Unidade de conservação: o último filtro, a pressão exata, e, só quando preciso, uma névoa de óleo

Filtro, regulador, lubrificador, e o que vai junto

Três funções clássicas, e duas que as normas de segurança acrescentaram.

A ordem. O ar passa primeiro pela válvula de fechamento, depois pelo filtro, pelo regulador, e por último pelo lubrificador. O filtro protege o regulador, cujas passagens e diafragma são sensíveis a sujeira. O lubrificador vem depois do regulador, para que o óleo não se deposite nele, e o mais perto possível do consumidor, porque a névoa de óleo não viaja longe: em mais de 5 a 8 metros de tubo, ou em subidas, ela se deposita na parede.

Filtro e regulador combinados. Muitas unidades reúnem os dois em um corpo só, com o regulador montado sobre o filtro: ocupam menos espaço, e custam menos.

Sistemas modulares. As unidades atuais são blocos que se encaixam lado a lado, com grampos, sem tubos entre eles. Trocar ou acrescentar um componente leva minutos.

A posição. Na vertical, com o copo para baixo, em local acessível e visível, antes de qualquer válvula da máquina. O sentido do fluxo está marcado no corpo, com uma seta: montado ao contrário, o filtro não separa a água, e o regulador não regula.

Uma por máquina, ou por setor. Cada máquina tem a sua unidade, porque cada uma tem a sua pressão de trabalho. Dentro da máquina, pode haver reguladores adicionais, para funções que pedem pressão diferente: uma garra delicada, um cilindro de fixação, um sopro.

Peça 3D · realidade aumentada

A unidade de conservação, peça por peça

Filtro, regulador com manômetro e lubrificador, na ordem em que o ar passa. Os copos são transparentes, como nas unidades reais. Toque nos números.

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Ciclone, elemento filtrante, copo e dreno

Dois estágios em uma peça do tamanho de um copo: primeiro a água, por rotação. Depois as partículas, por um elemento poroso.

O nível máximo. O copo tem uma marca. Se o condensado passa dela, a zona calma deixa de existir, e a água é arrastada para dentro da máquina. Um filtro cheio é pior que nenhum filtro: ele acumulou a água, e a entrega de uma vez.

O copo. Os copos transparentes, de policarbonato, permitem ver o nível, e têm dois inimigos. Solventes, óleos sintéticos e vapores de certos produtos químicos, que os fazem trincar: limpa-se só com água e sabão neutro. E a pressão com calor. Onde houver esses riscos, usam-se copos metálicos, com visor, ou protetores metálicos em volta do copo. Copo trincado troca-se na hora: ele contém ar sob pressão.

O elemento. Entope aos poucos, e a queda de pressão aumenta. Alguns podem ser lavados. A maioria é trocada, a cada seis a doze meses, ou quando a diferença de pressão entre a entrada e a saída passa de 0,5 bar.

O que o filtro de máquina não faz. Não seca o ar. Retira água líquida, e não vapor. Se o ar chega saturado, e esfria depois do filtro, dentro da máquina, a água condensa lá. E um filtro de 40 micrômetros não retém aerossol de óleo, nem ferrugem fina.

Pressão constante, com mola e diafragma

A rede oscila entre 6,5 e 8 bar. A máquina precisa de 5, sempre. O regulador faz a diferença desaparecer.

Com alívio e sem alívio. O regulador com alívio, o mais comum, deixa escapar o excesso de pressão do lado da máquina. Ao girar o botão para menos, ouve-se o ar sair, e a pressão cai. O regulador sem alívio não tem o furo: para baixar a pressão, é preciso consumir o ar. Usa-se com gases que não podem ser lançados no ambiente.

O regulador só reduz. A pressão de saída é sempre menor que a de entrada, com uma diferença de pelo menos 0,5 a 1 bar para que a regulação funcione. Se a rede cai abaixo do ajuste, a saída cai junto.

A queda com a vazão. Nenhum regulador mantém a pressão perfeitamente constante. Quando a máquina puxa mais ar, a pressão de saída cai um pouco, e tanto mais quanto menor o regulador para aquela vazão. É a principal razão de se dimensionar a unidade pela vazão, e não pela rosca do tubo.

Histerese. Girando o botão para mais até um valor, e depois para menos até o mesmo valor, a pressão não fica idêntica: o atrito interno causa uma pequena diferença. Por isso, ajusta-se sempre subindo: reduz-se abaixo do valor desejado, e sobe-se até ele.

Regulador de precisão. Para medição, instrumentos e controle de força, há reguladores com um pequeno fluxo constante de ar para a atmosfera, que mantêm a pressão dentro de milésimos de bar.

Travar o ajuste. O botão tem uma trava: puxa-se para ajustar, empurra-se para travar. Em máquinas em que a pressão é crítica, há reguladores com chave ou com lacre.

Por que regular.

• Força constante: a força de um cilindro é pressão vezes área. Sem regulador, ela mudaria a cada ciclo do compressor.
• Velocidade repetitiva: as válvulas de controle de fluxo dependem de pressão estável.
• Economia: consumo proporcional à pressão absoluta.
• Proteção: componentes e mangueiras têm pressão máxima.
• Segurança: uma garra que deve segurar com 200 N não pode esmagar com 400.

Case real · Paris e Bandol, de dezembro de 1942 a junho de 1943

Um oficial da marinha queria nadar livre debaixo d'água, sem a mangueira que prendia os escafandristas à superfície. Tinha os cilindros de ar comprimido. Faltava a peça que entregasse o ar ao mergulhador na pressão exata da profundidade em que ele estivesse, e só quando ele inspirasse. Um engenheiro de uma fábrica de gases tinha, em uma prateleira, uma válvula que fazia quase isso. Tinha sido projetada para carros

Na França ocupada, durante a guerra, a gasolina era racionada, e parte dos automóveis circulava com gás de cozinha ou com gás de gasogênio. Para alimentar um motor com gás, era preciso um regulador de demanda: uma válvula que reduzisse a pressão do cilindro, e fornecesse o gás na quantidade que o motor aspirasse, nem mais, nem menos. Émile Gagnan, engenheiro de uma grande companhia francesa de gases industriais, tinha projetado um regulador desses, pequeno, de baquelite.

O tenente de marinha Jacques-Yves Cousteau, que já mergulhava com aparelhos experimentais, procurava justamente isso. Os equipamentos autônomos da época forneciam ar em fluxo contínuo, o que esvaziava os cilindros em minutos, ou eram de oxigênio puro, perigosos abaixo de poucos metros. Em dezembro de 1942, por indicação do sogro, que era diretor da companhia, Cousteau visitou Gagnan em Paris.

O regulador do engenheiro tinha as peças que esta aula descreve. Uma membrana. De um lado dela, a pressão do ambiente. Do outro, a câmara de onde o usuário aspira. Quando o mergulhador inspira, a pressão na câmara cai, a membrana é empurrada para dentro pela água, aciona uma alavanca, e abre a válvula do ar comprimido. Quando ele para de inspirar, a pressão se iguala, e a válvula fecha. O ar é entregue sempre na pressão da água em volta, seja ela qual for: a membrana usa a própria profundidade como referência, no lugar da mola de um regulador comum.

O primeiro teste, em um rio perto de Paris, em janeiro de 1943, teve um resultado estranho. Na posição horizontal, o aparelho funcionava. De cabeça para cima, o ar saía em fluxo livre, desperdiçando-se. De cabeça para baixo, quase não saía. Os dois perceberam a causa na volta para casa: a saída de exalação ficava vários centímetros distante da membrana, e essa diferença de altura, debaixo d'água, era uma diferença de pressão. Levaram a exalação para junto da membrana, e o defeito sumiu.

No verão de 1943, em Bandol, no Mediterrâneo, Cousteau e os seus companheiros fizeram centenas de mergulhos com o aparelho, a dezenas de metros de profundidade. A patente foi depositada naquele ano. Depois da guerra, o equipamento foi comercializado com um nome que virou sinônimo do objeto, e tornou o mergulho autônomo acessível a qualquer pessoa.

A lição: o regulador de mergulho é o regulador desta aula, com uma diferença: a referência. No regulador de máquina, uma mola define a pressão de saída. No de demanda, a pressão ambiente a define. Nos dois, um diafragma compara a pressão de saída com a referência, e abre ou fecha um obturador. O episódio do rio ensina o que o técnico encontra com reguladores de todo tipo: eles respondem a tudo o que age sobre o diafragma, incluindo diferenças de altura, de temperatura e de contrapressão. E mostra o valor de fornecer só o que é pedido. O fluxo contínuo esvaziava os cilindros. A demanda os fez durar uma hora. É a mesma economia de um bico de sopro com gatilho, ou de um secador com purga controlada.

Fontes: Lemelson-MIT, Jacques-Yves Cousteau and Emile Gagnan; Cousteau Society, Cousteau's Aqua Lung (primeiro mergulho em junho de 1943, perto de Bandol); Wikipedia (inglês), Aqua-Lung e Émile Gagnan (encontro em dezembro de 1942; regulador derivado de um redutor de gás para carros)

Lubrificador, dimensionamento, bloqueio e partida suave

Durante décadas, todo ar de máquina levava óleo. Hoje, a regra se inverteu, e convém saber por quê.

Como funciona o lubrificador. O ar passa por um estreitamento, onde acelera, e a pressão cai: é o efeito do tubo de Venturi. Essa pressão menor aspira óleo de um reservatório, por um tubo fino, até um visor, onde ele cai em gotas, contáveis. A corrente de ar despedaça cada gota em uma névoa, que segue com o ar. Uma válvula de agulha ajusta o número de gotas por minuto. Como a aspiração depende da vazão, a quantidade de óleo acompanha, aproximadamente, o consumo de ar.

Névoa fina. Nos lubrificadores comuns, a névoa tem gotas relativamente grandes, que se depositam em poucos metros. Nos de microlubrificação, só as gotículas menores que 2 micrômetros saem com o ar, e viajam por dezenas de metros e por caminhos tortuosos.

Quando lubrificar.

• Ferramentas pneumáticas e motores de palhetas: sim, sempre. Giram em alta rotação, com palhetas atritando na carcaça.
• Cilindros e válvulas antigos, com vedações que dependem de óleo no ar: sim.
• Cilindros e válvulas atuais: em geral, não. Saem de fábrica com graxa para toda a vida, e vedações de baixo atrito. O fabricante indica operação com ar seco, filtrado, sem lubrificação.

Uma vez lubrificado, sempre lubrificado. O óleo do lubrificador lava a graxa de fábrica. Um componente que funcionou com ar lubrificado, por pouco tempo que seja, perdeu a graxa original, e passa a depender do óleo do ar. Se o lubrificador for retirado, ou secar, o componente falha. Por isso, antes de instalar um lubrificador em uma máquina que não tinha, ou de retirar um que existia, consulta-se o manual.

Por que evitar, quando possível. O óleo sai pelos escapes, como névoa: suja a máquina, o produto e o ar que o operador respira. Excesso de óleo forma depósitos pegajosos, que travam válvulas. E o lubrificador é mais um item a abastecer e a ajustar, que raramente é abastecido e ajustado.

O óleo certo. Óleo mineral fino, próprio para pneumática, de viscosidade em torno de 32 centistokes. Nunca óleo de motor, óleo hidráulico com aditivos agressivos, nem óleo vegetal: atacam as vedações.

O ajuste. Como ordem de grandeza, de 1 a 5 gotas para cada 1 000 litros de ar livre. Verifica-se segurando um papel branco diante de um escape: deve ficar levemente úmido de óleo depois de vários ciclos, sem escorrer.

Dimensionar pela vazão. Escolhe-se a unidade cuja vazão nominal seja maior que a vazão de pico da máquina, com folga. Vazão de pico, e não média: é a do instante em que os cilindros maiores se movem juntos. Uma unidade pequena demais causa queda de pressão a cada movimento, cilindros lentos, e forças abaixo do calculado. O erro mais comum é escolher pela rosca do tubo que chega.

Válvula de fechamento com bloqueio. Uma válvula manual de três vias, na entrada. Fechada, corta a alimentação e descarrega o ar que está na máquina. Aceita um ou mais cadeados na posição fechada. É a base do procedimento de bloqueio para manutenção, assunto da aula 19.

Válvula de partida suave. Ao ligar o ar em uma máquina despressurizada, os cilindros podem estar em qualquer posição, e as válvulas, também. Se a pressão plena chegar de uma vez, eles se movem com violência até a posição que as válvulas mandam. A válvula de partida suave deixa o ar passar primeiro por um estrangulamento. A pressão sobe devagar, e os cilindros se deslocam lentamente até os seus fins de curso. Quando a pressão atinge cerca de metade da nominal, a válvula abre a passagem plena.

Válvula de descarga rápida de segurança. Em máquinas com exigência de segurança, uma válvula, muitas vezes dupla e monitorada, corta a alimentação e descarrega o ar da máquina em fração de segundo, ao comando de uma parada de emergência.

Pressão, força e consumo, economia no recuo, dimensionamento da unidade, lubrificador, que componente, qual a solução, e treino

O primeiro modo mostra o que a pressão regulada faz com a força e com o consumo. O segundo calcula a economia de um regulador no recuo. O terceiro dimensiona a unidade. O quarto ajusta um lubrificador. O quinto classifica funções. O sexto apresenta diagnósticos. O sétimo sorteia contas.

Quatro erros com a unidade de conservação

São pequenos, e explicam boa parte dos componentes trocados antes da hora.

A unidade de conservação no seu trabalho

É o primeiro lugar para onde o técnico olha ao chegar a uma máquina com problema, e o último que deve ajustar antes de sair. Clique em um cartão.

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