compress ores

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Curso de Engenharia Industrial MecânicaManutenção de Equipamentos RotativosProfessor Amaro

Alunos - Carlos Alberto Marques- Jair Silva DiasSalvador, 04 de Janeiro de 2008

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SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO 3

1.1 Histórico 3

2. CLASSIFICAÇÃO DE TIPOS DE COMPRESSORES 5

2.1 Quanto à aplicação 5

2.2 Quanto ao princípio construtivo 6

2.3 Quanto ao Funcionamento: 6

3. PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DOS COMPRESSORES VOLUMÉTRICOS E SUAS FORMAS

CONSTRUTIVAS 8

3.1 Compressores alternativos 8

3.1.1 Formas construtivas dos Compressores Alternativos 9

3.1.2 Disposição dos cilindros em compressores alternativos 9

3.1.3 Válvulas na sucção e na descarga de Compressores Alternativos 10

3.2 Compressores Rotativos de Palhetas 11

3.3 Compressores Rotativos de Parafusos 11

3.4 Compressores Rotativos de Lóbulos 12

3.5 Outros volumétricos menos usados: Diafragma 12

3.6 Outros volumétricos menos usados: Scroll 13

3.7 Outros volumétricos menos usados: Tooth 14

4. PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DOS COMPRESSORES DINÂMICOS E SUAS FORMAS

CONSTRUTIVAS 15

4.1 Compressores Centrífugos 15

4.2 Difusores 16

4.3 Impelidores 17

4.4 Tipos de Impelidores 18

4.5 Compressores Centrífugos de simples e múltiplo estágio 19

4.6 Tipo de Partição da Carcaça 20


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5. COMPRESSORES AXIAIS 21

6. SELEÇÃO DE UM COMPRESSOR 21

7. RENDIMENTO DOS COMPRESSORES 22

8. SISTEMA DE SELAGEM

8.1 Selagem Interna 22

8.1.2 Definições Gerais Sobre Utilização 23

8.2 Selagem Externa 24

8.2.1 Tipos De Selagem 24

9. SISTEMA DE BALANCEAMENTO AXIAL 28

9.1 Disco de Balanço 28

9.2 Fluxo Misto 29

10. MANCAIS 30

10.1 Mancais Axiais 30

10.2 Mancais Radiais 31

11. LIMITES DE OPERAÇÃO 31

11.1 Limite Inferior 32

11.2 Limite Superior 32

12. CUIDADOS PRINCIPAIS NA MONTAGEM DOS CONJUNTOS ROTATIVOS 33

13. UNIDADES DE MEDIÇÃO DE VAZÃO 34

14. CURVA CARACTERISTICA DE UM COMPRESSOR 34

15. EJETORES 35

15.1 Funcionamento Do Ejetor A Vapor 35

15.2 Tipos De Ejetores 36

16. CONCLUSÃO 38

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 39


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1. INTRODUÇÃO

1.1HISTÓRICO

• Primeira aplicação: certamente, na pré-história, para avivar as brasas de

uma fogueira.

• Primeiro compressor: os pulmões humanos, 100 l/min e pressão de 0,02 a

0,08 bar em valores médios.

• Encontra aplicação até nos dias de hoje.

• Por volta de 3.000 AC, quando o homem começou a trabalhar com metais

esse compressor se mostrou ineficiente. Usou-se o vento como fonte de ar.

• No Egito, em 1.500 AC, foram introduzidos os foles acionados com os pés

ou com as mãos.

• Os foles manuais permaneceram em uso por mais de 2.000 anos. A

ilustração mostra um fole de 1530, usado para a ventilação de minas.


4

Em 1762 John Smeaton registra a patente de um compressor acionado por uma

roda d’água.

• Aperfeiçoamento com a invenção de John Wilkinson, a máquina de

broquear.

• O desenvolvimento dos compressores possibilitou o incremento do

processamento de minérios e da produção dos metais.

• Em 1857 foi feita a primeira experiência de sucesso no transporte de

energia por meio de ar comprimido, na construção do túnel Mont Cenis,

nos Alpes Suíços.

• Em Paris, no ano de 1888 entra em operação a primeira planta de

distribuição de ar comprimido. O ar comprimido era usado desde o

acionamento de geradores e relógios até distribuição de cerveja.


5

A técnica de construção e de materiais foi se desenvolvendo, a figura abaixo,

mostra um compressor de ar alternativo, resfriado a água, de duplo efeito e

duplo estágio, fabricação Mannesmann, de 1935.

• O escoamento e aumento de pressão de fluidos compressíveis se torna

possível por máquinas como os compressores, ejetores, ventiladores,

sopradores e bombas de vácuo.

2. CLASSIFICAÇÃO DE TIPOS DE COMPRESSORES

2.1 Quanto à aplicação:

- Compressores de ar para serviços ordinários,

- Compressores de ar para serviços industriais,

- Compressores de gases ou de processos,

- Compressores para instalações de refrigeração,

- Compressores para vácuo.

Cada um desses equipamentos tem características próprias que atendem

uma determinada aplicação específica.


6

TIPO Max. Pressão de Descarga

(psia)

Max. Relação Compressão por estágio

Máx. Relação Compressão por máquina

Máx. Vazão medida na

sucção

Vo

lum

etr

ico

Alternativos 35.000-50.000 10 - 3.500-5.000

Rotativos 100-250 4 8 50.000

Tu

rbo

Centrífugos 3.000-6.000

(10000) 3-4,5 8-10 200.000

Axiais 80-130 1,2-1,5 5-6,5 2.000.000

2.2 Quanto ao princípio construtivo:

- Compressores volumétricos, também de chamados de deslocamento

positivo.

- Compressores dinâmicos ou turbo compressores.

Nos primeiros a elevação da pressão é conseguida por meio da redução

do volume ocupado pelo fluido.

Já no segundo caso a elevação da pressão é obtida pela transformação

da energia cinética do gás, que foi acelerado pelo impelidor (ou rotor), em

energia de pressão, quando o gás passa por elemento interno denominado

difusor.

2.3 Quanto ao Funcionamento:

LIMITES GERAIS DE DIVERSOS TIPOS DE COMPRESSORES

Alternativos Volumétricos Palhetas Rotativos Parafusos Lóbulos Compressores Centrífugos ( Trajetória Radial ) Dinâmicos Axiais ( Trajetória Axial ) Ejetores


7

Os compressores atuais associam recursos de controle informatizado e

recuperação de energia. São compactos e de elevada eficiência.

As vazões e as pressões podem atingir valores muito elevados, exigindo

equipamentos de grande porte.


8

3. PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DOS COMPRESSORES

VOLUMÉTRICOS E SUAS FORMAS CONSTRUTIVAS

3.1 Compressores alternativos (a pistão)

Usam sistemas de manivelas e bielas conectadas a pistões nos interior de

cilindros. Esses podem ser de simples ou duplo efeito. A disposição desses cilindros

poderá ser em “V”, em linha, opostos,

em estrela, etc.

Compressor

Recíproco


9

3.1.1 Formas construtivas dos Compressores Alternativos

3.1.2 Disposição dos cilindros em compressores alternativos


10

3.1.3 Válvulas na sucção e na descarga de Compressores Alternativos


11

3.2 Compressores Rotativos de Palhetas

Possui um tambor central que gira em uma posição excêntrica a uma carcaça

externa. Nesse tambor central estão dispostas palhetas inseridas em rasgos

longitudinais.

3.3 Compressores Rotativos de Parafusos


12

3.4 Compressores Rotativos de Lóbulos

3.5 Outros volumétricos menos usados: Diafragma


13

3.6 Outros volumétricos menos usados: Scroll


14

3.7 Outros volumétricos menos usados: Tooth


15

4. PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DOS COMPRESSORES DINÂMICOS

E SUAS FORMAS CONSTRUTIVAS

4.1 Compressores Centrífugos

Compressores Centrífugos – Detalhes Construtivos


16

4.2 Difusores - São formados a partir da montagem dos diafragmas


17

Compressores Centrífugos – Detalhes Construtivos

4.3 Impelidores - Nos impelidores o gás recebe inicialmente um trabalho

mecânico adquirindo Energia Cinética, sendo esta energia, através da

passagem do gás, em canais cuja área transversal aumenta progressivamente

no sentido do fluxo, é transformada em Energia de Pressão (Entalpia).


18

4.4 Tipos de Impelidores

Abertos (Altas Vazões); IMPELIDORES Semi Abertos (1º Impelidor de máquina de múltiplos estágios); Fechados (Maior relação de compressão).


19

4.5 Compressores Centrífugos de simples e múltiplo estágio.


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4.6 Tipos de Partição da Carcaça

- Bipartida Horizontalmente:

- Bipartida Verticalmente ( Para altas pressões e gases leves )


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5. Compressores Axiais

6. Seleção de um Compressor

• Altas pressões Alternativos

• Altas vazões Centrífugos e axiais

• Uso geral Parafuso

• Ressalta-se que o custo inicial representa apenas 12% do custo total

durante a vida útil de um compressor, mais 10% se devem a gastos com

manutenção e o restante, 78% são relativos a custos com energia elétrica

para o acionamento.


22

7. RENDIMENTO DOS COMPRESSORES

• Consumo específico é dado pela relação entre a potência consumida e a

vazão máxima do equipamento nos fornece uma primeira idéia da

eficiência do equipamento. Deve-se tomar cuidado para comparar dados

com pressões diferentes.

• Os gráficos a seguir apresentam valores típicos e de catálogos dos

fabricantes.

8. SISTEMA DE SELAGEM

8.1 Selagem Interna

No Eixo; Local da Selagem No olho dos Impelidores. No pistão de Balanço Anéis Labirinto; Tipos de Selagem Lâminas de Selagem.


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8.1.2 Definições Gerais Sobre Utilização

- Normalmente os Anéis Labirintos são confeccionados em Liga de Alumínio,

- Para Temperaturas acima de 250ºF e produtos corrosivos, devem ser utilizadas

lâminas de selagem fabricadas em Monel ou Inox.

LABIRINTOS DOS IMPELIDORES

- Grande influência na eficiência do equipamento - Não se deve ultrapassar 30%

da folga máxima estipulada.

LABIRINTOS DO EIXO

- Pequena influência na eficiência do equipamento - A substituição é

recomendada quando atingir 100% da folga máxima estipulada.

LABIRINTOS DO TAMBOR (PISTÃO) DE BALANÇO

- Não deve ultrapassar 18% da folga máxima estipulada - Comprometimento do

Mancal de Escora.


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8.2 Selagem Externa

É o sistema de selagem, localizado nas extremidades da máquina, e que evita o

vazamento de gases para a atmosfera.

8.2.1 Tipos De Selagem

- Por Labirinto;

- Selo de Filme de Óleo;

- Selo Mecânico de Contato;

- Dry Gas Seal (Selo à Gás).

Por Labirinto

Dry

Gas Seal (Selo

à Gás).

Por Labirinto


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Selo de Filme de Óleo (Anéis flutuantes) - Utilizado para altas pressões

Selo de Filme de Óleo (Anéis flutuantes) - Utilizado para altas pressões


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Selo Mecânico de Contato - Pressões de até 70 Kgf/cm² - Menor consumo de óleo


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Dry Gas Seal (Selo à Gás).


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9. SISTEMA DE BALANCEAMENTO AXIAL

Compensa o empuxo axial através de duas maneiras:

- Uso do Disco de Balanço;

- Uso de Fluxo em duplo sentido (Rotores tipo Back-to-Back).

9.1 Disco de Balanço


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9.2 Fluxo Misto


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10. MANCAIS

10.1 Mancais Axiais

- Tipo Sapata:

- Disco de Escora: Atualmente são colocados através de dispositivo hidráulico.

Não é mais usado com aquecimento ou montagem tipo Poligon ( 3 Raios )


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10.2 Mancais Radiais

Tipo Sapata (Tilting Pad) - O´ring Damper

Bearing

Tipo Luva (Sleeve Type Radial Bearing)


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11. LIMITES DE OPERAÇÃO

11.1 Limite Inferior

Existe uma capacidade mínima para cada compressor, a cada rotação abaixo

da qual a operação se torna instável, Esta instabilidade é chamada de Surging

(Surge).

O que é o fenômeno do Surge?

Conseqüências:

- Forte deslocamento axial;

- Altos índices de vibração;

- Comprometimento dos mancais

radiais/axiais e internos do compressor;

- Falhas na selagem poderão ocorrer.

11.2 Limite Superior

É denominado pelo fenômeno “Stonewall” ou “Choke”.

Ocorre quando a velocidade do gás se aproxima da velocidade do som em

algum estágio do compressor.

Ocorre geralmente no 1º Estágio e são resultadas de choque que restringe o

escoamento, causando um efeito de blocagem (Queda rápida da pressão).

SURGE

Q

H

Q min Q proj Q max


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12. CUIDADOS PRINCIPAIS NA MONTAGEM DOS CONJUNTOS ROTATIVOS

• Máquinas que trabalham em altas rotações na ordem de 10.000 rpm;

• São em geral eixos flexíveis - operam acima da 1ª Velocidade crítica;

• Balanceamento residual muito baixo;

• Utiliza-se a tolerância conforme a norma API-617 - 6350*W/n (g*mm)

Onde:

W- Peso (Kg)

n- Rotação (rpm)

• Balanceamento Progressivo

1) eixo em vazio;

2) Montagem aos pares dos componentes balanceando em 2 planos;

3) Montagem do disco de escora - Balancear somente o disco em 1 plano;

4) Balanceamento dinâmico final do conjunto.

• Folga de dilatação entre luvas e impelidores - 0,003”~0,006”;

• Concentricidade dos componentes - TIR 0,004” a 0,002” (Dependendo da

rotação);

• Batimento axial no olho do impelidor na ordem de 0,005”;

• Concentricidade das luvas de selagem de 0,0005” - Devido às folgas entre

selo/eixo estarem na ordem de 0,002” para anéis liquido e folga zero para o

selo à gás (Preservação do selo);

• Proteção da região de trabalho dos sensores no eixo;

• Posicionamento axial dos impelidores - Esta diretamente relacionado à

eficiência da máquina - “OVERLAP”.


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13. UNIDADES DE MEDIÇÃO DE VAZÃO

14. CURVA CARACTERISTICA DE UM COMPRESSOR

SCFM - Standard Cubic Feet per Minute Tempreratura 60ºF

Vazão na condição Pressão 14,7 psia Nm³/h - Normal Metros cúbicos por hora Tempreratura 0ºC

Vazão na condição Pressão 1 Kg/cm² abs. ACFM ( Actual (Atual) CFM) ou ICFM (Inlet (Sucção) CFM).


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15. EJETORES

15.1 Funcionamento Do Ejetor A Vapor

Os ejetores a vapor proporcionam uma forma confiável e econômica de se

obter vácuo. As vantagens iniciais dos ejetores a vapor são seu baixo custo

inicial, inexistência de partes móveis e simplicidade de operação. O ejetor a

vapor convencional é composto de quatro partes básicas: cabeçote de vapor,

bico ou bicos, câmara de mistura e difusor. O diagrama abaixo ilustra o

funcionamento básico de um ejetor: Um fluido motriz de alta pressão entra por 1

e expande através do bico convergente-divergente até 2; o fluido succionado

entra por 3 e se mistura com o fluido motriz na câmara de mistura 4; ambos os

fluidos são recomprimidos através do difusor até 5.


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15.2 Tipos De Ejetores

-Ejetor de Bico Único

O Ejetor de bico único são utilizados tanto para fluxos críticos como não críticos,

mas normalmente para uma única condição de projeto.

-Ejetor de Múltiplos Bicos

O Ejetor de múltiplos bicos, em muitos casos, eles oferecem uma redução do

consumo de vapor de 10% a 20%, quando comparados com unidades

projetadas para as mesmas condições com ejetores de bico único.

-Ejetor Operado Com Agulha

Os Ejetores operados com agulhas são indicados quando a pressão de sucção

ou de descarga é variável. Durante o funcionamento, uma agulha acionada

pneumaticamente se move através do orifício do bico para controlar a vazão

de fluido motriz.


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-Sistema De Vácuo De 5 Estágios

Os sistemas de múltiplos estágios freqüentemente possuem condensadores de

superfície ou de contato direto.


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16. CONCLUSÃO

O grau de criticidade deste tipo de equipamento nas indústrias e as folgas de

projeto apertadas, requerem um cuidado especial no projeto, fabricação de

seus componentes e montagem, bem como nos sistemas de lubrificação e

selagem, garantindo a boa performance e confiabilidade operacional destes

equipamentos.


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Referências Bibliográficas

[1] ATLAS COPCO "Manual do ar Comprimido". McGraw-Hill do Brasil, São

Paulo, 1976.

[2] BARBOSA, P.S. "Compressores". Apostila Petrobrás - CENPES - DIVEN, 2a

edição, 1984.

[3] COSTA, E.C. "Compressores". Editora Edgard Blucher, São Paulo 1978.

http://www.dresser_randdobrasil.com.br / Acessado em 10/11/2007.

http://www.croll.com / Acessado em 10/811/82007.


compress ores

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