Consumo de ar comprimido para o acionamento da válvula

O que é o consumo de ar comprimido de partida das válvulas

Na automação industrial e nos sistemas de controle de fluidos, as válvulas pneumáticas são componentes de acionamento amplamente utilizados. O consumo de ar comprimido das válvulas refere-se ao volume de ar comprimido consumido no instante em que a válvula muda do estado inicial para o estado desejado, bem como durante o próprio movimento. O conhecimento preciso desse dado é de grande importância para dimensionar adequadamente a capacidade do compressor de ar, projetar os diâmetros das tubulações da rede e avaliar o consumo energético do sistema.

Os principais fatores que influenciam a quantidade inicial de arranque

O consumo de ar comprimido da válvula não é um valor fixo, mas sim influenciado por diversas condições operacionais e características do equipamento:

• Volume e estrutura do cilindro:O volume da atuador pneumático determina diretamente a quantidade básica de ar necessária para cada ciclo de operação. Os cilindros de dupla ação consomem ar comprimido tanto na fase de abertura quanto na de fecho, enquanto os cilindros de simples ação recebem ar apenas de um lado, sendo o retorno do outro lado garantido por uma mola.
• Pressão no trabalho:Quanto maior for a pressão de alimentação do sistema, maior será o volume padrão de ar comprimido consumido para um mesmo volume.
• Tempo de ação e frequência:Quanto mais rápida for a exigência de abertura e fecho da válvula, maior será o pico instantâneo do consumo de ar. Ao mesmo tempo, a frequência de operação por unidade de tempo determina o consumo médio de ar do sistema.
• Perdas nos dutos e acessórios:O volume da tubulação entre a fonte de gás e o atuador da válvula, as vazamentos nas conexões e o consumo de gás do piloto dos acessórios de controle também se somam ao consumo total de partida.

Como estimar o consumo de ar comprimido na partida

Na fase de projeto de engenharia e de seleção de equipamentos, é comumente adotado o método que combina cálculos teóricos com uma margem de segurança para estimar a demanda de partida:

• Cálculo do consumo teórico de gás:Com base na área da seção transversal do cilindro, no curso e na pressão de trabalho, calcula-se o volume teórico de consumo de ar por ciclo. Para cilindros de dupla ação, é necessário determinar separadamente os volumes da câmara sem haste e da câmara com haste.
• Convertido para condições padrão:Converta o volume de consumo de ar sob a pressão de trabalho real, por meio da equação de estado dos gases, para a vazão de ar livre à pressão atmosférica padrão, a fim de alinhá‑la com o parâmetro de vazão de descarga do compressor de ar.
• Considere o pico e a vazão média:A vazão de pico no instante de partida é utilizada para verificar o diâmetro da tubulação e a capacidade de passagem da válvula redutora de pressão; já a vazão média, calculada com base na frequência de operação, serve para avaliar a capacidade contínua de fornecimento de ar comprimido do compressor.
• Aumentar o coeficiente de segurança:Tendo em conta as perdas na rede de tubulações, as flutuações de pressão e a possível ampliação futura do equipamento, costuma-se aplicar um coeficiente de segurança razoável ao resultado dos cálculos teóricos.

Otimização da quantidade de partida e recomendações de economia de energia

Para reduzir os custos de operação do sistema de ar comprimido, é possível otimizar o consumo de energia dos compressores a partir dos seguintes aspectos:

• Escolha adequada do atuador:Desde que sejam atendidas as exigências de torque e tempo de resposta, deve‑se dar preferência aos cilindros pneumáticos de ação simples com retorno por mola ou a atuadores de dimensões mais compactas, a fim de reduzir o consumo básico de ar comprimido.
• Otimização do circuito de controle:Utilize um controlador de válvula inteligente ou um dispositivo limitador de fluxo que, garantindo a suavidade da operação, reduza adequadamente a pressão de comando ou restrinja a vazão de entrada de ar, evitando o consumo excessivo.
• Reforçar a manutenção da rede de tubulações:Realize inspeções periódicas da vedação das tubulações pneumáticas, das conexões e dos próprios componentes das válvulas, eliminando completamente os fenômenos de vazamento, evaporação e gotejamento, e reduzindo as perdas inúteis de ar comprimido.
• Introdução de um reservatório de gás como amortecedor:A instalação de pequenos reservatórios de ar nas proximidades das áreas de concentração de válvulas permite responder de forma eficaz aos picos de consumo instantâneos gerados pela atuação simultânea de múltiplas válvulas, estabilizando a pressão da rede local.