
OS PRINCÍPIOS FÍSICOS APLICADOS À
PNEUMÁTICA
FUNCIONAMENTO DE SISTEMAS
PNEUMÁTICOS
Equipamentos pneumáticos apresentam vantagens que possibilitam seu emprego em uma
vasta gama de aplicações. Esses equipamentos podem ser utilizados em locais com
temperaturas elevadas e atmosferas potencialmente explosivas, ambientes inflamáveis, por
não produzirem faíscas.
Para compreender melhor o funcionamento dos sistemas pneumáticos é desejável que se
conheçam as noções de força e pressão, além de outras características importantes para a
utilização de fluidos em sistemas mecânicos.
Alguns princípios físicos como a Lei Geral dos Gases e o Princípio de Blaise-Pascal são
fundamentais para a correta compreensão do funcionamento de sistemas pneumáticos.
PRESSÃO
Essencialmente, o conceito de pressão é definido como a aplicação de uma força
(perpendicular à superfície ou força normal) sobre uma determinada unidade de área, como
pode ser visto na Equação 1:
P =
F
A
Equação 1
Dessa maneira, para se entender o conceito de pressão, é fundamental que a ideia de força
seja compreendida.
Algumas unidades de pressão são: atmosfera
 atm ; bar; psi; kgf / cm2 ; Torr; mmHg e mH2O . 
 ATENÇÃO
De forma simplificada, essas grandezas podem ser relacionadas por:
 
1ATM≅ 1KGF / CM2 = 1BAR = 14 , 5PSI = 
 
760TORR = 760MMHG = 10 , 33MH2O
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
( )
FORÇA
O conceito de força é um dos fundamentos da mecânica Newtoniana (mecânica clássica,
derivada das três Leis de Newton).
É UMA GRANDEZA PROPORCIONADA POR UM
AGENTE FÍSICO E COM CAPACIDADE PARA
VENCER A INÉRCIA DE UM CORPO,
COLOCANDO-O EM MOVIMENTO OU CESSANDO
SEU MOVIMENTO, OU SEJA, PROMOVENDO
ALGUMA ALTERAÇÃO NA SUA VELOCIDADE.
A força pode ser exercida de maneira horizontal ou vertical, dependendo da direção de sua
aplicação. Quando ela possui as duas direções, é chamada de oblíqua.
Como a força é um agente capaz de alterar o estado de repouso ou movimento de um corpo,
ela é definida pela segunda Lei de Newton, conforme a equação 2:
F = M · A
Equação 2
onde F é a força; m é a massa do corpo e a é a aceleração do corpo.
Dessa maneira, é possível perceber que a massa de um corpo, quando submetida a uma
aceleração, apresenta uma força.
 ATENÇÃO
Especificamente, quando se trata da pressão, é considerada a força aplicada
perpendicularmente ao corpo.
O PESO DO AR
Como tudo que é feito de matéria, o ar também tem peso.
Uma maneira simples de mostrar isso consiste na utilização de uma balança com dois balões,
hermeticamente fechados e cheios de ar. Suponha que, em um primeiro momento, os dois
balões estejam em condições iguais, ou seja, com a mesma pressão e a mesma temperatura.
Ao colocá-los na balança, seria esperada uma situação de equilíbrio, como pode ser visto na
Figura 1:
 
Imagem: Extraída de Parker Hannifin, 2000, p. 9, adaptada por Raphael de Souza dos Santos
 Figura 1 – Equilíbrio entre 2 balões de ar
Ao retirar-se o ar de um dos balões (utilizando-se uma bomba de vácuo, por exemplo), será
possível observar um desequilíbrio provocado pela falta do ar, como pode ser visto na Figura 2:
 
Imagem: Extraída de Parker Hannifin, 2000, p. 9, adaptada por Raphael de Souza dos Santos
 Figura 2 – Desequilíbrio entre 2 balões: um com ar e outro em vácuo
 VOCÊ SABIA
Um litro de ar, a 0°C e ao nível do mar (1atm), pesa 1,293 × 10 - 3kgf.
PRESSÃO ATMOSFÉRICA
De maneira similar, constantemente, sentimos o peso do ar que forma a atmosfera do planeta
Terra sobre nós, como pode ser visto na Figura 3.
Os gases que compõem a atmosfera (oxigênio, nitrogênio, entre outros) são responsáveis por
formar as várias camadas da atmosfera que nos envolvem. Mesmo que não sejamos capazes
de perceber, essas camadas de ar exercem um peso sobre nós.
 
Imagem: Raphael de Souza dos Santos
 Figura 3 – Atmosfera terrestre
O ar, como tudo que é formado por matéria, tem massa. Por esse motivo, é possível encher
uma bola de aniversário, uma bola de futebol ou um pneu de carro. Tudo aquilo que está
presente na atmosfera do planeta Terra está submetido à aceleração da gravidade (g).
A ACELERAÇÃO DA GRAVIDADE É A
INTENSIDADE DA ATRAÇÃO QUE O CAMPO
GRAVITACIONAL DA TERRA EXERCE EM TUDO
AQUILO QUE POSSUI MASSA E ESTÁ AO SEU
ALCANCE.
Dessa maneira, como o ar possui massa (mar) e está sob a ação da aceleração da gravidade,
pela segunda Lei de Newton pode-se perceber que (equação 3):
F = M . A = MAR . G
Equação 3
Toda força produzida exclusivamente pela aceleração da gravidade ocorre no sentido do centro
da Terra e é conhecida como força peso.
Como as forças na direção do centro da Terra são perpendiculares à superfície terrestre, caso
sejam aplicadas sobre qualquer corpo (incluindo os seres humanos), elas exercem uma
pressão, como pode ser visto na Figura 4:
 
Imagem: Raphael de Souza dos Santos
 Figura 4 – Peso da coluna de ar
Se for considerado que um corpo, grande ou pequeno, possui uma área, a aplicação da força
peso sobre esse corpo, como definido pela equação 1, produz uma pressão. Essa pressão
exercida pela coluna de ar sob a aceleração da gravidade chama-se pressão atmosférica.
É INTERESSANTE OBSERVAR QUE A
SUPERFÍCIE DA TERRA APRESENTA
DIFERENÇAS GRANDES EM SEU RELEVO.
SENDO ASSIM, A PRESSÃO NA SUPERFÍCIE DO
MAR É DIFERENTE DA PRESSÃO NO TOPO DE
UMA MONTANHA. ISSO ACONTECE PORQUE,
AO NÍVEL DO MAR, A COLUNA DE AR É MAIOR
E, CONSEQUENTEMENTE, TAMBÉM SERÁ
MAIOR A FORÇA EXERCIDA PELA COLUNA. NO
TOPO DA MONTANHA, A FORÇA É MENOR
(POIS A MASSA DE AR DA COLUNA É MENOR).
Se for considerado o mesmo corpo ao nível do mar e no topo da montanha e, logicamente, a
mesma área, obtém-se:
FMAR > FMONTANHA
Como a área (A) é a mesma:
FMAR
A >
FMONTANHA
A
PRESSÃOMAR > PRESSÃOMONTANHA
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
Assim, é possível perceber claramente que a pressão atmosférica varia proporcionalmente à
altitude considerada, como pode ser visto na Figura 5.
Essa percepção da variação da pressão com a altitude é fundamental na medida em que as
pessoas confundem a redução na disponibilidade de oxigênio (nível de oxigênio no ar) com a
ideia de pressão. Muitos acreditam que, ao subirem uma montanha, o cansaço excessivo que
sentem vem do aumento da pressão e não da redução da quantidade de oxigênio disponível
para a respiração.
Quanto mais alto subirmos, em relaçãoà superfície da Terra, mais rarefeita fica a atmosfera.
Uma atmosfera rarefeita representa uma atmosfera com baixa pressão atmosférica e pouca
concentração de gases, dentre eles, o oxigênio.
 
Imagem: Extraída de Parker Hannifin, 2000, p. 10, adaptada por Raphael de Souza dos Santos
 Figura 5 – Relação entre a pressão e a altitude
Dessa maneira, é possível estender o conceito de pressão para outros sistemas, como, por
exemplo, os sistemas pneumáticos.
Quando um compressor injeta uma coluna de ar dentro de uma tubulação, essa coluna de ar
exerce uma pressão sobre a área da seção reta da tubulação e, consequentemente, uma
pressão é exercida:
 
Imagem: Raphael de Souza dos Santos
 Figura 6 – Pressão da coluna de ar
LEI DOS GASES PERFEITOS
As Leis de Boyle-Mariotte, Charles e Gay-Lussac relacionam as três variáveis físicas do gás,
fazendo referência às transformações de estado dos gases, dependendo das variáveis físicas
temperatura, volume e pressão.
 ATENÇÃO
Essas leis levam em consideração que uma das variáveis permanecerá constante durante o
processo.
Em geral, as transformações entre estados físicos (de um estado para o outro) envolvem uma
relação entre todas as três variáveis. Sendo assim, é possível estabelecer a lei geral dos gases
perfeitos como a equação 4:
P1 · V1
T1 =
P2 · V2
T2
Equação 4
Por essa relação, é possível notar que as três variáveis apresentam dependência entre si e
que, caso qualquer uma delas que sofra alteração, o efeito será percebido nas outras e, pela
equação 4, poderá ser previsto.
A Figura 7 ilustra a situação em que a temperatura em um balão de gás é mantida constante.
Caso seu volume seja reduzido V1 > V2 , sua pressão sofrerá uma alteração no sentido
contrário:
 
Imagem: Raphael de Souza dos Santos
 Figura 7 - Lei dos gases - temperatura constante
( )
Por meio da equação dos gases, é possível perceber que, com a temperatura constante, a
relação estabelecida será:
P1V1 = P2V2
Com essa relação, é possível observar que um aumento na pressão P1 promove uma redução
no volume V1. E que o volume V2 reduzido é acompanhado de um aumento na pressão P2.
Caso o volume seja mantido constante, a pressão e a temperatura terão uma relação direta
entre si, ou seja, caso a temperatura aumente, a pressão aumentará e vice-versa, como pode
ser visto na Figura 8:
 
Imagem: Raphael de Souza dos Santos
 Figura 8 - Lei dos gases - volume constante
A equação dos gases permite definir a relação entre a temperatura e a pressão quando o
volume for constante:
P1
T1 =
P2
T2
A relação estabelecida permite observar que, com o aumento da temperatura T1 ocorre um
aumento da pressão P1. Caso a temperatura T2 seja maior que a temperatura T1, a pressão P2
será maior do que a pressão P1.
Por fim, a relação em que a pressão é mantida constante. Nessa situação, especificamente, a
relação entre a temperatura e o volume pode ser observada na Figura 9:
 
Imagem: Raphael de Souza dos Santos
 Figura 9 - Lei dos gases - pressão constante
Nessa situação, é possível observar que, caso haja um aumento na temperatura (T2 maior do
que T1), o volume V2 será maior do que o volume V1.
Como pode ser observado na equação:
V1
T1 =
V2
T2
Outras características relacionadas aos gases são importantes e precisam ser conhecidas por
serem fundamentais em sistemas pneumáticos.
PRINCÍPIO DE BLAISE-PASCAL
O princípio de Blaise-Pascal diz que:
A PRESSÃO EXERCIDA EM UM FLUIDO CONFINADO
EM FORMA ESTÁTICA (EM REPOUSO) ATUA EM
TODOS OS SENTIDOS E DIREÇÕES, COM A MESMA
INTENSIDADE, EXERCENDO FORÇAS IGUAIS EM
ÁREAS IGUAIS.
Na Figura 10, é possível observar uma aplicação do princípio de Pascal:
 
Imagem: Raphael de Souza dos Santos
 Figura 10 - Princípio de Pascal
O sistema a seguir ilustra que uma força (F1) aplicada sobre uma área (A1) exerce uma
pressão (
F1
A1
) que se distribuirá igualmente por todo o fluido e igualmente será aplicada sobre a
área A2 produzindo a força F2.
F1
A1 =
F2
A2
COMPRESSIBILIDADE
O ar, assim como todos os gases, ocupa todo o volume disponível em dado recipiente, por não
possuir forma própria. Assim, é possível preencher determinado recipiente com dado fluido e,
depois, comprimi-lo por uma força externa F, reduzindo seu volume, conforme pode ser
observado na Figura 11:
 
Imagem: Raphael de Souza dos Santos
 Figura 11 - Princípio de compressibilidade
 ATENÇÃO
É possível observar que, com uma força F sendo aplicada sobre o recipiente, uma redução no
volume pode ser observada ( V2 < V1 . Essa redução no volume é acompanhada de um
aumento na pressão P2 > P1 .
Como existe um limite no quanto a compressibilidade pode ser exercida, no princípio de
Pascal, a força F1 promoverá a compressão do fluido até o limite permitido e, então, começará
a exercer a força F2.
ELASTICIDADE
Esse princípio permite que o volume original seja retomado quando a força externa (F) exercida
sobre o recipiente é removida, como pode ser visto na Figura 12:
 
Imagem: Raphael de Souza dos Santos
 Figura 12 - Princípio da elasticidade
DIFUSIBILIDADE
Essa propriedade permite que o ar seja misturado com qualquer meio gasoso, desde que este
não esteja saturado, conforme pode ser visto na Figura 13:
)
( )
 
Imagem: Raphael de Souza dos Santos
 Figura 13 - Princípio da difusibilidade
Com a abertura da válvula, todo o ar contido no volume V1 é misturado ao gás do volume V2.
EXPANSIBILIDADE
É devido a essa propriedade que o ar pode ocupar totalmente o volume de qualquer recipiente
e, por esse motivo, adquirir o formato desse recipiente, como pode ser visto na Figura 14:
 
Imagem: Extraída de Parker Hannifin, 2000, p. 8, adaptada por Raphael de Souza dos Santos
 Figura 14 - Princípio da expansibilidade
Com a abertura da válvula, o gás contido no reservatório se expande e ocupa todos os
recipientes conectados ao reservatório, igualmente.
VERIFICANDO O APRENDIZADO
1. POR SER UMA FONTE DE ENERGIA LIMPA E DE FÁCIL
IMPLEMENTAÇÃO, OS SISTEMAS DE AR COMPRIMIDO SÃO
EXTENSAMENTE UTILIZADOS NO MEIO INDUSTRIAL. A PERCEPÇÃO DE
PRESSÃO DO AR COMPRIMIDO ESTÁ ATRELADA À APLICAÇÃO DA
FORÇA DA COLUNA SOB PRESSÃO À ÁREA DA SEÇÃO TRANSVERSAL
DA TUBULAÇÃO. UMA DAS CARACTERÍSTICAS DOS FLUIDOS
UTILIZADOS NA PNEUMÁTICA É SUA DISTRIBUIÇÃO DE MANEIRA
UNIFORME EM TODOS OS SENTIDOS E DIREÇÕES, EXERCENDO A
MESMA FORÇA EM ÁREAS IGUAIS. SENDO ASSIM, CONSIDERE UM
ELEVADOR PNEUMÁTICO COMO O DA FIGURA ABAIXO. APLICANDO-SE
UMA FORÇA F1 IGUAL A 10N SOBRE UMA ÁREA A1 IGUAL A 2CM², A
FORÇA PERCEBIDA NA OUTRA EXTREMIDADE DO ELEVADOR
PNEUMÁTICO, QUE POSSUI UMA PLATAFORMA COM O DOBRO DO
TAMANHO (A2=2.A1), SERÁ IGUAL A 
 
A) 20N.
B) 10N.
C) 5N.
D) 1N.
E) 4N.
2. A LEI DOS GASES PERFEITOS DEFINE A RELAÇÃO ENTRE AS TRÊS
VARIÁVEIS FÍSICAS, QUE SÃO FUNDAMENTAIS NA ANÁLISE DOS
GASES, UTILIZADOS NOS SISTEMAS DE AR COMPRIMIDO. A
TEMPERATURA, A PRESSÃO E O VOLUME DE UM GÁS SÃO
RELACIONADOS ENTRE SI DE TAL MANEIRA QUE, QUANDO UMA
DESSAS VARIÁVEIS É MANTIDA CONSTANTE, AS DEMAIS PODEM
VARIAR DE UMA MANEIRA QUE PODERÁ SER PREVISTA. SENDO ASSIM,
É CORRETO AFIRMAR QUE
A) mantendo-se a temperatura constante, o aumento no volume V1 promoverá uma redução
na pressão P2.
B) mantendo-se a temperatura constante, o aumento no volume V1 não promoverá alterações
na pressão P2.
C) mantendo-se o volume constante, o aumento na temperatura V1 promoverá uma redução
no volume V2.
D) mantendo-se a pressão constante, o aumento no volume V1 promoverá uma redução na
pressão P2.
E) mantendo-se a pressão constante, o aumento no volume V2 promoverá um aumento na
temperatura T2.
GABARITO
1. Por ser uma fonte de energia limpa e de fácil implementação, os sistemas de ar
comprimido são extensamente utilizados no meio industrial. A percepção de pressão do
ar comprimido está atrelada à aplicação da força da coluna sob pressão à área da seção
transversal da tubulação. Uma das características dos fluidos utilizados na pneumática é
sua distribuição de maneira uniformeem todos os sentidos e direções, exercendo a
mesma força em áreas iguais. Sendo assim, considere um elevador pneumático como o
da figura abaixo. Aplicando-se uma força F1 igual a 10N sobre uma área A1 igual a 2cm²,
a força percebida na outra extremidade do elevador pneumático, que possui uma
plataforma com o dobro do tamanho (A2=2.A1), será igual a 
 
A alternativa "A " está correta.
 
Considerando o princípio de Blaise-Pascal, é possível considerar que a pressão será igual nas
duas extremidades do elevador. Sendo assim:
P1=P2
Então, pela definição de pressão:
P1A1=P2A2
Como a relação entre as áreas é definida por A2=2.A1, então:
P1A1=P22A1
Assim:
2.P1=P2
Como P1=10N
2.10=P2 
 
P2=20N
2. A Lei dos Gases Perfeitos define a relação entre as três variáveis físicas, que são
fundamentais na análise dos gases, utilizados nos sistemas de ar comprimido. A
temperatura, a pressão e o volume de um gás são relacionados entre si de tal maneira
que, quando uma dessas variáveis é mantida constante, as demais podem variar de uma
maneira que poderá ser prevista. Sendo assim, é correto afirmar que
A alternativa "E " está correta.
 
Observando-se a Lei dos Gases Perfeitos, é possível notar que:
P1·V1T1=P2·V2T2
A condição de pressão constante leva a uma relação direta entre a pressão e a temperatura:
V1T1=V2T2
Dessa maneira, é fácil notar que a relação entre o volume V2 e a temperatura T2 é diretamente
proporcional, ou seja, um aumento no volume promoverá um aumento na temperatura, desde
que a pressão seja mantida constante.
Isso é possível porque um volume maior permite maior grau de agitação das moléculas do gás,
o que, fisicamente, corresponde a um aumento da temperatura.
MÓDULO 2
 Identificar as principais características e propriedades dos sistemas pneumáticos
CARACTERÍSTICAS DE UM SISTEMA
PNEUMÁTICO
A IMPORTÂNCIA DO AR COMPRIMIDO
PARA OS SISTEMAS PNEUMÁTICOS
O ar comprimido é uma forma de energia de grande importância que já é conhecida pela
humanidade desde a Antiguidade. Desde o conhecimento da existência do ar e do uso do ar
comprimido como fonte de energia, o uso de suas propriedades e sua aplicação como fonte de
energia data de 2550 a.C., com a utilização de foles e órgãos que empregavam o uso do ar na
produção de sons baseados no escoamento desse ar sob pressão em tubos com furos.
O primeiro relato da utilização do ar comprimido em um equipamento vem da Grécia, com o
desenvolvimento de uma catapulta que utilizava o ar comprimido na transmissão da energia.
 VOCÊ SABIA
As catapultas são equipamentos utilizados para lançamentos de objetos a grandes distâncias.
As mais antigas trabalhavam com a propriedade elástica dos materiais. Mas Ctesíbio, há mais
de 2000 anos, construiu uma versão mais moderna da catapulta, e sua evolução passou a
utilizar ar comprimido para lançamento, dando origem aos sistemas balísticos usados até hoje.
CTESÍBIO
Foi um matemático e engenheiro grego que viveu cerca de 285-222 a.C. em Alexandria.
Foi o primeiro engenheiro da história que inventou uma série de aparelhos. Pelo seu
trabalho sobre a elasticidade do ar Ctesíbio, é chamado pai da pneumática.
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A origem da palavra pneumática vem da expressão "pneuma", que significa fôlego ou vento,
em grego, dando origem ao estudo dos movimentos e usos do ar e dos gases.
De maneira simplificada, a pneumática é a ciência que estuda a aplicação do uso do ar
comprimido e de outros gases de instrumentação, como o nitrogênio. Essa ciência estuda a
utilização do ar comprimido na atuação de dispositivos mecânicos ou eletromecânicos,
produzindo movimentos lineares (vai e vem), rotacionais ou combinados.
 EXEMPLO
Um caso simples e bastante ilustrativo do ar comprimido consiste no abrir e fechar das portas
de ônibus e outros transportes coletivos. Um acionamento manual (especificamente muscular,
pois depende da ação direta do operador que, nesse caso, é o motorista) é responsável pela
liberação ou não do ar sob pressão que faz com que a porta abra ou feche, dependendo da
lógica utilizada no sistema pneumático. É possível observar que os movimentos são
acompanhados do som (ruído) característico do movimento de escape do ar. Essa tecnologia
também é utilizada nos sistemas de freio a ar e em brinquedos de grande porte, como os de
parques de diversões.
PRIMEIRAS APLICAÇÕES DOS SISTEMAS
PNEUMÁTICOS
O ar comprimido era originalmente produzido pelos pulmões, por meio do sopro direcionado
por bambus (semelhante ao sopro dentro de um canudo). A limitação da capacidade pulmonar
foi compensada pelo desenvolvimento de sistemas mecânicos como foles e grande balões,
permitindo o desenvolvimento de sistemas de fundição de metais e outros
O desenvolvimento das máquinas a vapor tornou possível o aproveitamento da energia
produzida pelo vapor sob pressão.
As máquinas a vapor foram utilizadas originalmente na substituição dos sistemas
impulsionados por cavalos, que apresentavam baixa eficiência. James Watt (1736-1819)
aperfeiçoou as máquinas que revolucionaram a atividade industrial, culminando na Revolução
Industrial.
FUNCIONAMENTO DE UMA MÁQUINA A VAPOR
O funcionamento de uma máquina a vapor consiste na evaporação da água por transferência
de calor. Isso é possível através da queima de um material combustível (carvão, lenha, óleo,
entre outros), conforme a Figura 15:
 
Imagem: Raphael de Souza dos Santos
 Figura 15 - Produção de vapor
A queima desse combustível produz calor, que transfere energia para a água do reservatório. A
água aquecida muda de estado e se transforma em vapor.
O vapor produzido é injetado em um cilindro com um pistão. A movimentação desse pistão é
promovida pelo acúmulo do vapor dentro do cilindro. Quanto mais vapor é colocado dentro do
pistão, sem que a saída desse vapor seja liberada, maior é o deslocamento do pistão, como
pode ser visto na Figura 16:
 
Imagem: Raphael de Souza dos Santos
 Figura 16 - Movimento do pistão
Quando o pistão atinge o máximo de sua excursão, o vapor é liberado de dentro do cilindro e o
pistão recua até a origem. Então, um novo movimento é iniciado, conforme a Figura 17:
 
Imagem: Raphael de Souza dos Santos
 Figura 17 - Esquema de uma máquina a vapor
Na figura 17, é possível observar uma máquina a vapor responsável pela movimentação de
uma roda. Um sistema similar pode ser utilizado na movimentação das rodas de uma
locomotiva a vapor ou de uma bomba de água. O vapor sob pressão é responsável pelo
funcionamento do sistema.
A partir daí, o ar comprimido começou a ser utilizado como principal forma de energia para o
funcionamento de um conjunto de sistemas mecânicos, sendo produzido por compressores e
conduzido até atuadores, tais como cilindros e motores pneumáticos.
Desde então, o uso do ar comprimido como fonte de energia para o desenvolvimento de
trabalho passou a ser explorado em diversos segmentos, tais como:
 
Imagem: Shutterstock.com
NA INDÚSTRIA AUTOMOTIVA
Por meio dos freios a ar, acionamento de portas, entre outros.
 
Imagem: Shutterstock.com
NOS PROCESSOS INDUSTRIAIS
Sendo empregado na movimentação de máquinas, prensagem, elevadores de carga, controle
etc.
 
Imagem: Shutterstock.com
NA INDÚSTRIA MARÍTIMA
No acionamento de válvulas pneumáticas e sinais sonoros.
 
Imagem: Shutterstock.com
NAS INDÚSTRIAS PROVIDAS DE ÁREAS
CLASSIFICADAS
Para controle de fluidos e acionamento de equipamentos em ambientes potencialmente
explosivos.
 
Imagem: Shutterstock.com
NA ÁREA MÉDICA E CIENTÍFICA
Com equipamentos de menor porte e outros que envolvem vácuo.
Algumas características tornam o ar comprimido um fluido propício para fornecimento de
energia e produção de trabalho.
PROPRIEDADES DO AR COMPRIMIDO
As propriedades do ar comprimido o tornam propício para aplicação em diferentes meios, seja
no fornecimento de energia seja na produção de trabalho. Entre as principais propriedades do
ar comprimido, podem ser destacadas:
Suprimento
Como o ar éabundante na atmosfera do planeta Terra, é fácil de
conseguir em grande quantidade.
Transporte O ar comprimido pode ser transportado ao longo de grandes
distâncias por meio de tubulações.
Armazenamento
O ar comprimido pode ser facilmente armazenado, para uso
convencional ou emergencial, sem apresentar grandes riscos.
Uma exceção é o armazenamento sob alta pressão que, nos
casos de escape, pode provocar danos.
Temperatura
Os sistemas de ar comprimido apresentam baixa sensibilidade às
variações de temperatura, podendo funcionar em situações de
temperaturas extremas.
Segurança
O ar comprimido, apesar de ser um comburente, não é
combustível, não apresentando índice de inflamabilidade ou risco
de explosão.
Escape
O ar comprimido é limpo, com exceções para utilização de
lubrificantes aspersos ou borrifados, empregados para redução
do efeito da umidade nas partes mecânicas do sistema
pneumático. Dessa maneira, o escape utilizado no funcionamento
dos sistemas pneumáticos não precisa ser direcionado, podendo
ser descartado no ar.
Velocidade
O ar comprimido é rápido, permitindo alcançar altas velocidades
durante as atividades.
Regulagem de
força e
velocidade
A força e a velocidade com que o ar comprimido interage com os
sistemas pode ser regulado por meio da pressão e da vazão
(fluxo).
 Atenção! Para visualização completa da tabela utilize a rolagem horizontal
Entretanto, algumas características negativas também podem ser apontadas quanto ao uso do
ar comprimido em determinadas atividades. Entre elas, destacam-se:
Produção A produção do ar comprimido para uso requer alguns cuidados
específicos. A remoção de impurezas e do máximo da
umidade (partículas de água em suspensão) é fundamental
para a boa conservação dos equipamentos e tubulações,
evitando obstruções, corrosões, entre outros problemas.
Compressibilidade
Essa característica do ar e dos gases torna bastante
complicado o uso do ar comprimido em determinadas
atividades, além de limitar a velocidade disponível.
Força
Para determinadas cargas, a compressibilidade do ar pode
tornar o uso desse sistema inviável. Seu relativo baixo custo é
considerável até determinadas forças e velocidades.
Escape de ar
O escapamento é ruidoso, tornando necessário o uso de
silenciadores para amenizar o problema.
Custo
Dependendo da localidade, a produção do ar comprimido pode
ser muito cara, levando à necessidade de utilização de peças
de aço inoxidável para redução dos efeitos da corrosão, entre
outros. Contudo, esse custo pode ser atenuado com o baixo
custo de outras partes da instalação e a rentabilidade da
produção.
Viscosidade
O ar comprimido possui baixa viscosidade, sendo bastante
difícil a contenção de vazamentos.
 Atenção! Para visualização completa da tabela utilize a rolagem horizontal
Sendo assim, as características dos sistemas pneumáticos precisam ser cuidadosamente
analisadas antes de seu efetivo uso.
 EXEMPLO
A presença de vapor de água (umidade) pode representar um grande limitador na utilização
desse tipo de sistema. A água em suspensão pode limitar o uso do ar comprimido em
determinadas temperaturas, pois pode haver condensação da água ao longo da linha
pneumática, dependendo das condições de temperatura e pressão.
Além disso, a presença das partículas de água em suspensão pode promover a corrosão dos
equipamentos e de tubulações. Para evitar tal problema, utilizam-se depuradores e drenos.
A baixa viscosidade do ar comprimido (a viscosidade representa a facilidade de um fluido em
escoar) permite que ele flua por orifícios mesmo que muito pequenos, tornando complicada a
redução de vazamentos.
No funcionamento de um sistema pneumático, a compressibilidade aparece como um dos
limitadores de seu uso, não apenas na força e na velocidade. Em virtude dessa característica,
não é possível o desenvolvimento de sistemas intermediários.
Ou seja, na utilização de um pistão, ele só apresentará as posições recuado e avançado, não
sendo possível o seu posicionamento em pontos intermediários. Isso ocorre porque, em um
sistema acionado por ar comprimido, o esforço na haste do pistão comprime o ar em seu
interior promovendo seu deslocamento da posição inicial para a posição final.
SISTEMAS PNEUMÁTICOS
Uma das maiores aplicações dos sistemas pneumáticos é na automatização de processos. A
utilização de sistemas pneumáticos permite a redução do esforço humano na execução de
atividades, reduzindo significativamente a carga de trabalho sobre operadores humanos.
Uma maneira simples de transformar o esforço do ar comprimido em trabalho consiste na
utilização de pistões, como já mencionado nas máquinas a vapor. Outra utilização dos pistões
é nas bombas de ar para bolas e pneus.
VANTAGENS NO USO DO AR COMPRIMIDO
Existem vantagens significativas na utilização de sistemas pneumáticos para automatização de
processos, tais como:
 
Imagem: Shutterstock.com
Aumento da produtividade com baixo custo de implementação. Esse aumento da
produtividade se reflete no aumento do ritmo de trabalho através do rápido movimento
dos cilindros pneumáticos.
Baixa sensibilidade a vibrações devido à compressibilidade do ar.
Facilidade de implementação pela simples adaptação dos sistemas ao uso de ar
comprimido.
Resistência a ambientes hostis, podendo ser utilizado inclusive em determinadas áreas
classificadas.
Simplicidade de manipulação, não necessitando de alta capacitação para os operadores.
A instalação e operação são consideradas seguras para equipamentos e operadores.
Redução do esforço repetitivo por parte dos operadores, o que, inclusive, tornou o
desenvolvimento das máquinas a vapor uma das grandes revoluções da era industrial.
LIMITAÇÕES QUANTO AO USO DO AR
COMPRIMIDO
Algumas limitações também são impostas à utilização dos sistemas pneumáticos e ao uso do
ar comprimido de maneira geral. Entre elas, pode-se destacar:
A elevada presença de umidade e impurezas pode danificar, desgastar e/ou obstruir os
sistemas, tornado indispensável a adoção de um sistema de condicionamento do ar antes
e após a compressão.
Grandes esforços são quase inviáveis, devido à necessidade de uma pressão excessiva
para o sistema, o que limita sua aplicação quanto ao uso com cargas mais elevadas.
O controle de velocidade, principalmente para velocidades muito baixas, é bastante difícil,
tornando necessário para uso em velocidades mais baixas o emprego de um sistema
misto, ou seja, um sistema hidráulico e pneumático.
 
Imagem: Shutterstock.com
COMPOSIÇÃO DE UM SISTEMA PNEUMÁTICO
De maneira geral, um sistema pneumático é composto por:
COMPRESSOR
Um sistema capaz de comprimir o ar disponível na atmosfera e direcioná-lo para
armazenamento.

TANQUE
Responsável pelo armazenamento do ar comprimido para sua posterior utilização.

SISTEMA DE CONDICIONAMENTO
Capaz de tratar o ar comprimido de maneira a permitir sua utilização com o mínimo de
impurezas e umidade.
Como os sistemas pneumáticos podem atuar com baixa ou alta pressão, a versatilidade de seu
custo é grande, tendo em vista poderem ser utilizados equipamentos e materiais mais finos e
menos robustos, ou mais delicados.
Existem diversas aplicações dos sistemas pneumáticos em atividades como:
Calibração
Fixação
Lixamento
Pintura
Pulverização
Rosqueamento
 
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Esses sistemas podem ser empregados em ferramentas diversas, tais como:
Britadeiras
Esmerilhadeiras
Grampeadoras
Parafusadeiras
Talhadeiras
 
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VERIFICANDO O APRENDIZADO
1. OS SISTEMAS A AR COMPRIMIDO SÃO UTILIZADOS DESDE A
ANTIGUIDADE. A POSSIBILIDADE DE UTILIZAÇÃO DO AR COMPRIMIDO
COMO FONTE DE ENERGIA REVOLUCIONOU O DESENVOLVIMENTO
DAS MÁQUINAS E PERMITIU A IMPLEMENTAÇÃO DA REVOLUÇÃO DAS
MÁQUINAS NO MEIO INDUSTRIAL. DENTRE AS PRINCIPAIS VANTAGENS
NA UTILIZAÇÃO DO AR COMPRIMIDO PODE-SE DESTACAR
A) o transporte e a distribuição.
B) a produção, visto não requerer muitos cuidados.
C) a compressibilidade, que facilitao uso do ar comprimido.
D) o escape, que é silencioso e limpo.
E) a viscosidade, que facilita a contenção de vazamentos.
2. O USO DE SISTEMAS PNEUMÁTICOS APRESENTA ALGUMAS
DESVANTAGENS EM RELAÇÃO À SUA APLICAÇÃO EM UM PROCESSO
PRODUTIVO. EMBORA A UTILIZAÇÃO DE MÁQUINAS PNEUMÁTICAS
POSSA CONTRIBUIR PARA O PROCESSO PRODUTIVO, EXISTEM
ALGUMAS DESVANTAGENS NA UTILIZAÇÃO DO AR COMPRIMIDO COMO
PRINCIPAL FONTE DE ENERGIA, COMO, POR EXEMPLO,
A) alta presença de umidade.
B) alta sensibilidade a vibrações.
C) dificuldade de implementação.
D) aumento da produtividade com baixo custo.
E) elevada complexidade na manipulação.
GABARITO
1. Os sistemas a ar comprimido são utilizados desde a antiguidade. A possibilidade de
utilização do ar comprimido como fonte de energia revolucionou o desenvolvimento das
máquinas e permitiu a implementação da revolução das máquinas no meio industrial.
Dentre as principais vantagens na utilização do ar comprimido pode-se destacar
A alternativa "A " está correta.
 
O transporte e a distribuição do ar comprimido podem ser realizados em longas distâncias, por
meio de tubulações e mangueiras flexíveis, aproveitando-se as características de
expansibilidade do ar.
2. O uso de sistemas pneumáticos apresenta algumas desvantagens em relação à sua
aplicação em um processo produtivo. Embora a utilização de máquinas pneumáticas
possa contribuir para o processo produtivo, existem algumas desvantagens na
utilização do ar comprimido como principal fonte de energia, como, por exemplo,
A alternativa "A " está correta.
 
A presença de umidade (partículas de água em suspensão) pode danificar, promover abrasão
ou obstruir as tubulações (pela formação de condensado), dificultando a distribuição ou até
mesmo inviabilizando o processo produtivo. Por outro lado, esses sistemas são de simples
implantação e operação, resistentes à vibração e proporcionam aumento da produtividade a
baixo custo.
MÓDULO 3
 Reconhecer a geração de ar comprimido e os sistemas utilizados na produção do ar
comprimido
A IMPORTÂNCIA DO CONDICIONAMENTO
DO AR COMPRIMIDO
A IMPORTÂNCIA DO CONDICIONAMENTO
DO AR COMPRIMIDO
O ar atmosférico é, basicamente, uma mistura de gases, entre eles: oxigênio, nitrogênio,
ozônio e hélio. Além dos gases que compõem a atmosfera, é possível encontrar em suspensão
no ar alguns tipos de poluentes ou contaminantes.
ENTRE OS POLUENTES OU CONTAMINANTES
MAIS COMUNS ENCONTRADOS NO AR, PODE-
SE DESTACAR A POEIRA, OS RESÍDUOS DE
ÓLEO E A ÁGUA.
 
 
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POEIRA
A poeira suspensa no ar pode se acumular nas tubulações de ar comprimido e provocar
obstruções, além do entupimento de filtros e a abrasão das estruturas, na medida em que as
partículas de poeira, em suspensão no ar, circulando em alta velocidade quando em contato
com os equipamentos, podem provocar seu desgaste pela fricção (desgaste por abrasão).
 
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RESÍDUOS DE ÓLEO
Os resíduos de óleo, provenientes da queimada dos óleos lubrificantes utilizados no
compressor, podem promover a contaminação do ar comprimido e gerar a contaminação da
produção ou a mancha dos produtos produzidos.
 
Foto: Shutterstock.com
ÁGUA
A água representa um dos grandes problemas a serem contornados na utilização do ar
comprimido.
Esses contaminantes e poluentes são preocupantes quando o compressor, no momento da
aspiração do ar, carrega essas partículas com o ar de instrumentação e, na compressão, esses
componentes podem mudar de estado físico.
 EXEMPLO
Os gases tendem a permanecer em seu estado gasoso nas temperaturas e pressões normais.
Entretanto, durante a compressão, partículas de água podem sofrer condensação, ou seja,
podem mudar do estado gasoso para o estado líquido.
Esse problema aumenta quanto maior for a umidade relativa do ar, ou seja, quanto maior for a
presença de partículas de água em suspensão no ar atmosférico.
A presença das partículas de água presentes no ar comprimido, seja pela compressão seja
pela redução da temperatura (resfriamento), pode produzir consequências severas, tais como:
Oxidação (ferrugem) da estrutura (tubulação e equipamentos).
Destruição da película lubrificante, presente em toda a estrutura e que é utilizada para
redução do efeito do atrito entre as partes mecânicas e consequente redução no seu
desgaste prematuro.
Variações nas pressões durante o processo produtivo e na vazão, o que causa uma
perturbação que não pode ser controlada, conhecida como golpe de aríete.
 VOCÊ SABIA
Enquanto a contaminação produzida por água ou poeira é promovida pelo próprio ar
atmosférico, a contaminação provocada pelo óleo é gerada pelo próprio equipamento.
PARTES QUE COMPÕEM UM SISTEMA DE
AR COMPRIMIDO
Existe a necessidade de um condicionamento na produção do ar comprimido, antes que o
mesmo possa ser fornecido para os sistemas pneumáticos. De modo simplificado, as partes
que compõem um sistema de ar comprimido podem ser vistas na Figura 18:
 
Imagem: Raphael de Souza dos Santos
 Figura 18 - Sistema de produção de ar comprimido
Na Figura 18, é possível observar um sistema de compressão de ar comprimido. Esse sistema
é composto de diversas etapas distintas, cada uma com uma função específica na produção do
ar comprimido a ser utilizado pelo sistema pneumático.
Entre as partes que compõem o sistema, podem ser destacadas: filtro de entrada, compressor,
válvula de escape, resfriador, dreno, receptor de ar, secador, distribuição e tomadas de ar.
Veremos mais sobre cada uma dessas partes a seguir:
FILTRO DE ENTRADA
É o filtro instalado no ponto de entrada do sistema, onde ocorre a captação do ar. Ele é
responsável pela remoção de impurezas contaminadoras presentes no ar drenado pelo
compressor (Figura 19).
 
Imagem: Raphael de Souza dos Santos
 Figura 19 - Filtro de entrada
COMPRESSOR
É o coração do sistema. Principal parte do sistema de produção do ar comprimido, é
responsável por comprimir o ar aspirado, reduzindo seu volume e, consequentemente,
aumentando a pressão sobre ele (Figura 20):
 
Imagem: Raphael de Souza dos Santos
 Figura 20 - Compressor
VÁLVULA DE ESCAPE
Responsável pela manutenção da operação segura do compressor. Em condições de pressão
acima do permitido pelo compressor (especificado pelo fabricante), permite que o ar escape,
promovendo a redução na pressão (Figura 21).
 
Imagem: Raphael de Souza dos Santos
 Figura 21 - Válvula de escape
VALE DESTACAR QUE ALGUNS
COMPRESSORES SÃO EQUIPADOS COM
PRESSOSTATOS, TAMBÉM CONHECIDOS COMO
CHAVES DE PRESSÃO. ESSAS CHAVES SÃO
RESPONSÁVEIS POR DETECTAR QUANDO A
PRESSÃO ULTRAPASSA UM DETERMINADO
LIMITE SUPERIOR E DESARMAM O
COMPRESSOR. DESSA MANEIRA, O
COMPRESSOR PERMANECERÁ DESLIGADO
ATÉ QUE A PRESSÃO FIQUE ABAIXO DE UM
VALOR MÍNIMO.
Também é interessante observar que alguns compressores são equipados com chaves de
temperatura ou relés térmicos em seus motores. Dessa maneira, quando os compressores
permanecem ligados por muito tempo, ou são ligados e desligados sucessivas vezes, a chave
térmica desarma, e o compressor permanecerá impossibilitado de ser ligado até que a sua
temperatura fique abaixo de um valor mínimo.
RESFRIADOR
Durante o processo de compressão, enquanto a pressão do ar aumenta, sua temperatura
também sobe (relação direta estabelecida pela Lei dos Gases). Dessa maneira, é fundamental
que seja realizada a refrigeração do ar após a compressão (Figura 22).
 
Imagem: Raphael de Souza dos Santos
 Figura 22 - Resfriador
Esse resfriador também é chamado de after cooler e é utilizado prioritariamente na tentativa de
redução da água presente no ar comprimido.
 SAIBA MAIS
O resfriador consiste, basicamente, em um trocador de calor. Ele pode ser utilizado para
permitir a redução média de cerca de 75% a 90% das partículas de água contidas no ar, além
das partículas de óleo.
Também é possível apontar que a maior temperatura do ar comprimido é na descarga do
compressor. Assim, o resfriador evita a dilataçãoda tubulação pela elevada temperatura na
descarga do compressor.
DRENO
Vale destacar que a redução da temperatura do ar pode provocar a condensação das
partículas de água presentes no ar. Por esse motivo, um dreno é adicionado próximo ao
resfriador, permitindo a remoção da água condensada pelo resfriador (Figura 23):
 
Imagem: Raphael de Souza dos Santos
 Figura 23 - Dreno
RECEPTOR DE AR
Também chamado de tanque de estocagem (armazenamento) ou reservatório, é utilizado para
permitir o acúmulo do ar comprimido, que será disponibilizado para o sistema pneumático
(Figura 24).
 
Imagem: Raphael de Souza dos Santos
 Figura 24 - Receptor de ar
Esse reservatório possui funções como:
Armazenar o ar comprimido.
Auxiliar na remoção da água condensada.
Ajudar na redução das flutuações de pressão (amortecimento).
Estabilizar o fluxo de ar.
 SAIBA MAIS
Os reservatórios são construídos de acordo com a norma ABNT (PNB-109) e não devem
operar acima da pressão máxima de trabalho permitida (PMTP). Para isso, são equipados com
uma válvula de segurança.
Dependendo das dimensões do reservatório, ele deve possuir diversos drenos, conexões e
aberturas de inspeção.
Os reservatórios devem ser equipados com:
Manômetros para indicação da pressão em seu interior.
Válvulas de bloqueio.
Entrada de ar.
Saída de ar.
Válvula de alívio.
Dreno.
Janela de visita (para inspeção), dependendo das dimensões do reservatório.
 ATENÇÃO
O reservatório não deve ser enterrado ou mantido em local de difícil acesso.
Preferencialmente, deve ser localizado fora do local em que o compressor está instalado e
abrigado do sol (para facilitar a condensação).
SECADOR
Mesmo após a etapa de drenagem, o ar acumulado no receptor ainda carrega certa quantidade
de umidade. Esse ar pressurizado pode conter uma quantidade razoável de partículas de água
e de contaminantes que precisa ser eliminada antes que seja disponibilizado para utilização
pelo sistema de pneumático. Por esse motivo, antes de sua utilização, o ar passa por um
secador (Figura 25):
 
Imagem: Raphael de Souza dos Santos
 Figura 25 - Secador
É interessante observar que, antes e após o secador, são utilizados dois drenos. Um para
remoção de partículas de água condensada que tenham se acumulado no tanque de
armazenamento e que sejam carregadas (por arraste) na direção do secador e outro para as
que tenham conseguido ultrapassar a etapa de secagem.
 VOCÊ SABIA
O ar seco industrial não é o ar totalmente isento de água, mas o ar que passou por um
processo de desidratação (secagem).
O custo associado com a instalação de um secador é compensando pela redução:
Na substituição de trechos de tubulação oxidados (enferrujados).
Na substituição de partes dos equipamentos pneumáticos.
No aumento da produtividade.
Na redução ou eliminação dos golpes de aríete.
Entre as formas mais comuns de secagem, destacam-se:
SECAGEM POR REFRIGERAÇÃO
SECAGEM POR ABSORÇÃO
SECAGEM POR ADSORÇÃO
SECAGEM POR REFRIGERAÇÃO
O ar é submetido a uma temperatura suficientemente baixa, de maneira a promover a
condensação das partículas de água para sua posterior remoção. Também pode auxiliar na
remoção do óleo em suspensão.
SECAGEM POR ABSORÇÃO
A secagem do ar ocorre por reações químicas. O ar é injetado em um tanque, e substâncias
higroscópicas (cloreto de cálcio, cloreto de lítio, entre outras) absorvem esse vapor de água e
se liquefazem, permitindo sua remoção.
SECAGEM POR ADSORÇÃO
Similar ao processo de absorção, entretanto é regenerativo. Uma substância adsorvente (sílica
gel, por exemplo) absorve a água até sua saturação. Depois, ela é aquecida e libera a água
para sua eliminação.
DISTRIBUIÇÃO E TOMADAS DE AR
Após a etapa de secagem, o ar é direcionado por tubulações que permitem que seja conduzido
para diversas áreas do parque industrial, sendo disponibilizado nos pontos de uso. Essa
distribuição pode conter ainda válvulas abre e fecha, drenos, filtros, entre outras unidades de
conservação (Figura 26).
 
Imagem: Raphael de Souza dos Santos
 Figura 26 - Distribuição e tomadas de ar
As tomadas de ar ou pontos de uso são os locais em que os equipamentos serão conectados.
Geralmente, possuem conexões para encaixe dos equipamentos ou mangueiras flexíveis que
permitirão a utilização do ar comprimido disponibilizado. Também podem possuir reguladores
que permitem que a pressão do ar seja regulada pelo usuário.
VERIFICANDO O APRENDIZADO
1. A PRODUÇÃO DE AR COMPRIMIDO PARA SUA UTILIZAÇÃO EM
SISTEMAS PNEUMÁTICOS DEMANDA CERTOS CUIDADOS
FUNDAMENTAIS PARA A GARANTIA DA QUALIDADE DO AR
COMPRIMIDO. A REMOÇÃO DE IMPUREZAS INDESEJÁVEIS NA
CAPTAÇÃO DO AR A SER COMPRIMIDO É REALIZADA PELO(A)
A) secador.
B) resfriador.
C) válvula de escape.
D) dreno.
E) filtro de entrada.
2. A REMOÇÃO DAS PARTÍCULAS DE ÁGUA É UMA DAS PRINCIPAIS
ETAPAS DO CONDICIONAMENTO DO AR COMPRIMIDO. A PRINCIPAL
ETAPA RESPONSÁVEL POR ESSA REMOÇÃO É A SECAGEM. ELA É
REALIZADA LOGO APÓS A ESTOCAGEM DO AR, DEVIDO À
PRECIPITAÇÃO DA ÁGUA EM SUSPENSÃO. UMA DAS FORMAS MAIS
COMUNS DE SECAGEM E QUE UTILIZA A REDUÇÃO DA TEMPERATURA
PARA REMOÇÃO DAS PARTÍCULAS DE ÁGUA É CHAMADA DE
A) secagem por absorção.
B) secagem por adsorção.
C) secagem por refrigeração.
D) secagem com sílica gel.
E) secagem com cloreto de cálcio.
GABARITO
1. A produção de ar comprimido para sua utilização em sistemas pneumáticos demanda
certos cuidados fundamentais para a garantia da qualidade do ar comprimido. A
remoção de impurezas indesejáveis na captação do ar a ser comprimido é realizada
pelo(a)
A alternativa "E " está correta.
 
A presença de partículas em suspensão (poeiras e contaminantes) pode provocar inúmeros
problemas ao sistema de ar comprimido, desde a obstrução da tubulação até danos severos às
partes que compõem o sistema, ocasionados por abrasão. Dessa maneira, a utilização de
filtros na entrada do compressor é de grande utilidade, na medida em que auxiliam na remoção
dessas partículas e protegem o sistema.
2. A remoção das partículas de água é uma das principais etapas do condicionamento
do ar comprimido. A principal etapa responsável por essa remoção é a secagem. Ela é
realizada logo após a estocagem do ar, devido à precipitação da água em suspensão.
Uma das formas mais comuns de secagem e que utiliza a redução da temperatura para
remoção das partículas de água é chamada de
A alternativa "C " está correta.
 
No processo de secagem por refrigeração, o ar é submetido a uma significativa redução de
temperatura de maneira a produzir a condensação das partículas de água suspensas no ar,
possibilitando sua remoção por uma filtragem simples.
MÓDULO 4
 Identificar os sistemas de distribuição de ar comprimido e sua utilização nos projetos
pneumáticos
O PROCESSO DE DISTRIBUIÇÃO DO AR
COMPRIMIDO
SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO DE AR
COMPRIMIDO
As redes de distribuição do ar comprimido para equipamentos e máquinas são fundamentais
para o bom desempenho de um sistema pneumático. Caso não haja uma rede disponível ou
funcional de ar comprimido, é necessária a utilização de um compressor para cada
equipamento, o que pode tornar o processo altamente custoso não apenas na implementação,
como também em sua manutenção.
Por esse motivo, o processo mais comum é a utilização de um sistema de produção de ar
comprimido, capaz de produzir um volume razoável de ar comprimido, suficiente para atender à
demanda de toda a planta industrial. Esse sistema deve ser equipado com vários pontos de
distribuição, com pontos de conexão para os equipamentos facilmente acessíveis.
UMA REDE DE DISTRIBUIÇÃO DE AR
COMPRIMIDO ENGLOBA DESDE AS
TUBULAÇÕES QUE SAEM DO TANQUE
PRINCIPAL (RESERVATÓRIO DE AR) E PASSAM
PELO SECADOR, ATÉ SUA CHEGADA AOS
PONTOS DE UTILIZAÇÃO PELOS OPERADORES
DOS EQUIPAMENTOS.
Os tubos da rede de distribuição são, geralmente, fabricados de aço carbono ou aço
galvanizado. Em alguns casos, é possível a utilização de redes de ar comprimido com
conexões e tubos de PVCespeciais para essa finalidade e polímeros específicos, como o
polipropileno copolímero random (PPR).
A conexão entre o sistema de produção de ar comprimido e os equipamentos.
Sua utilização como reserva local, no atendimento de necessidades que demandem pouco
volume de ar.
CARACTERÍSTICAS DE UMA REDE DE
DISTRIBUIÇÃO DE AR COMPRIMIDO
Uma rede de distribuição de ar comprimido bem estruturada e pronta para atender às
demandas do processo industrial deve ser capaz de:
Apresentar uma pequena perda de pressão entre o compressor e a tomada de ar, de
maneira que seja possível manter a pressão dentro de limites toleráveis, de acordo com
as exigências do processo industrial.
Não apresentar vazamentos ou escapes de ar, pois podem ser os principais responsáveis
pela perda de energia.
Apresentar filtros adequados (em modelo e quantidade) para a remoção eficiente do
condensado.
 VOCÊ SABIA
O desenvolvimento de uma rede de distribuição sem levar em consideração os pontos listados
pode representar um prejuízo ao processo produtivo, ao invés de um ganho. Isso ocorre
porque uma grande quantidade de energia pode ser desperdiçada sem que a planta atenda à
demanda do processo industrial.
DOCUMENTAÇÃO
Entre os documentos apresentados para as redes de distribuição de ar comprimido está o
layout da rede de distribuição. Esse diagrama apresenta toda a rede principal, suas
ramificações, os pontos de consumo e as possíveis alterações para expansão. Também é
informada a pressão dos pontos de consumo, a posição das válvulas de fechamento, as
conexões, curvaturas e os separadores de condensados.
TIPOS DE REDES DE DISTRIBUIÇÃO
O tipo de rede de distribuição pode ser em anel fechado ou circuito aberto. Cada situação deve
levar em consideração as instalações e o processo industrial a que se deseja atender.
A instalação mais comum é a rede de distribuição do tipo circuito fechado (com formato de
anel). Os pontos de consumo (tomadas de ar) partem de ramificações originadas desse anel.
Entre as vantagens da instalação em circuito fechado, pode-se destacar:
Manutenção de uma pressão constante.
Distribuição uniforme do ar comprimido, no caso de consumos intermitentes.
Contudo, essa instalação apresenta maior dificuldade na remoção da umidade, tendo em vista
que o ar circula em diferentes caminhos, podendo percorrer mais de uma direção (consumos
em pontos diferentes).
 DICA
A instalação em circuito aberto é indicada para pontos isolados ou muito distantes.
Dois exemplos de layouts de redes de distribuição em anel podem ser vistos na Figura 27:
 
Imagem: Extraída de Parker Hannifin, 2000, p. 23
 Figura 27 - Layouts de redes de distribuição: (a) rede com derivações do anel e (b) rede
com derivações transversais
MEDIDAS DE SEGURANÇA
As válvulas de bloqueio localizadas na linha de transmissão são previstas na rede de
distribuição de maneira a permitir que seja feita a divisão em seções devidamente isoladas.
Essa medida é particularmente importante para grandes instalações, facilitando as atividades
de inspeção, modificações e manutenções, pois permitem o isolamento de uma seção da outra
(Figura 28).
 
Imagem: Extraída de Parker Hannifin, 2000, p. 24
 Figura 28 - Válvulas de bloqueio para isolamento de uma rede de distribuição
CONEXÕES E RAMIFICAÇÕES
As conexões entre trechos de tubulações e derivações são realizadas por rosca, solda, flanges,
engates rápidos, entre outros componentes. O mais importante é que tais conexões
apresentem uma boa vedação, sem perda de energia. Veremos mais sobre essas conexões a
seguir:
CONEXÕES DO TIPO ROSCA
As conexões do tipo rosca são as mais comuns. Apresentam custo reduzido e fácil montagem
e desmontagem. A vedação é realizada com fita do tipo teflon.
JUNÇÕES DO TIPO SOLDADAS
As junções do tipo soldadas são menos propícias ao vazamento. Contudo, o custo é um pouco
maior quando comparado ao das roscas. As etapas de montagem e desmontagem são mais
complexas, pois cuidados particulares devem ser tomados para que uma solda bem-feita seja
realizada.
CONEXÕES COM FLANGE
As conexões com flange também são bastante utilizadas, sendo necessários os anéis de
vedação para a garantia de uma boa vedação, como pode ser visto na Figura 29:
 
Imagem: Raphael de Souza dos Santos
 Figura 29 - Tubulação com solda e flange
Em alguns casos, a instalação pode ser integralmente feita em PPR, apresentando também
conexões em solda e com rosca (Figura 30):
 
Foto: arglobal.com
 Figura 30 - Rede de ar comprimido em PPR
CURVATURA
As curvas na rede de distribuição devem possuir o maior raio possível, evitando perdas
excessivas de energia. A curvatura mínima deve possuir um raio mínimo de duas vezes o
diâmetro externo do tubo (Figura 31):
 
Imagem: Extraída de Parker Hannifin, 2000, p. 24
 Figura 31 - Curvatura da tubulação
INCLINAÇÃO DA REDE DE DISTRIBUIÇÃO
As tubulações devem possuir uma inclinação, no sentido do fluxo, de 0,5 a 2%. Essa inclinação
tem por objetivo direcionar os condensados para os pontos de coleta, evitando a formação de
pontos de acumulação.
Esses pontos de coleta são denominados de drenos. Eles são conectados a pontos mais
baixos na tubulação de maneira a permitirem a remoção do condensado. Se possível, devem
ser automáticos. Casos as redes sejam muito grandes, pontos regulares de coletas devem ser
instalados (20 ou 30 metros de distância entre si), conforme a Figura 32:
 
Imagem: Extraída de Parker Hannifin, 2000, p. 25
 Figura 32 - Inclinação da rede de distribuição e pontos de coleta
TOMADAS DE AR COMPRIMIDO
É fundamental que os pontos de fornecimento de ar comprimido (pontos de conexão com os
equipamentos pneumáticos) sejam derivados da parte superior da tubulação principal de
suprimento de ar. Isso é necessário para evitar que os pontos de suprimento acabem
funcionando como coletores de condensados ou drenos. Essa derivação é popularmente
chamada de pescoço de cisne (Figura 33).
 
Imagem: Extraída de Parker Hannifin, 2000, p. 25
 Figura 33 - Tomadas de ar tipo pescoço de cisne.
PERDAS DE ENERGIA
Os vazamentos de ar comprimido representam grandes perdas de energia. Mesmo em
pequenos furos, acoplamentos malfeitos, folgas em vedações, anéis de vedação defeituosos,
representam grandes vazamentos de ar comprimido e, consequentemente, grandes perdas de
energia. É estimado que, mesmo em redes com boa manutenção, esses "pequenos
problemas" podem apresentar uma perda considerável de energia.
Essa perda torna-se economicamente relevante quando a perda de ar comprimido afeta o
desempenho de equipamentos na realização de uma determinada tarefa.
 ATENÇÃO
Eliminar todos os vazamentos é praticamente impossível, mas é fundamental reduzi-los ao
máximo.
TIPOS DE TUBOS
Os tubos podem ser metálicos ou não metálicos, cada tipo sendo adequado a um tipo de
instalação e uma funcionalidade específica.
METÁLICOS
 
Foto: shutterstock.com
 Figura 34 - Tubos metálicos - tubos de cobre
São tubos do tipo latão, aço inoxidável, cobre e aço trefilado. Possuem até 1 polegada de
diâmetro, quando utilizados em instalações especiais. São montados em estruturas rígidas,
como pode ser visto na Figura 34. Seu uso mais comum é em locais com alta temperatura,
elevada pressão, possível agressão química, abrasão, choque mecânico, entre outros.
 ATENÇÃO
Vale destacar que os tubos de cobre e latão possuem certo grau de flexibilidade.
MATERIAIS PARA TUBOS METÁLICOS
Os tubos metálicos podem ser fabricados em diversos materiais. Alguns são formados por
combinações de metais, as chamadas ligas. Alguns exemplos de materiais para tubos são:
aço carbono e aços de alta liga. Os aços de alta liga de cromo/níquel, também chamados de
aço inoxidável, são divididos principalmente em:
AISI 304.
AISI 304L - muito parecido com o AISI 304, mas com menor teor de carbono.
AISI 316 - muito parecido com o AISI 304, mas com adição de molibdênio (maior
resistência a corrosão).
AISI 316Ti - muito parecido com oAISI 304, mas com adição de titânio (maior resistência
a corrosão intergranular).
AISI 310S - tolerância a altas temperaturas.
AISI 317 - maior resistência a corrosão que o AISI 316.
AISI 446 - toleram temperaturas acima de 700° C.
NÃO METÁLICOS
 
Foto: Shutterstock.com
 Figura 35 - Tubos não metálicos
Também conhecidos como mangueiras, são confeccionados em materiais sintéticos, como
polietileno, poliuretano, nylon e borracha revestida com lona. Apresentam alta flexibilidade e
boa resistência química e ao estresse mecânico, como pode ser visto na Figura 35.
Apresentam diâmetros que variam entre 4 e 16mm. São largamente utilizados em montagens
complexas.
CONEXÕES
As conexões são os terminais nas tomadas de ar nos quais serão conectados os
equipamentos.
Para tubos metálicos, essas conexões costumam ser de solda, rosca ou de cravação
(extremidades para roscas diversas).
Para tubos não metálicos, essas conexões são mais comumente de engate rápido, o que
facilita o processo de montagem e desmontagem, auxilia manutenção e apresenta grande
durabilidade.Essas conexões podem ser de materiais sintéticos, aço inoxidável, alumínio e
ligas de cobre (Figura 36).
 
Foto: Festo, s.d., p. 8.
 Figura 36 - Conectores do tipo engate rápido.
VERIFICANDO O APRENDIZADO
1. OS SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO DE AR COMPRIMIDO DEVEM SER
CAPAZES DE ATENDER A TODA A PLANTA INDUSTRIAL, FORNECENDO
AR COMPRIMIDO O SUFICIENTE PARA TODOS OS EQUIPAMENTOS E
FERRAMENTAS UTILIZADOS NA EXECUÇÃO DAS ATIVIDADES
DESENVOLVIDAS. ENTRE AS CARACTERÍSTICAS DAS REDES DE
DISTRIBUIÇÃO DE AR COMPRIMIDO PODE-SE DESTACAR
A) a elevada perda de pressão entre o compressor e as tomadas de ar.
B) a manutenção dos níveis de pressão bem acima de limites toleráveis.
C) os escapes de ar constantes para alívio da pressão.
D) a não necessidade de filtros para remoção do condensado.
E) a boa vedação para evitar vazamentos de ar.
2. A DOCUMENTAÇÃO DE UMA PLANTA INDUSTRIAL PRECISA SER O
MAIS COMPLETA POSSÍVEL, DE MANEIRA A PERMITIR SUA CORRETA
OPERAÇÃO, ALÉM DE GARANTIR A SEGURANÇA DOS OPERADORES E
MAQUINÁRIOS ENVOLVIDOS NO PROCESSO. TAMBÉM É IMPORTANTE
QUE AS INFORMAÇÕES CONTIDAS NAS PLANTAS AUXILIEM AS
ATIVIDADES DE MANUTENÇÃO E POSSIBILITEM SUA EXPANSÃO.
ENTRE AS INFORMAÇÕES FUNDAMENTAIS PARA UMA REDE DE
DISTRIBUIÇÃO DE AR COMPRIMIDO, PODE-SE DESTACAR
A) o tipo de válvula de fechamento utilizada.
B) o material utilizado nas ramificações.
C) a pressão dos pontos de consumo.
D) o tipo de conexão utilizada nos equipamentos.
E) a frequência de remoção de condensado dos filtros.
GABARITO
1. Os sistemas de distribuição de ar comprimido devem ser capazes de atender a toda a
planta industrial, fornecendo ar comprimido o suficiente para todos os equipamentos e
ferramentas utilizados na execução das atividades desenvolvidas. Entre as
características das redes de distribuição de ar comprimido pode-se destacar
A alternativa "E " está correta.
 
Os escapes ou vazamentos de ar são responsáveis por causarem perdas de energia entre o
compressor e as tomadas de ar. Esses vazamentos são provocados por furos, roscas mal
vedadas, anéis de vedação gastos, ou conexões mal presas. A demais alternativas não
representam relevantes de sistemas de ar comprimido. A perda de energia é indesejável para
as redes de distribuição de ar e devem ser tomados todos os cuidados para eliminá-la.
2. A documentação de uma planta industrial precisa ser o mais completa possível, de
maneira a permitir sua correta operação, além de garantir a segurança dos operadores e
maquinários envolvidos no processo. Também é importante que as informações
contidas nas plantas auxiliem as atividades de manutenção e possibilitem sua expansão.
Entre as informações fundamentais para uma rede de distribuição de ar comprimido,
pode-se destacar
A alternativa "C " está correta.
 
Algumas informações, como a pressão das tomadas de ar e a posição de filtros e separadores
de condensadores, são fundamentais, tendo em vista sua importância para a operação segura
do processo e para a manutenção da unidade. Contudo, a temperatura do ar no interior da
tubulação não pode ser especificada no layout da planta, tendo em vista que ela varia com as
condições ambientes e com a temperatura do ar puxado pelo compressor.
CONCLUSÃO
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Estudamos os conceitos básicos aplicáveis a sistemas pneumáticos e suas funcionalidades.
Tratamos dos princípios físicos, específicos para o correto entendimento da pneumática e para
a compreensão de como o ar pode ser comprimido. Apresentamos os efeitos e as alterações
nas características do ar promovidas pela compressão, como as mudanças no volume, na
pressão e na temperatura, com o objetivo de elucidar a importância das etapas de tratamento e
dos cuidados a serem adotados com a compressão do ar. Além disso, compreendemos as
etapas para geração de ar comprimido, desde a produção ao condicionamento.
Por fim, discutimos sobre a distribuição do ar comprimido e os detalhes pertinentes ao projeto
das redes de distribuição, bem como sobre os cuidados necessários para evitar danos
estruturais, obstrução e formação de condensado.
AVALIAÇÃO DO TEMA:
REFERÊNCIAS
BOLLMANN, A. Fundamentos de Automação Industrial Pneutrônica. São Paulo: ABHP,
1997.
BRUNETTI, Franco. Mecânica dos Fluidos. 2. ed. revisada. São Paulo: Pearson
Universidades, 2008.
FESTO. Painel Simulador de Pneumática e Eletropneumática. (s.d.). Consultado na internet
em 5 jul. 2021.
PARKER HANIFIN. Manual de Eletropneumática Industrial. São Paulo: Parker Training,
2005. Consultado na internet em 5 jul. 2021.
PARKER HANIFIN. Tecnologia Hidráulica Industrial. São Paulo: Parker Training, (s.d.).
Consultado na internet em 5 jul. 2021.
PARKER HANIFIN. Tecnologia Pneumática Industrial - Apostila M1001 BR. São Paulo:
Parker Training, 2000. Consultado na internet em 5 jul. 2021.
PARKER HANIFIN. Tecnologia Pneumática Industrial - Apresentação M1001-1 BR. São
Paulo: Parker Training, 2000. Consultado na internet em 5 jul. 2021.
EXPLORE+
Leia o artigo O uso eficiente do ar comprimido na indústria, de João de Souza Silva,
Walkyria Krystie Arruda Gonçalves e Ronan Marcelo Martins.
Aprenda mais sobre a Lei dos Gases Ideais, consultando o livro Físico-química, volumes
1 e 2, de Walter John Moore, da editora Blucher, 1976.
Para conhecer melhor os sistemas pneumáticos, leia o livro Sistemas pneumáticos, de Ilo
da Silva Moreira, da editora Senai-SP, 2012.
CONTEUDISTA
Raphael de Souza dos Santos