Historia do Ar Comprimido

Historia do Ar Comprimido

A necessidade de uma fonte de ar extra para determinados serviços é antiga, podendo-se concluir que o ar comprimido é, provavelmente, uma das mais antigas formas de energia. O seu aparecimento pressupõe um considerável desenvolvimento intelectual do homem, em nada comparável ao que possuía quando aprendeu a servir-se do fogo. Para seu controlo, o homem servia-se já do seu próprio sistema de produção de ar sob pressão (os pulmões), criando assim o primeiro compressor. A utilização da respiração como ato de produção de ar sob pressão deu origem ao que atualmente se designa de pneumática, ou seja, a utilização do ar comprimido como fonte de energia. O termo pneumática deve a sua origem à palavra grega “Pneumos” ou “pneuma”, que significa respiração ou sopro.
Os nossos pulmões são um compressor de ar de baixa pressão. Para respirar, expandimos os pulmões, criando uma pressão interna negativa, que aspira o ar exterior. Para expulsar o ar, nós contraímos os pulmões para criar uma pressão positiva. Este compressor natural tem uma capacidade média de 100 l/min e exerce uma pressão de 0,02 a 0,08 bar. E quando as pessoas gozam de boa saúde, é um equipamento de insuperável resistência e de custo nulo.

Ainda hoje se usa a técnica de sopro na produção do vidro, técnica que teve inicio em 200 a.c. por artesãos Sírios, na zona da antiga Fenícia. As Imagens seguintes apresentam uma representação egípcia da técnica de sopragem de vidro e um artesão da era moderna usando a mesma técnica.
 

Pode-se imaginar um homem das cavernas a abanar a sua fogueira para a manter acesa ou aumentar a potencia do fogo. O homem de Neandertal usava seus pulmões como um compressor para soprar ar nas brasas incandescentes para acender seus fogos, as tribos da África e da América do Sul usavam seus pulmões como fonte de ar comprimido para alimentar suas zarabatanas. Com o uso de ossos ocos ou de bambus, o ar era soprado para “atiçar” as fogueiras para cozinhar ou fundir alguns metais. A limitação dos pulmões foi compensada com o uso dos primeiros foles feitos de bexigas de animais até serem construídos os primeiros foles verdadeiros.

No Velho Testamento, são encontradas referências ao emprego do ar comprimido: na fundição de prata, ferro, chumbo e estanho. A história demonstra que há mais de 2000 anos os técnicos construíam máquinas pneumáticas, produzindo energia pneumática por meio de um pistão. Como instrumento de trabalho utilizavam um cilindro de madeira dotado de êmbolo. Os antigos aproveitavam ainda a força gerada pela dilatação do ar aquecido e a força produzida pelo vento.

No século 4.500 a.C. já era conhecido o fole manual, utilizado na fundição de metais, mas foi por volta de 1.500 a.C. ocorreu um primeiro incremento tecnológico, por meio de introdução do fole acionado pelos pés.  Esses compressores rudimentares eram feito com peles, operados manualmente, pelos pés, por animais ou por meio de rodas de água, permaneceram em uso durante mais de 2000 anos.



Em Alexandria (centro cultural vigoroso no mundo helénico), foram construídas as primeiras máquinas reais, no século III a.C.. Neste mesmo período, Ctesibios fundou a Escola de Mecânicos, também em Alexandria, tornando-se, portanto, o precursor da técnica para comprimir o ar. A Escola de Mecânicos era especializada em Alta Mecânica, e eram construídas máquinas impulsionadas por ar comprimido.
A primeira utilização prática conhecida do ar comprimido, a construção de uma catapulta que o utilizava como propulsor, Figura 1, desenvolvida por Ctesibius, fundador da Escola de Mecânicos em Alexandria, remonta ao ano 250 a.C..

No século III d.C., um grego, Hero, escreveu um trabalho em dois volumes sobre as aplicações do ar comprimido e do vácuo. Contudo, a falta de recursos materiais adequados, e mesmo incentivos, contribuiu para que a maior parte destas primeiras aplicações não fossem práticas ou não pudessem ser convenientemente desenvolvidas. A técnica era extremamente depreciada, a não ser que estivesse a serviço de reis e exércitos, para aprimoramento das máquinas de guerra. Como consequência, a maioria das informações perdeu-se por séculos. Durante um longo período, o desenvolvimento da energia pneumática sofreu uma paralisação, renascendo apenas nos séculos XVI e XVII, com as descobertas dos grandes pensadores e cientistas como Galileu, Otto Von Guericke, Robert Boyle, Bacon e outros, que passaram a observar as leis naturais sobre compressão e expansão dos gases.

Encerrando esse período, encontra-se Evangelista Torricelli, o inventor do barômetro (1643), um tubo de mercúrio para medir a pressão atmosférica. Com a invenção da máquina a vapor de Watts, tem início a era da máquina.

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Os foles sobreviveram até 1762, quando começaram a ser substituídos pelo invento de John Smeaton. Tratava-se de um equipamento dotado de cilindro de ferro fundido e movido por uma roda d’água. A novas técnicas que permitiram a fabricação de canhões torneados, a partir do século XVIII propiciou a fabricação de compressores de ferro fundido e outros metais, que resultaram nas técnicas atuais. Os sopradores e, posteriormente, os compressores desenvolveram-se rapidamente e com isso impulsionaram a extração de minérios e o processamento de metais.

A historia registra a primeira utilização de um compressor a pistão em 1776 numa fabrica inglesa. Este compressor foi concebido para fornecer a fabulosa pressão, para a época, de 1bar. As válvulas e vedantes eram de madeira e couro e não permitiam pressões mais elevadas do que esta.

Em 1650, o físico alemão Otto Von Guericke inventou o que é reconhecido como a primeira bomba de ar. Ele usou seu aparelho para realizar estudos sobre pressão, vácuo, combustão e respiração.

No final dos anos 1700, os sopradores eram de uso comum, fornecendo ar forçado a fornos metálicos e na ventilação de grandes operações de mineração. No início dos anos 1800, os engenheiros estavam a considerar o uso de ar comprimido como uma fonte de energia viável. Grandes instalações industriais da época eram muito dependentes do vapor para suas necessidades energéticas. O vapor, no entanto, tem os seus limites e não é de todo o ideal para a transmissão de força em distâncias longas. O ar comprimido, por outro lado, aparentava ser a solução ideal para o problema da distância, e os sistemas de distribuição de ar comprimido nasceram.

Um outro uso para o ar comprimido, que apareceu nos primeiros anos de 1800s, era para o mergulho subaquático. Até o desenvolvimento de sistemas de compressão, que podiam produzir pressões razoáveis, o tempo de atividade de um mergulhador era limitado às suas capacidades pulmonares. Isso tornava praticamente impossível os trabalhos de busca e recuperação sob as águas com a exceção das menos profundas. Quando as bombas de alta pressão foram desenvolvidas, isso mudou. Os primeiros fatos de mergulho eram pouco mais do que um capacete, que estava amarrado à cabeça do mergulhador. O capacete atuou como um pequeno sino de mergulho. O ar comprimido era bombeado para o capacete pelo compressor de superfície. O excesso de ar comprimido simplesmente escapava para fora do capacete e borbulhava até a superfície. Desta forma, a cabeça do mergulhador estava sempre em segurança dentro de um bolsa de ar.

Os primeiros compressores de mergulho eram dispositivos manuais que normalmente eram montados no convés de um navio ou barcaça. A Figura seguinte mostra uma bomba de mergulho manual do início do século XIX. Estas bombas eram geralmente alimentadas por quatro homens resistentes, mas ainda assim eles não conseguiam produzir pressões ou caudais suficientemente altos, limitando a profundidade a que um mergulhador podia trabalhar. Assim como as velas foram substituídas pelo vapor no acionamento dos barcos, a força humana dos compressores de mergulho também foi substituída, proporcionando melhorias substanciais nas pressões, caudais, profundidades de mergulho e tempos de atividade.

A primeira aplicação em grande escala do ar comprimido como veículo transmissor de energia e produtor de trabalho foi realizada em 1861 na construção do túnel Mont Cenis sob os Alpes Suíços, e contava com redes de distribuição de ar com um comprimento até 7 km de extensão.

Os compressores possuíam um pistão horizontal (trabalhavam entre 16 e 50rpm) que trabalhava imerso em água, funcionando esta como elemento de vedação e auxiliava o arrefecimento. As máquinas eram acionadas por rodas de água usando conjuntos biela-manivela. A sua utilização permitiu que a construção do túnel, inicialmente estimada para durar cerca de 25 anos, fosse realizada em apenas dois anos (1861-1863). A partir sensivelmente deste período a pressão de trabalho fixou-se nos 8 bar (≈ 8 kg/cm2), pressão esta que ainda hoje, em termos industriais, continua a ser a pressão normal de trabalho quando se utiliza o ar comprimido.


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O freio a ar comprimido, o martelo pneumático, figura seguinte, a perfuração por percussão e a utilização do ar comprimido na distribuição postal foram algumas das inovações com sucesso na época.

Em meados do século XIX, os engenheiros estavam em desacordo uns com os outros sobre se a eletricidade ou o ar comprimido deveriam ser a fonte de energia do futuro. Em 1888, um engenheiro austríaco chamado Viktor Pop instalou um sistema de compressão de 1.500 kW (2.000 hp) em Paris. A instalação tinha 7 máquinas a vapor acionando 14 compressores. Os esgotos existentes foram utilizados como um sistema de distribuição e Paris tornou-se a primeira cidade a oferecer ar comprimido como uma utilidade pública. Em 1891, os compressores de Paris tinham sido aumentados para 18.000 kW (25.000 hp). O ar comprimido foi utilizado para ativar cerca de 58.000 relógios e cerca de 4.000 elevadores, além de alimentar todo tipo de equipamentos industriais como por exemplo o acionamento de pequenos geradores elétricos DC de 35 kW, distribuição de vinho e cerveja, entre outros, originando um extraordinário incremento da industria local. A rede foi posteriormente abandonada, sendo substituída pela energia elétrica.

Em 1845, Robert Thompson inventou o pneu (pneumáico) e recebeu a patente da sua ideia. No entanto, seu projeto era caro e por isso nunca se tornou um sucesso. Em 1888 John Dunlop conseguiu uma patente para o primeiro pneu prático e o seu projeto foi um grande sucesso, dando inicio à indústria de pneus da atualidade. Juntamente com o pneu veio o pneu vazio e a necessidade de os encher novamente até à pressão necessária. A bomba de pneus manual é provavelmente o primeiro compressor projetado para um mercado de massas. Com o tempo os pneus tornaram-se equipamentos de série em bicicletas, carros e camiões, e havia milhões de bombas manuais debaixo de assentos, em bagageiras, garagens e postos de combustível. A figura seguinte mostra uma bomba manual para pneus típica.

No ano de 1878 foi registrada a primeira patente para compressores por parafuso, no entanto não tiveram aplicação pratica devido à dificuldade da sua produção.
A evolução dos compressores foi acompanhando a evolução da máquina a vapor e posteriormente dos motores de combustão interna. Foi a fase de domínio dos compressores alternativos de pistão. Os esforços tecnológicos desenvolvidos no período entre as duas grandes guerras mundiais tornaram possível o surgimento dos compressores dinâmicos.
Em 1935, a Mannesmann fabrica um compressor de ar alternativo, resfriado a água, de duplo efeito e duplo estágio

Após 1900, o desenvolvimento dos compressores acelerou-se, permitindo a construção de compressores com capacidade até 1.500m3 de armazenamento e 350 bar de pressão.
Por volta de 1950 surgem os primeiros compressores de parafusos produzidos em escala industrial, no entanto estes ainda tinham uma eficiência inferior aos compressores recíprocos, por causa dos parafusos com perfil simétrico. Nos anos 60 surgiram os primeiros compressores a parafuso com perfil assimétrico, apresentando eficiência similar aos compressores recíprocos.
Durante a parte final do século XIX, o ar comprimido era limitado a grandes empresas e operações. Isso acontece porque as bombas necessitavam de uma fonte de energia, que normalmente era uma caldeira a vapor e um motor. As pequenas empresas não podiam pagar uma fonte de energia tão cara como um sistema de vapor, tendo sido forçados a trabalhar sem ele. O advento da energia elétrica e motores elétricos compactos transformou a indústria no início de 1900. Equipamentos de fabrico já não dependiam de um motor a vapor central, em vez disso, o equipamento tinha um motor elétrico compacto, e a energia era entregue na forma de eletricidade. Os compressores de ar também foram transformados com este desenvolvimento. No início dos anos 1900, várias empresas começaram a fabricar compressores de ar pequenos e económicos que visavam as pequenas empresas. Essas unidades permitiram que empresas que antes não podiam ter ar comprimido adicionar uma nova e poderosa funcionalidade às suas instalações. A indústria do ar comprimido cresceu de forma constante durante a primeira metade do século XX.
A Figura seguinte mostra um 5-hp, Era um compressor de 2 estágios fabricado em 1917 para pequenas empresas. Estas unidades não diferiam muito dos compressores de hoje. Eles normalmente vinham com uma unidade compressora, motor elétrico e reservatório.

Juntamente com os compressores de ar económicos vieram as ferramentas e dispositivos pneumáticos económicos. As pequenas empresas não podiam tirar um proveito real de sua nova capacidade se não pudessem comprar ferramentas pneumáticas. Os fabricantes começaram a introduzir ferramentas pneumáticas económicas e de uso por uma pessoa para uma ampla variedade de aplicações. O ar comprimido tornou-se rapidamente popular nas instalações de produção e serviços. A Segunda Guerra Mundial trouxe um aumento da utilização de ar comprimido. Durante a guerra, tudo o que aumentava a produção era rapidamente adotado e o ar comprimido não foi exceção.

Na década de 1970, uma nova revolução do ar comprimido começou a ganhar impulso com o advento do compressor doméstico ou para o empreiteiro (Fig. seguinte). Trata-se de compressores pequenos e de baixo custo destinados ao mercado de uso individual. Existem centenas de compressores super-económicos no mercado para escolher. Esses pequenos compressores são encontrados em toda parte. Vá a uma zona de construção de casas novas e encontrará vários. Há uma grande probabilidade que o vizinho que está sempre a trabalhar em carros tenha um na parte de trás de sua garagem. Com os compressores económicos veio uma explosão de ferramentas pneumáticas económicas. Nos dias de hoje é raro encontrar um mecânico de automóveis que não tem uma boa seleção de ferramentas pneumáticas na sua caixa de ferramentas. Qualquer oficina mecânica consegue ter um bom sistema de ar comprimido e todas as ferramentas associadas a ele.
O ar comprimido tornou-se uma utilidade escondida, abrangendo quase todos os aspetos da indústria. Mesmo escritórios cheios de advogados têm os controles do aquecimento pneumático, ventilação e ar condicionado (HVAC) num lugar, escondido nas entranhas do edifício, num sistema de compressão que opera todos os dias. Lembra-se da última viagem que fez ao parque de diversões? Bem, muito poucos desses equipamentos poderiam funcionar se não fosse o ar comprimido.


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A causa da referencia do ar comprimido como a “utilidade escondida” é porque a única área onde ele não tem impacto é em casa. Milhões de pessoas estão nos seus negócios todos os dias sem a menor ideia do quanto é importante o ar comprimido para a nossa sociedade. O mais próximo que eles vão estar é quando ouvirem o ruido das chaves de impacto pneumáticas enquanto esperam que coloquem os pneus novos no seu carro.

One response to “Historia do Ar Comprimido”

  1. Gerson Santos diz:

    Gostei da matéria, muito bom, esclareceu minhas dúvidas.

    Obrigado.

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