Fundamentos da Compressão: Os compressores alternativos evoluem para atender ao crescente uso de ar comprimido.

Compressor de ar duplex da Rand Drill Company, anterior a 1900.

Com a substituição das perfuratrizes a vapor por perfuratrizes pneumáticas mais eficientes, os compressores de ar alternativos evoluíram rapidamente . Nos EUA, a Rand & Waring Drill and Compressor Company lançou o primeiro compressor de ar Rand para alimentar perfuratrizes em 1872. Quase simultaneamente, o inventor e empresário Simon Ingersoll fundou a Ingersoll Rock Drill Company, dando continuidade à pesquisa e ao desenvolvimento de compressores de ar alternativos e perfuratrizes. Ambas as empresas, sediadas em Nova York, desenvolveram modelos de compressores novos e maiores, expandindo-se rapidamente e tornando-se as duas fabricantes de compressores de ar mais importantes. Quase todos os compressores de ar desse período eram movidos a motores a vapor. Mas, além dos modelos com motor a vapor integrado, ambas as fabricantes desenvolveram modelos com acionamento por correia, como o grande compressor de ar duplex Rand anterior a 1900, mostrado na Figura 1. Esses modelos aproveitaram o crescente uso de energia elétrica CC e CA para acionamento de motores na década de 1890 e posteriormente.

Já na década de 1890, tanto a Ingersoll-Sargeant quanto a Rand Drill possuíam projetos de compressores de alta pressão que produziam 1000 psig (69,0 bar) para usos iniciais, como armas de ar comprimido e locomotivas. Durante a década de 1890, ambas as empresas fabricavam equipamentos praticamente idênticos para mineração e construção, embora seus territórios de comercialização fossem diferentes. À medida que seus territórios começaram a se sobrepor, a rivalidade aumentou e, em 1905, elas se fundiram para formar a famosa Ingersoll-Rand Company, que lideraria a indústria de compressores de ar por grande parte do século seguinte.

A Westinghouse Machine Company começou a fabricar pequenos compressores de ar para a indústria de freios a ar ferroviários em meados da década de 1880 e produziu pequenos compressores de ar de partida para seus motores a gás e óleo , que exigiam a injeção de ar a uma pressão de 100 a 150 psig (7 a 10 bar) nos cilindros de potência para a partida. No início da década de 1890, alguns compressores movidos a motores a vapor, como o mostrado na Figura 2, estavam sendo produzidos pela Westinghouse para aplicações industriais.

Compressor de ar Westinghouse movido a vapor, c. 1890.

Com o advento da era industrial, a compressão de ar ganhou novas aplicações no setor manufatureiro. Em 1888, Viktor Popp, um engenheiro austríaco, desenvolveu a primeira usina movida a ar comprimido da Europa, com potência inicial de 2000 hp (1500 kW). Localizada em Paris, a usina expandiu sua capacidade para 24.000 hp (18.000 kW) em 1891. Logo, outros inventores começaram a patentear uma variedade de ferramentas e acessórios que funcionavam com ar comprimido. A cidade de Paris tornou-se o centro de um intenso debate sobre se o ar comprimido superaria a eletricidade como a tecnologia do futuro.

A Norwalk Iron Works , posteriormente Norwalk Compressor Company , de Norwalk, Connecticut, patenteou um compressor de ar de um estágio e dupla ação em 1876, seguida por uma patente para o primeiro compressor de ar de múltiplos estágios do mundo em 1881. Um dos primeiros compressores de ar de dois estágios da Norwalk é mostrado na Figura 3, com um intercooler entre os cilindros. A ligação lateral acionava mecanicamente as válvulas do compressor, semelhante à tecnologia usada em máquinas a vapor na época.

Os primeiros compressores de ar eram conhecidos como "compressores úmidos", com água em contato direto com o ar para resfriamento durante a compressão. Inicialmente, a água era introduzida em um fluxo junto com o ar, sendo posteriormente injetada como um spray. No entanto, a presença de água em um cilindro de compressor de ar alternativo era extremamente problemática, tanto por razões mecânicas quanto teóricas. Logo após a invenção do cilindro com camisa d'água por John Waring (veja a edição do mês passado), a Norwalk também abandonou o sistema de contato direto e desenvolveu cilindros e cabeçotes com camisas d'água para resfriamento superficial. Eles chegaram a experimentar a circulação de água através de uma haste de pistão oca até o pistão. Contudo, o resfriamento do pistão era difícil e logo foi descartado.

Compressor de ar de dois estágios Norwalk antigo.

Esses e outros avanços na tecnologia de compressores logo fizeram da Norwalk uma das pioneiras do setor, considerada tão inovadora que foi destaque na capa da edição de 12 de junho de 1880 da Scientific American. Em 1885, a Marinha dos EUA usou compressores Norwalk para testar um canhão naval que disparava projéteis com ar comprimido. Um catálogo de 1888 afirmava que os compressores Norwalk podiam produzir pressões de 5000 psig (345 bar), considerada a maior pressão de ar já alcançada por qualquer máquina comercial prática até então. E em 1891, uma comissão internacional reunida em Londres concedeu um prêmio de US$ 1000 à Norwalk Iron Works pelo compressor mais avançado do mundo.

Compressor de ar a vapor Laidlaw-Dunn-Gordon Classe BB, c. 1901.

Com a aproximação do século XX, surgiram diversos fabricantes de compressores de ar, tanto grandes quanto pequenos. A Laidlaw-Dunn-Gordon Company, de Cincinnati e Hamilton, Ohio, começou a fabricar compressores de ar por volta de 1885. Em 1899, a Laidlaw-Dunn-Gordon passou a fazer parte daquela que viria a ser a Worthington Pump & Machinery Company. A Figura 4 mostra um compressor de ar Laidlaw-Dunn-Gordon Classe BB, de aproximadamente 1901, com curso de 254 mm (10 pol.), potência de 45 hp (34 kW) e rotação de 150 rpm, movido a vapor e com válvulas de ar tipo poppet no cilindro de 254 mm (10 pol.) de diâmetro. A Laidlaw-Dunn-Gordon continuou sendo uma prolífica fabricante de compressores de ar, com muitas máquinas avançadas, incluindo grandes máquinas tandem com mancais em ambos os lados de um volante central, como a máquina Cincinnati Classe 11 de cerca de 1904 mostrada na Figura 5, que era um compressor de ar duplex a vapor de dois estágios com curso de 610 mm (24 pol.), 345 hp (257 kW), 125 rpm, com cilindros de ar de 813 mm (32 pol.) e 508 mm (20 pol.) de diâmetro, com mecanismo de válvulas Cincinnati e um intercooler integrado. Antes da Primeira Guerra Mundial, a Laidlaw-Dunn-Gordon possuía a linha mais ampla de compressores de ar de qualquer fabricante.

Compressor de ar a vapor Laidlaw-Dunn Gordon Cincinnati Classe 11, c. 1904.

Aproveitando o crescente uso de ar comprimido em diversos tipos de indústrias, a Gardner Governor Company, fabricante de reguladores para motores a vapor em Quincy, Illinois , também produzia compressores de ar no final do século XIX. Um exemplo de um compressor de ar a vapor da Gardner, com o famoso regulador de velocidade da marca no topo, é mostrado na Figura 6. As linhas de produtos e o volume de produção da Gardner cresceram rapidamente no início do século XX, e a empresa se fundiu com a Denver Rock Drill Company para formar a Gardner Denver na década de 1920.

Compressor de ar Gardner movido a vapor.

A próxima edição dará continuidade à rápida evolução dos compressores de ar horizontais que impulsionaram a revolução industrial .