COMPRES
Introdução
Introdução
•
• VVentiladores entiladores e e compressores: compressores: constitueconstituem m a a famíliafamília
das máquinas operatrizes de uxo compressível das máquinas operatrizes de uxo compressível
•
• Ventiladores: são máquinas cujo objetivo eVentiladores: são máquinas cujo objetivo e
promover o escoamento de um gás. ara !ns de promover o escoamento de um gás. ara !ns de análise do desempen"o de um ventilador# a
análise do desempen"o de um ventilador# a compressibilidade do uido $ normalmente compressibilidade do uido $ normalmente
desprezada# uma vez que a varia%ão de densidade desprezada# uma vez que a varia%ão de densidade do escoamento raramente ultrapassa &'. (sso
do escoamento raramente ultrapassa &'. (sso
corresponde a uma eleva%ão de pressão inferior a corresponde a uma eleva%ão de pressão inferior a )#* atm no caso de opera%ão com ar + apenas o )#* atm no caso de opera%ão com ar + apenas o su!ciente para vencer as perdas de carga do
su!ciente para vencer as perdas de carga do sistema
sistema
•
• Ventiladores pVentiladores pefef > 0 e da ordem de alguns> 0 e da ordem de alguns
ent!metros de oluna de d"#gua$ ent!metros de oluna de d"#gua$
Introdução
Introdução
•
•
Compressores
Compressores: são utilizados para
: são utilizados para
prop
proporcionar a eleva%ão da
orcionar a eleva%ão da pressão de
pressão de
um gás ou escoamento gasoso. ,os
um gás ou escoamento gasoso. ,os
processos industriais# a eleva%ão de
processos industriais# a eleva%ão de
pressão r
pressão requerida pode variar
equerida pode variar desde
desde
cerca de *#) atm at$ centenas
cerca de *#) atm at$ centenas ou
ou
mil"ares de atmosferas
mil"ares de atmosferas
•
•
Compressores
Compressores +
+
pressão de )#- a )
pressão de )#- a )
/gf0cm
/gf0cm
--•
•
Superompressores
Superompressores + pressão acima de )
+ pressão acima de )
/gf0cm
/gf0cm
--..
Introdução
•
1á quem utilize ainda a denomina%ão
%sopradores%
para designar as máquinas
que operam com eleva%ão de pressão
muito pequena por$m superior aos limites
usuais dos ventiladores. 2ais máquinas
possuem características de funcionamento
típicas dos compressores# mas incorporam
simpli!ca%3es de projeto compatíveis com
a sua utiliza%ão.
•
Sopradores p
ef> 0 at& era de 0'(
)gf*m
(Compressores
•
4ompressores são máquinas operatrizes que
transformam trabal"o mec5nico em energia
comunicada a um gás# preponderantemente sob
forma de energia de pressão.
6ra%as a energia de pressão que adquire# isto $#
7 pressuriza%ão# o gás pode:
•
8eslocar9se a longas distancias em tubula%3es
•;er armazenado em reservat<rios para ser usado
quando necessário# isto $# acumular energia
•
=ealizar trabal"o mec5nico# atuando sobre
dispositivos# equipamentos e maquinas motrizes
>motores a ar comprimido# por exemplo?.
Apliaç+es do Ar
Comprimido
• Equipamentos à pressão de ar ou de ação fechada
( comandos pneumáticos 7 dist5ncia?
• Equipamentos a jato de ar ou de ação livre( pintura a
pistola?
• Equipamentos e maquinas de percussão ( marteletes ? • Motores a ar comprimido ( de pist3es de pal"etas de
engrenagens?
• Bombas de injeção de concreto
• Máquinas ferramentas xas e portáteis de toda a
sorte( aparafusadeiras# furadeiras?
• utomati!ação de operaç"es industriais( 4omando de
válvulas# instrumenta%ão?
COMPRESSORES
C,ASSI-ICA./O 1A23O 4S AP,ICA.5ES
@s características físicas dos compressores
podem variar profundamente em fun%ão dos
tipos de aplica%3es a que se destinam. 8essa
forma# conv$m distinguir pelo menos as
seguintes categorias de servi%os:
•
*? 4ompressores de ar para servi%os
ordinários
•
-? 4ompressores de ar para servi%os
industriais
•
? 4ompressores de gás ou de processo
•A? 4ompressores de refrigera%ão
67 Os ompressores de ar
para ser8iços ordin#rios
•
são fabricados em s$rie#
visando baixo custo inicial.
8estinam9se normalmente a
servi%os de jateamento#
limpeza# pintura#
acionamento de pequenas
(7 Os ompressores de ar
para sistemas industriais
•
8estinam9se 7s centrais encarregadas do
suprimento de ar em unidades industriais.
•
Cmbora possam c"egar a ser máquinas de
grande porte e custo aquisitivo e
operacional elevados# são oferecidos em
padr3es básicos pelos fabricantes.
•
(sso $ possível porque as condi%3es de
opera%ão dessas máquinas costumam
variar pouco de um sistema para outro# "á
exce%ão talvez da vazão.
97 Os ompressores de g#s
ou de proesso
•
odem ser requeridos para as mais variadas
condi%3es de opera%ão# de modo que toda a sua
sistemática de especi!ca%ão# projeto# opera%ão#
manuten%ão# etc.... depende fundamentalmente
da aplica%ão. (
•
ncluem9se nessa categoria certos sistemas de
compressão de ar com características anormais.
•
4omo exemplo# citamos o soprador de ar do
forno de craqueamento catalítico das re!narias
de petr<leo >DbloEer do F.4.4.D?.
•
2rata9se de uma máquina de enorme vazão e
potGncia# que exige uma concep%ão análoga a
de um compressor de gás.
:7 Os ompressores de
refrigeração
• ;ão máquinas desenvolvidas por certos fabricantes
com vistas a essa aplica%ão.
• Hperam com uidos bastante especí!cos e em
condi%3es de suc%ão e descarga pouco variáveis# possibilitando a produ%ão em s$rie e at$ mesmo o fornecimento incluindo todos os demais
equipamentos do sistema de refrigera%ão.
• 1á casos# entretanto# em que um compressor de
refrigera%ão $ tratado como um compressor de processo.
• (sso ocorre nos sistemas de grande porte# em que
cada um dos componentes $ individualmente projetado.
• I o caso# por exemplo# dos sistemas de refrigera%ão a
;7 Os ompressores para
ser8iços de 8#uo <ou
=om=as de 8#uo7
•
;ão máquinas que trabal"am em condi%3es bem
peculiares.
•
@ pressão de suc%ão $ subatmosf$rica# a pressão
de descarga $ quase sempre atmosf$rica e o
uido de trabal"o normalmente $ o ar.
•
Face 7 anormalidade dessas condi%3es de
servi%o# foi desenvolvida uma tecnologia toda
pr<pria# fazendo com que as máquinas
pertencentes a essa categoria apresentem
características bastante pr<prias.
•
>1á mesmo alguns tipos de bombas de vácuo
sem paralelo no campo dos compressores.?
COMPRESSORES @ C,ASSI-ICACAO
1A23O AO PRI2CIPIO DE CO2CEP./O
•
Dois são os prin!pios
conceptivos no qual se
fundamentam todas as
esp$cies de compressores
de uso industrial:
67Compressores
8olum&trios ou de
desloamento positi8o
•
@ eleva%ão de pressão $ conseguida
atrav$s da redu%ão do volume ocupado
pelo gás.
•
,a opera%ão dessas máquinas podem ser
identi!cadas diversas fases# que
constituem o ciclo de funcionamento:
•
inicialmente# uma certa quantidade de gás
$ admitida no interior de uma c5mara de
compressão# que então $ cerrada e sofre
redu%ão de volume.
•
Finalmente# a c5mara $ aberta e o gás
67Compressores
8olum&trios ou de
desloamento positi8o
•3rataBse' pois' de um
proesso intermitente# no
qual a compressão
propriamente dita $ efetuada
em sistema fec"ado# isto $#
sem qualquer contato com a
suc%ão e a descarga.
(7Compressores dinmios
ou tur=oompressores
•
ossuem dois <rgãos principais:
impelidor e difusor.
•
) impelidor $ um <rgão rotativo
munido de pás que transfere ao gás
a energia recebida de um acionador.
•
Cssa transferencia de energia se faz
em parte na forma cin$tica e em
outra parte na forma de entalpia
(7 Compressores dinmios
ou tur=oompressores
•
osteriormente# o escoamento estabelecido
no impelidor $ recebido por um <rgão !xo
denominado difusor# cuja fun%ão $ promover a
transforma%ão da energia cin$tica do gás em
entalpia# com conseqJente gan"o de pressão.
•
Os ompressores dinmios efetuam o
proesso de ompressão de maneira
ont!nua
# e portanto correspondem
exatamente ao que se denomina# em
Classiação dos
Compressores
*.*? 4ompressores
@lternativos
•
Csse tipo de máquina se utiliza de um
sistema biela9manivela para converter o
movimento rotativo de um eixo no
movimento translacional de um pistão
ou embolo# como mostra a !gura abaixo.
•
8essa maneira# a cada rota%ão do
acionador# o pistão efetua um percurso
de ida e outro de vinda na dire%ão do
cabe%ote# estabelecendo um ciclo de
opera%ão.
667 Compressores
Alternati8os
667 Compressores
Alternati8os
•
H funcionamento de um compressor
alternativo está intimamente associado ao
comportamento das válvulas.
•
Clas possuem um elemento m<vel
denominado obturador# que funciona
como um diafragma# comparando as
press3es interna e externa ao cilindro.
•
) obturador da válvula de suc%ão se abre
para dentro do cilindro quando a pressão
na tubula%ão de suc%ão supera a pressão
interna do cilindro# e se mant$m fec"ado
em caso contrário.
667 Compressores
Alternati8os
•
) obturador da válvula de descarga
se abre para fora do cilindro quando
a pressão interna supera a pressão
na tubula%ão de descarga# e se
mant$m fec"ado na situa%ão inversa.
4om isso# temos as etapas do ciclo
de funcionamento do compressor
mostradas na !gura a seguir.
*.*? 4ompressores
@lternativos
*.*? 4ompressores
@lternativos
667 3ipos de Compressores
Alternati8oB Simples efeito
667 3ipos de Compressores
Alternati8oB Duplo efeito
667 Determinação do
nmero de est#gio
•
@ determina%ão do nKmero de
estágios depende do nível de
compressão exigido para o trabal"o.
@ssim#
press+es at&
:
•
: )gf*m(
+ pedem compressores
de
um est#gio
•
At& 6; )gf*m(
exigem
667 Compressores
Alternati8os
•
,a etapa de admissão o pistão se movimenta
em sentido contrário ao cabe%ote# fazendo com
que "aja uma tendGncia de depressão no
interior do cilindro que propicia a abertura da
válvula de suc%ão.
•
) gás $ então aspirado.
•
@o inverter9se o sentido de movimenta%ão do
pistão# a válvula de suc%ão se fec"a e o gás $
comprimido at$ que a pressão interna do
cilindro seja su!ciente para promover a
abertura da válvula de descarga.
667 Compressores
Alternati8os
• Luando a válvula de descarga se abre# a movimenta%ão do
pistão faz com que o gás seja expulso do interior do cilindro.
• Essa situação orresponde G etapa de desarga e dura
at$ que o pistão encerre o seu movimento no sentido do cabe%ote.
• Hcorre# por$m# que nem todo o gás anteriormente comprimido
$ expulso do cilindro. @ existGncia de um espa%o morto ou volume morto# compreendido entre o cabe%ote e o pistão no ponto !nal do deslocamento desse# faz com que a pressão no interior do cilindro não caia instantaneamente quando se inicia o curso de retorno.
• ,esse momento# a válvula de descarga se fec"a# mas a de
admissão s< se abrirá quando a pressão interna cair o su!ciente para o permitir.
• Essa etapa' em Hue as duas 8#l8ulas estão =loHueadas e
o pistão se mo8imenta em sentido in8erso ao do
a=eçote' se denomina etapa de epansão' e precede a etapa de admissão de um novo ciclo.
667 Vantagens dos
ompressores alternati8os
•
;ão facilmente controlados de acordo
com a demanda do gás comprimido.
odem operar em plena carga# meia
carga ou em vazio# mediante abertura
automática das válvulas de admissão#
de sorte que não "á compressão
durante os períodos em que não "á
demanda de gás comprimido.
•
Hpera%ão econMmica.
667 Vantagens dos
ompressores alternati8os
•
Oma parcela elevada de energia fornecida
ao eixo do compressor $ dissipada sob
forma de calor e pode ser aproveitada
para aquecimento de elementos de uma
instala%ão industrial.
•
ode9se dizer que $ o tipo mais versátil
para a maioria das aplica%3es industriais#
principalmente quando se trata de ar
comprimido# sendo# por isso mesmo# o
mais usado.
Conlusão
•
odemos concluir então que# devido ao
funcionamento automático das válvulas# o
compressor alternativo aspira e descarrega
o gás respectivamente nas press3es
instantaneamente reinantes na tubula%ão
de suc%ão e na tubula%ão de descarga.
•
Cm termos reais# "á naturalmente uma
certa diferen%a entre as press3es interna e
externa ao cilindro durante a aspira%ão e a
descarga# em fun%ão da perda de carga no
escoamento.
6(67Compressor Rotati8o
de palJetas
•
H compressor de pal"etas possui um
rotor ou tambor central que gira
excentricamente em rela%ão
à
carca%a#
conforme mostra a !gura a seguir.
•
Csse tambor possui rasgos radiais que
se prolongam por todo o seu
comprimento e nos quais são inseridas
pal"etas retangulares# conforme $
*.-.*? 4ompressores de
pal"etas
ompressor
Rotati8o
de palJetas
• 4onsta de um rotor girando excentricamente no interior
de uma carca%a.
• @s pal"etas movem9se radialmente nas ran"uras do rotor
e são for%adas por efeito da for%a centrífuga contra as paredes internas da carca%a do compressor ou contra an$is de guia# que evitam contato direto com a carca%a.
• Luando o rotor gira# as pal"etas acompan"am a parede
interna da carca%a e# como o rotor está colocado
excentricamente# deslizam pra dentro e para fora do rotor.
• 8esta forma# o espa%o entre as pal"etas variará#
ompressor
Rotati8o
de palJetas
• @ partida se dá sem carga# pois as pal"etas s<
encostam no cilindro# produzindo compressão quando o numero de rota%3es crescer.
• H consumo especí!co de energia $ maior do que nos
compressores alternativos e de parafuso# para as press3es usuais de & Pgf0cm- > *)) lb0pol-?.
• @ maioria desses compressores exige lubri!ca%ão
das pal"etas.
• Cxistem tipos que dispensam a lubri!ca%ão# de
modo que comprimem e permitem em seguida a
puri!ca%ão e o resfriamento do gás sem contaminá9 lo com lubri!cantes
ompressor
Rotati8o
6(67 Compressor Rotati8o
de palJetas
6(67 Compressores de
palJetas
• Luando o tambor gira# as pal"etas deslocam9se radialmente sob
a a%ão da for%a centrífuga e se mantGm em contato com a carca%a.
• ) gás penetra pela abertura de suc%ão e ocupa os espa%os
de!nidos entre as pal"etas.
• ,ovamente observando a !gura anterior# podemos notar que#
devido 7 excentricidade do rotor e 7s posi%3es das aberturas de suc%ão e descarga# os espa%os constituídos entre as pal"etas vão se reduzindo de modo a provocar a compressão progressiva do gás.
• @ varia%ão do volume contido entre duas pal"etas vizin"as#
desde o !m da admissão at$ o início da descarga# de!ne# em fun%ão da natureza do gás e das trocas t$rmicas# uma rela%ão de compressão interna !xa para a máquina.
6(67 Compressores de
palJetas
•
@ssim# a pressão do gás no momento
em que $ aberta a comunica%ão com
a descarga poderá ser diferente da
pressão reinante nessa região. )
equilíbrio $# no entanto# quase
instantaneamente atingido e o gás $
então descarregado
ompressor
Rotati8o
de Parafuso
•
4ontem dois rotores "elicoidais# um com
l<bulos conexos e outro com l<bulos cMncavos
ou sulcos# denominados# respectivamente#
rotor mac"o e rotor fGmea.
•
6eralmente o rotor mac"o $ acionado pelo
motor e os rotores são sincronizados por meio
de engrenagens para não atritarem um contra
o outro.
•
H gás $ admitido na abertura de entrada e
comprimido 7 medida que as por%3es
engrenadas de cada parte dos l<bulos se
6((7 Compressor Rotati8o
de parafusos
•
Csse tipo de compressor possui dois
rotores em forma de parafusos que
giram em sentido contrario#
mantendo entre si uma condi%ão de
engrenamento.
•
@ conexão do compressor com o
sistema se faz atrav$s das aberturas
de suc%ão e descarga#
ompressor
Rotati8o
de parafusos
•
H gás penetra pela abertura de suc%ão e ocupa
os intervalos entre os !letes dos rotores.
•
@ partir do momento em que "á o
engrenamento de um determinado !lete# o gás
nele contido !ca encerrado entre o rotor e as
paredes da carca%a.
•
@ rota%ão faz então com que o ponto de
engrenamento vá se deslocando para a frente#
reduzindo o espa%o disponível para o gás e
6((7 Compressor
Rotati8o de parafusos
•
Finalmente# $ alcan%ada a abertura
de descarga# e o gás $ liberado.
•
@ rela%ão de compressão interna
do compressor de parafusos depende
da geometria da máquina e da
natureza do gás# podendo ser
diferente da rela%ão entre as
press3es do sistema.
6((7 Compressor
6((7 Compressor
Rotati8o
6((7 Compressor
6((7 Compressor
Rotati8o
6((7 Compressor
6((7 Compressor
Rotati8o
6((7 ,imites de utiliFação
Compressores de parafusos
•
Cxistem modelos desde m
0min e
pressão de at$ *) Pgf0cm
-.
•
Cmbora usado tamb$m para vaz3es
reduzidas# $ considerado muito
econMmico para descarga livre padrão
de m
0min at$ *-)m
0min >-)))) cfm?
e pressão de trabal"o de p
≅& Pgf
⋅cm
9-
>*))psig? a Q#Q Pgf
⋅cm
9->*-Bpsig?#
"avendo tipos para press3es da at$
6((7 Vantagens
Compressores de parafusos
•
Fornece ar >ou outro gás? isento de <leo >no
tipo isento de <leo?
•
2em um mínimo de pe%as sujeitas a desgaste
•=equer funda%3es simples e pequena sala de
compressores
•
I ideal para unidades portáteis devido a seu
baixo peso
•
sua velocidade pode ser adaptada 7 dos
motores de combustão interna convenientes
ao seu acionamento
•
H nível de ruído $ baixo nos tipos lubri!cados
ompressor
rotati8o de ,K=ulos
<Roots7
• H compressor do tipo =oots# como $ freqJentemente
denominado# consta de uma carca%a# dentro da qual giram em sentidos opostos dois rotores de dois dentes.
• Hs rotores são sincronizados por meio de engrenagens# e
não "á contato entre os rotores e evidentemente entre estes e a carca%a.
• Rogo# estas partes não necessitam de lubri!ca%ão e o ar
comprimido pode ser fornecido isento de <leo.
• Hs compressores =oots não trabal"am com compressão
interna elevada
• H ar $ simplesmente bombeado como numa bomba de
engrenagens. Cm geral trabal"am numa pressão da ordem de at$ Pgf.cm9-#
*.-.? 4ompressor rotativo
de R<bulos >=oots?
-?4ompressor 8in5mico
•
ossuem um ou mais rotores parecidos com
os das turbo bombas e que giram com
elevada rota%ão no interior de uma caixa.
odem ser dos seguintes tipos:
•
Centr!fugo ou tur=o ompressor
•Lelio entr!fugo ou Jelioidal
•Compressor aial
•
Compressor aialBentr!fugo
Compressor Centr!fugo
ou tur=o ompressor
•
ossui pás semel"antes as das bombas
centrífugas.
•
@ unidade compressora desse tipo $ con"ecida
na pratica como uma centrífuga.
•
ode ser de um estágio# de dois e de mKltiplos
estágios# conforme o grau de pressão
pretendido.
•
Cxistem turbocompressores de vários estágios#
montados de forma compacta e denominados
(67 Compressor
Centr!fugo
ompressor
Centr!fugo
ou tur=o ompressor
• Om compressor centrífugo consta de quatro partes:
entrada # rotor# estator ou difusor e coletor >em alguns casos o coletor pode não existir?.
• @ entrada pode >ou não? possuir pal"etas !xas que
direcionem o escoamento.
• H rotor possui pal"etas com formato característico
>ver slide seguinte?.
• H estator tGm por missão frear o escoamento e
transformando a energia cin$tica em energia de estagna%ão.
• H coletor atua como um acumulador de ar
ompressor
Centr!fugo
DesenJo dos rotores
•
@s pal"etas do rotor pode ter
diferentes desen"os# a sua
missão $ a de dar energia
cin$tica ao uído e tamb$m
mudar a dire%ão do escoamento
em dire%ão perpendicular ao
eixo# daí a forma característica
destes rotores.
((7 Compressor aial
•
ossui grande numero de pal"etas e
proporciona um escoamento no
sentido longitudinal.
•
