Rede de ar comprimido: levar o ar a cada máquina sem perder pressão no caminho, e sem deixá-lo escapar

Linha aberta, anel fechado, inclinação e tomadas

O desenho da rede decide se a pressão será igual em todos os pontos, e para onde a água vai.

As partes da rede.

• Linha principal: sai da sala de compressores e leva toda a vazão até a área de consumo.
• Linha de distribuição: percorre a área, em anel ou em linha.
• Linhas de alimentação, ou descidas: levam o ar da distribuição a cada máquina ou posto.
• Linha de ligação: a mangueira ou o tubo entre a tomada e o equipamento.

As regras de montagem.

• Inclinação de 1 a 2 %, no sentido do fluxo, em direção a um ponto de drenagem. A água que condensar escorre para lá, em vez de se acumular em barrigas.
• Drenos em todos os pontos baixos, e no fim de cada linha, com purgador, de preferência automático, e uma perna de acúmulo.
• Tomadas por cima: cada derivação sai da parte superior do tubo principal, sobe, faz uma curva, e desce. É o chamado pescoço de ganso. A água e a sujeira, que correm pelo fundo do tubo, não entram na descida.
• Descidas com dreno: a descida passa pela tomada da máquina, e continua alguns centímetros para baixo, terminando em um dreno. A tomada sai pela lateral.
• Válvulas de setor, para isolar trechos, e uma válvula de bloqueio em cada descida.
• Sem pontos mortos: trechos fechados na ponta acumulam água e ferrugem.
• Suportes que permitam a dilatação, e que não deixem o tubo formar barriga.
• Identificação: a cor e as etiquetas previstas na norma de identificação de tubulações, com o sentido do fluxo.

Com ar seco, as regras afrouxam? Com um bom secador, a rede não deveria ter água, e sistemas modulares modernos, de alumínio, são montados em nível, com tomadas laterais. Ainda assim, secadores falham, e purgadores entopem. Manter drenos nos pontos baixos e tomadas por cima custa pouco, e protege as máquinas no dia em que o tratamento parar.

Rede antiga e ar novo. Ligar um secador novo a uma rede de aço que passou vinte anos úmida solta, nas primeiras semanas, a ferrugem que a água mantinha grudada. É preciso prever filtros e limpeza.

Peça 3D · realidade aumentada

A tomada de ar em pescoço de ganso

Trecho da linha principal, cortado para mostrar a água que corre no fundo, com a tomada saindo por cima e a perna de dreno no ponto baixo. Toque nos números.

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Vista geralLinhaPescoço de gansoRegistroEngateDreno

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Aço, alumínio, cobre, plásticos, e o tubo que não pode

O material do tubo decide a qualidade do ar que chega, a perda de pressão ao longo dos anos, e o tempo de montagem.

Rugosidade e tempo. Um tubo de aço novo tem superfície razoavelmente lisa. Depois de alguns anos com ar úmido, a ferrugem cria uma crosta, o diâmetro útil diminui, e a perda de pressão pode dobrar. Alumínio, inox, cobre e plásticos mantêm, por décadas, a perda do primeiro dia.

Conexões. Cada rosca é um ponto potencial de vazamento. Sistemas com conexões de encaixe, de prensagem ou de solda têm menos vazamentos que os rosqueados. Em roscas, usa-se vedante adequado, fita ou pasta, aplicado de modo que não entre no tubo: fiapos de fita são uma causa clássica de válvula travada.

Engates rápidos. Práticos, e caros em pressão: um engate comum, de passagem estreita, pode custar 0,3 a 0,6 bar na vazão de uma ferramenta. Engates de passagem plena e de segurança, que despressurizam antes de soltar, custam mais, e se pagam.

Mangueiras. Diâmetro interno adequado, comprimento mínimo, sem dobras nem espirais apertadas. Uma mangueira de 6 mm por 10 metros, alimentando uma lixadeira, perde mais de 1 bar. Com mangueira de 10 mm, a perda cai a um décimo.

Queda de pressão, velocidade e comprimento equivalente

O tubo certo é o que entrega a vazão do futuro com uma perda que ninguém nota.

O que a fórmula diz.

• A perda cresce com a vazão elevada a quase 2. Dobrar a vazão quase quadruplica a perda.
• A perda é proporcional ao comprimento.
• A perda cai com a quinta potência do diâmetro.
• A perda é menor em pressão mais alta: o ar ocupa menos volume, e anda mais devagar.

Quanto se admite perder.

Comprimento equivalente. Curvas, tês, válvulas e reduções também causam perda. Para somá-la, cada peça é convertida no comprimento de tubo reto que causaria a mesma perda, e esse valor é acrescentado ao comprimento real.

Onde a pressão realmente se perde. Em instalações medidas em auditorias, a rede principal raramente é o problema. As maiores perdas estão nos últimos metros: descida fina, filtro e regulador pequenos, engate rápido estreito, mangueira longa e fina. É comum encontrar 0,1 bar perdido em 200 metros de rede, e 1,5 bar nos 5 metros finais. Antes de aumentar a pressão do compressor, mede-se a pressão na ferramenta, em uso.

Onde estão, como medir, e quanto custam

Toda rede vaza. A diferença entre uma boa e uma ruim é saber quanto, e fazer alguma coisa.

Quanto é aceitável. Em uma instalação nova e bem mantida, menos de 5 a 10 % da vazão produzida. Em instalações sem programa, 20 a 30 %. Acima de 30 %, é o maior consumidor da fábrica.

Medir, com a fábrica parada. Sem nenhum consumo, tudo o que o compressor produz é vazamento. Há dois métodos, que não exigem instrumento especial.

Localizar.

• Ouvido: com a fábrica em silêncio, os maiores se ouvem.
• Espuma: água com detergente, ou produto próprio, sobre a conexão suspeita. Barato e certeiro, e lento.
• Detector ultrassônico: o ar que escapa por um orifício produz som em frequências acima da audição. O detector as capta, e permite localizar vazamentos a metros de distância, com a fábrica em funcionamento e com ruído. Câmeras acústicas mostram o ponto em uma imagem.

Um programa, e não um mutirão. Vazamentos reaparecem. O que funciona é uma rotina.

• Medir a taxa de vazamentos, a cada três ou seis meses.
• Localizar e etiquetar cada ponto, com data e tamanho estimado.
• Consertar, começando pelos maiores.
• Medir de novo, e registrar a economia.
• Prevenir: engates e mangueiras de qualidade, válvulas de bloqueio nas máquinas, despressurização de setores fora do turno, e a menor pressão de rede que atende.

Pressão e vazamento. A vazão por um furo é proporcional à pressão absoluta. Baixar a rede de 7 para 6 bar reduz todos os vazamentos em cerca de 12 %, além dos 6 a 7 % de economia na compressão. E consumidores sem regulador, como bicos de sopro, também gastam menos.

Case real · Devon, Inglaterra, de setembro de 1847 a setembro de 1848

Os trens corriam sem locomotiva, em silêncio, a mais de cem quilômetros por hora, puxados por um êmbolo dentro de um tubo de ferro deitado entre os trilhos. Casas de máquinas, a cada cinco quilômetros, tiravam o ar do tubo, e a pressão da atmosfera empurrava o êmbolo. O engenheiro mais famoso da Inglaterra apostou a ferrovia inteira no sistema. Um ano depois, mandou arrancar os tubos. O que o derrotou foi uma tira de couro

Na década de 1840, as locomotivas a vapor eram pesadas, sujas, e subiam mal as rampas. Dois inventores ingleses propuseram uma alternativa: a ferrovia atmosférica. Entre os trilhos, um tubo de ferro fundido, contínuo. Dentro dele, um êmbolo, ligado ao primeiro vagão por uma haste. Casas de bombas, ao longo da linha, com máquinas a vapor estacionárias, extraíam o ar do tubo à frente do trem. Atrás do êmbolo, a pressão atmosférica o empurrava.

Para que a haste pudesse ligar o êmbolo ao vagão, o tubo tinha uma fenda ao longo de todo o topo. A fenda era fechada por uma aba de couro, contínua, reforçada com ferro, presa de um lado, e vedada com uma mistura de sebo. Um dispositivo no vagão levantava a aba à passagem da haste, e ela se fechava atrás.

Isambard Brunel, engenheiro da ferrovia do sul de Devon, adotou o sistema para um trecho de serra. As casas de bombas foram construídas, com chaminés em forma de torre italiana, e os trens atmosféricos começaram a circular, com passageiros, em setembro de 1847.

Quando funcionava, era notável. Aceleração forte, nenhuma fumaça, e velocidades de mais de 100 quilômetros por hora, em uma época em que isso era excepcional.

O problema era a vedação. A aba de couro, com quilômetros de comprimento, estava exposta ao tempo. No verão, secava e rachava. No inverno, congelava e endurecia. O sebo escorria ou endurecia. A umidade e o ferro do tubo reagiam com o tanino do couro, que apodrecia. Por cada trinca, o ar entrava.

As bombas precisavam, então, trabalhar muito mais tempo, e com muito mais carvão, para manter o vácuo: eram vazamentos alimentados por máquinas a vapor. Os registros da companhia mostravam o custo de operação subindo mês a mês. Em meados de 1848, constatou-se que toda a aba precisaria ser substituída, a um custo que a empresa não suportava, e sem garantia de que duraria mais que a primeira.

Em setembro de 1848, um ano depois da inauguração, Brunel recomendou o abandono do sistema. Locomotivas comuns assumiram a linha. O prejuízo foi de centenas de milhares de libras da época.

A lição: a ferrovia atmosférica trabalhava com vácuo, e não com ar comprimido, mas a sua história é a de todo sistema pneumático: a tecnologia funcionava, e foi vencida pelo vazamento. O custo não apareceu como falha. Apareceu como consumo: as máquinas trabalhando mais horas para repor o que escapava. É exatamente como os vazamentos se manifestam em uma fábrica: nenhuma máquina para, e o compressor passa mais tempo em carga. O caso ensina também sobre vedações: são o elemento que envelhece, que depende de material, de temperatura e de lubrificação, e que decide a vida do sistema. Para o técnico, a medida prática é a que a companhia de Devon não tinha: acompanhar, mês a mês, a relação entre as horas em carga do compressor e a produção. Quando sobe sem que a produção suba, é vazamento.

Fontes: Grace's Guide to British Industrial History, Atmospheric Railway; Newton Abbot Town & GWR Museum, Atmospheric Railway (operação de setembro de 1847 a setembro de 1848; válvula de couro)

Queda de pressão em um tubo, diâmetro mínimo, comprimento equivalente, taxa de vazamentos, que material, qual a solução, e treino

O primeiro modo calcula a perda e a velocidade. O segundo escolhe o diâmetro. O terceiro soma as conexões. O quarto mede vazamentos. O quinto classifica materiais. O sexto apresenta diagnósticos. O sétimo sorteia contas.

Quatro erros com a rede de ar

Um é de segurança. Os outros três são os que mais custam energia em uma fábrica.

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