1) O documento discute o uso da "dupla pressão" em sistemas pneumáticos para reduzir custos de energia. Isso envolve usar uma pressão mais baixa para o retorno do que para a ação do cilindro pneumático. 2) É apresentado um exemplo numérico mostrando que usar duas pressões (65 psi para a ação, 25 psi para o retorno) pode gerar economia anual de US$ 351,63 em relação a usar sempre 65 psi. 3) Isso ocorre porque a pressão mais baixa no retorno reduz o

1. MECATRÔNICA ATUAL Nº 2 - FEVEREIRO/200216
PNEUMÁTICA
O interesse deste tema está diretamente relacionado à
redução do consumo de energia elétrica e, conseqüente-
mente, redução dos custos, ao aumento da produtividade
e ao aumento da vida útil dos equipamentos pneumáticos.
Redução dos custos operacionais: A redução de
energia elétrica, esta diretamente relacionada na utiliza-
O AO AO AO AO AVVVVVANÇO DA PNEUMÁTICA AANÇO DA PNEUMÁTICA AANÇO DA PNEUMÁTICA AANÇO DA PNEUMÁTICA AANÇO DA PNEUMÁTICA ATRATRATRATRATRAVÉS DAVÉS DAVÉS DAVÉS DAVÉS DA
“DUPLA PRESSÃO”“DUPLA PRESSÃO”“DUPLA PRESSÃO”“DUPLA PRESSÃO”“DUPLA PRESSÃO”
José Carlos Amadeo
Centro Universitário Salesiano de São Paulo
O presente artigo tem como objetivo levar os projetistas de equipamentos pneumáticos a terem um
raciocínio diferente, no que diz respeito à elaboração de sistemas e/ou equipamentos para Automação,
que utilizem o ar comprimido como fonte principal de energia.
ção da “Dupla Pressão”, porque irá proporcionar, nos
circuitos pneumáticos, pressões diferenciadas , na qual
os compressores não precisam “trabalhar” mais para
suprir uma pressão maior, permanecendo , conforme o
consumo dos equipamentos pneumáticos instalados, um
bom tempo desligado, ou mesmo operando em “vazio” ,
consumindo menos energia.
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2. 17MECATRÔNICA ATUAL Nº 2 - FEVEREIRO/2002
PNEUMÁTICA
Aumento da produtividade: A produção será aumen-
tada porque os equipamentos pneumáticos serão capa-
zes de produzir mais peças/produtos em tempos meno-
res, devido ao aumento da velocidade (no avanço) dos
cilindros pneumáticos.
Aumento da vida útil dos equipamentos pneumá-
ticos: Está diretamente relacionado à baixa pressão,
utilizada nos equipamentos pneumáticos , diminuindo
os atritos internos e consequentemente os desgastes
de seus componentes .
POR QUE UTILIZAR VÁLVULAS REGULADORAS DE
PRESSÃO?
Sendo o ar comprimido um gás compressível, este
dificilmente estará disponível nos pontos de consumo a
uma pressão constante e/ou necessária para o comando
dos componentes pneumáticos.
A operação indispensável das válvulas reguladoras
de pressão é aplicada entre a fonte geradora de ar com-
primido e os diversos pontos de consumo. Sua principal
função é, além de reduzir a pressão primária (também
conhecida como “pressão a montante”), manter a pres-
são secundária (“pressão a jusante”) constante. Condi-
ções estas necessárias para o controle de equipamen-
tos pneumáticos, tais como: ferramentas pneumáticas,
cilindros lineares e/ou rotativos, motores pneumáticos,
válvulas de controle, injetoras / prensas de impacto, sis-
temas de pinturas, robótica entre outras aplicações...
Se analisarmos todas as aplicações de uso do ar com-
primido, iremos notar que os reguladores de pressão são
componentes indispensáveis e os mais notados na dis-
tribuição geral de uma rede de ar comprimido.
COMO UTILIZAR OS REGULADORES DE PRES-
SÃO, OBJETIVANDO A REDUÇÃO DE CUSTOS NA
REDE DE AR COMPRIMIDO E NOS PONTOS DE
CONSUMO?
Para uma maior eficiência na distribuição de uma rede
de ar, será necessário que as pressões nos pontos de
consumo sejam inferiores a 20 % da pressão geradas
pelo(s) compressor(es) de ar. Isto significa que, ao proje-
tarmos qualquer equipamento pneumático, não devemos
levar em consideração a pressão disponível na rede (a
que sai dos compressores), mas sim a pressão disponí-
vel e necessária no ponto de consumo, como medida de
redução de custos e segurança operacional.
EXEMPLO PRÁTICO
Se dispusermos, na rede de ar comprimido, de uma
pressão de 7 Bar (ou 102,9 psig), qual será a pressão
ideal de operação no seu ponto de consumo?
Caso o equipamento que desejamos empregar, por
exemplo uma furadeira, tenha no seu manual de fabri-
cante a pressão operacional especificada de 5,6 Bar
(82,3 psig), mantida constante, reduziremos em 20 % a
pressão utilizando a válvula redutora de pressão.
Se reduzirmos a pressão em aplicações que não exi-
gem forças de operação, teremos como resultado uma
economia razoável, como veremos mais adiante. Cada
vez que “exigimos” do compressor pressões maiores do
que o necessário, teremos como resultado um gasto maior
de energia elétrica, obrigando o compressor a operar em
regime continuamente ligado, mantendo aquela pressão
superdimensionada e desnecessária, em regime de ope-
ração constante.
O CUSTO DA GERAÇÃO DO AR COMPRIMIDO
Poucos são os usuários que têm uma noção de quan-
to custa o ar comprimido.
A maioria o considera como uma fonte de energia
barata. Daí o engano desses usuários.
Vamos analisar os valores a seguir, extraídos dos prin-
cipais fabricantes de componentes pneumáticos, e tam-
bém dos próprios fabricantes de compressores de ar com-
primido.
O custo do ar comprimido é de aproximadamente US$
0,30 para cada 1000 SCFM (pés cúbicos por minuto) ou 28
metros cúbicos por minuto de ar comprimido consumido
(valor em dólar para termos um referencial mais seguro).
O exemplo a seguir irá nos demonstrar a real econo-
mia de um sistema de Automação Pneumática operando
com o princípio da “Dupla Pressão”.
Lembramos que este exemplo está baseado na utili-
zação de um atuador pneumático de ação dupla, que
emprega ar para avançar e ar para retornar, e quando não
forem exigidas forças para a execução das tarefas no
seu retorno.
EXEMPLO PRÁTICO II
Neste exemplo, a função principal do atuador pneu-
mático é avançar uma ferramenta para executar uma
operação de prensagem. A pressão projetada para que
este sistema execute sua função de prensagem é 65
psig (ou 4,5 Bar), realizando o trabalho de “força no avan-
ço”. O retorno desta ferramenta será sem carga (força =
0), ou seja, apenas retornando a ferramenta à sua posi-
ção inicial.
Neste caso perguntamos: por que utilizarmos a mes-
ma pressão empregada no avanço (de 65 psig) para
retornar a ferramenta, se o atuador pneumático não irá
executar nenhuma força?
Procedimento: Introduzir uma Válvula Reguladora de
Pressão e regular a pressão de retorno para uma pres-
são inferior, por exemplo, igual a 25 psig (1,7 Bar).
Aqui começam nossos argumentos para a redução
de custos, vejamos nosso exemplo prático:
Qual será a diferença de custo (por ano) entre operar
o sistema com um único regulador de pressão (65psig)
em um circuito pneumático e com dois reguladores de
pressão, sendo um com 65 psig e o outro com 25 psig?

3. MECATRÔNICA ATUAL Nº 2 - FEVEREIRO/200218
PNEUMÁTICA
Antes, queremos lembrar que neste projeto estare-
mos “investindo” na aquisição de mais um componente,
o segundo regulador de pressão, cujo valor será “pago”
em pouco tempo, pela economia de energia conseguida.
Vamos lá, mãos a obra! Pegue uma calculadora para
não se perder nos cálculos...
DADOS DO PROJETO
Pressão de alimentação da rede de ar comprimido =
100 psig (6,8 Bar)
(D) = Diâmetro interno do cilindro pneumático = 5"
(127 mm)
(Dh
) = (Diâmetro da haste) = 2" (51 mm)
(S) = Curso do cilindro pneumático = 18 “ (457 mm)
(Ta
) =Tempo de avanço = 2 segundos
(Tr
) = Tempo de recuo = 1 segundo
(Ht
) =Horas de trabalho = 7 horas/dia
(d) = Dias = 6 dias/semana
(s) = Semanas = 50 semanas/ano
Custo do ar comprimido = US$ 0,30 / 1000 SCFM
consumido.
CÁLCULOS
O ciclo que este atuador pneumático irá executar será:
Ta
+ Tr
= 3 segundos ou 20 ciclos/minuto
Sistema
operacional
7 (horas/dia) X 6 (dias/semana) X 50 ( semanas/ano)
X 60 (minutos) = 126.000 minutos/ano.
Cálculo do volume de ar comprimido consumido
pelo atuador pneumático durante o avanço
Fórmula = (π x (D2
/4)) x S (curso)
Volume (consumo de ar no avanço) = (π x (52
/4)) x 18
= 353,43 pol3
/min ou 0,204 pés cúbicos por minuto.
Cálculo do volume de ar comprimido consumido
pelo atuador pneumático durante o recuo
(π x (D2
- Dh
2
)/4) X S = π ((52
- 22
)/4) x 18 = 297 pol3
/
min = 0,171pcm
O próximo passo é calcular o fator de compressão do
ar comprimido, ou seja, o quanto o ar está comprimido
em relação à pressão atmosférica. Para isso, tomamos o
valor da pressão de saída, somamos o valor da pres-
são atmosférica (14,7 psig) e dividimos o resultado
pela pressão atmosférica. Utilizando os valores temos,
no avanço:
Fc
= Fator de compressão do ar comprimido = (65 +
14,7) / 14,7 = 5,42
e no retorno, a pressão de 25 psig:
Fc
= (25 + 14,7) / 14,7 = 2,7
Agora, com os valores obtidos é possível calcular-
mos os custos deste equipamento operando sem e com
a utilização da “Dupla Pressão”.
Inicialmente, faremos o cálculo do sistema operando
com a mesma pressão, ou seja, 65 psig.
PARA CONVERTER POLEGADAS CÚBICAS
EM PÉS CÚBICOS
Multiplicar pelo fator 0,0005787 ou dividir pelo
fator 1.728
Exemplo: 353,43 polegadas cúbicas x
0,0005787 = 0,204 pés cúbicos
ou
353,43 pol3
/ 1.728 = 0,204 pés cúbicos.
Tabela 1 - Pórticos de uma válvula 5/2.

4. 19MECATRÔNICA ATUAL Nº 2 - FEVEREIRO/2002
PNEUMÁTICA
Para isso, calcularemos o consumo anual de ar com-
primido e multiplicaremos este valor pelo custo do ar (US$
0,30 para cada 1.000 pcm produzidos).
Custo no avanço
A quantidade de ar consumida é:
Volume consumido por minuto x Fator de compres-
são x Ciclo do cilindro x Sistema operacional
0,204 (pcm) x 5,42 (Fc
) x 20 (ciclos) x 126.000 (minu-
tos por ano):
= 2.786.313,6 pcm
x US$ 0,30 (preço do ar comprimido) = US$
835.894,08 dividido por 1000 pcm = US$ 835,89
Custo no retorno
0,171 (pcm) x 5,42 (Fc) x 20 (ciclos) x 126.000 (mi-
nutos /ano) = 2.335.586,4 pcm
x US$ 0,30 = US$ 700.675,92 - dividido por 1000
pcm = US$ 700,67
Total por ano : US$ 835,89 (no avanço ) + US$ 700,67
(no retorno) = US$ 1.536,56
Se operarmos o mesmo sistema com a “Dupla Pres-
são”, ou seja, com pressões diferenciadas, teremos o
seguinte: o custo de avanço permanece o mesmo, por-
que necessito utilizar a pressão de 65 psig para realizar
a “força” especificada no projeto:
= US$ 835,89.
A diferença ocorre no retorno, pois o cilindro volta
com a pressão de 25 psig. Fazendo os cálculo do custo
teremos:
0,171 x 2,7 x 20 x 126.000 = 1.163,48 pcm x US$
0,30 = US$ 349.045,20 dividido por 1000 pcm = US$
349,04
Total por ano = US$ 1.184,00
CONCLUSÃO
Comparado este último resultado com os US$ 1.536,56
gastos utilizando a mesma pressão no avanço e no re-
cuo, a economia por ano utilizando o sistema de “Dupla
Pressão” será de:
US$ 1.536,56 - US$ 1.184.93 = US$ 351,63
Observação: Para realizar este circuito pneumático,
será necessário utilizar válvulas de comando que permi-
tem esta aplicação. Nem todos os produtos pneumáticos
disponíveis no mercado estão projetados para a aplica-
ção da dupla pressão.
EXEMPLO DE UM CIRCUITO PNEUMÁTICO
UTILIZANDO DUAS PRESSÕES DE COMANDO
Para uma melhor interpretação do circuito pneumáti-
co mostrado na figura 1, descrevemos a seguir a função
e o significado de cada pórtico de uma válvula 5/2 vias
(cinco vias – duas posições – simples solenóide de ação
direta) representada na figura 2, levando em considera-
ção a observação mencionada acima.
Os números (código americano) ou letras (código eu-
ropeu) utilizados, estão de conformidade com o Sistema
Internacional.
Note a configuração das setas, contrárias à uma
Simbologia Normal. A entrada nº 1 ficou como escape
único, as saídas nº 3 e 5 ficaram com entradas de ar, e
as saídas nº 2 e 4 permaneceram como fontes
alimentadoras de ar para o Atuador Pneumático.
Note também que na saída 1 da figura 1 é utilizado
apenas um silenciador de escape. l
Figura 1 - Exemplo de um circuito pneumático utilizando duas
pressões de comando. Figura 2 - Válvula solenóide de 5/2 vias - retorno por mola.