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Classificação dos
compressores
Objetivos de aprendizagem
Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
Identificar a classificação dos compressores quanto ao tipo de
funcionamento.
Reconhecer os tipos de fluidos que podem ser comprimidos para
cada tipo de compressor.
Analisar os fatores que influenciam o desempenho dos compressores
em função de sua classificação.
Introdução
Neste capítulo, você vai estudar a classificação dos compressores. Os
compressores pertencem à família das máquinas operatrizes de fluxo
compressível. Sua função é realizar a elevação da pressão de um elemento,
que pode ser um gás ou um escoamento gasoso. Nos processos indus-
triais, torna-se necessário aumentar o valor da pressão de um sistema,
pois podemos atuar com diversos valores para termos a continuidade
do processo.
Os compressores podem ser classificados em dois grandes grupos, de
acordo com o tipo de funcionamento: deslocamento positivo (estáticos)
ou dinâmico.
Classificação dos compressores conforme
o funcionamento
Observe o diagrama da Figura 1, que traz a classificação dos compressores
quanto ao tipo de funcionamento.
Figura 1. Classificação dos compressores.
Deslocamento
positivo
(estático)
Dinâmico
Alternativos Rotativos
Palhetas Parafusos Lóbulos
Radiais Axiais
Compressores de deslocamento positivo (estático)
O aumento da pressão é obtido pela redução do volume ocupado pelo gás.
Durante o processo desse compressor, temos um ciclo de funcionamento
composto por duas etapas:
Primeira etapa: determinada quantidade de gás é admitida no interior
de uma câmara de compressão, que está isolada do meio exterior. Após
a admissão, essa câmara é fechada, ocorrendo uma redução do volume
interno.
Segunda etapa: quando atingir determinada pressão, a câmara é aberta,
e o gás liberado para o sistema. A compressão é realizada em um sistema
fechado, ou seja, sem qualquer contato com admissão ou descarga de gás.
Na Figura 2, podemos observar o sistema de funcionamento do compressor
de deslocamento positivo. As válvulas de admissão e descarga, respectivamente,
recebem e liberam o gás, e o pistão realiza a compressão.
2 Classificação dos compressores
Figura 2. Funcionamento do compressor de deslocamento positivo. Fonte: Adaptada de Pacheco (2016).
Admissão Descarga
Pistão Cilindro Biela
Cárter
Óleo lubrificante
Exgaxetamento da Haste Haste do pistão
Descarga Válvula aberta
Água de resfriamento
Válvula fechada
Admissão
Compressor alternativo
Esse dispositivo é composto por uma biela e por um eixo de manivela, que
converte o movimento rotativo de um eixo em um movimento translacional de
um pistão. O funcionamento de um compressor alternativo está relacionado ao
comportamento das válvulas, ou seja, a abertura e o fechamento das válvulas
são fundamentais para que ocorra o processo de compressão no interior do
cilindro. As válvulas possuem um elemento móvel, denominado obturador,
que compara as pressões internas e externas ao cilindro. Quando a pressão na
tubulação de sucção supera a pressão interna do cilindro, acontece a abertura
do obturador da válvula de sucção; caso contrário, ela permanece fechada.
Quando a pressão interna é maior que a pressão na tubulação de descarga,
temos o processo inverso.
Na etapa de admissão, devido ao movimento de descida do pistão, ocorre
uma depressão no interior do cilindro, ocasionando a abertura da válvula de
sucção. Nesse momento, o gás é admitido. Quando o pistão começa a realizar
o movimento de subida, a válvula de sucção se fecha, e o gás é comprimido
até que a pressão interna do cilindro seja suficiente para promover a abertura
da válvula de descarga. Essa etapa é denominada compressão. A terceira
etapa ocorre quando a válvula de descarga se abre, fazendo com que o gás
do interior do cilindro seja expelido. Essa fase dura até que o pistão complete
seu curso no sentido do cabeçote. Nesse momento, a válvula de descarga é
fechada. A abertura da válvula de admissão só ocorrerá quando o valor da
pressão interna do cilindro cair. Quando as válvulas bloqueadas e o pistão se
movimentam em sentido inverso ao do cabeçote, temos a etapa de expansão,
que precede um novo ciclo de trabalho. Podemos afirmar que essa máquina
realiza a sucção e a descarga do gás, de acordo com os valores das pressões
presentes na tubulação de sucção e de descarga (FERRAZ; GOMES, 2008).
A Figura 3 mostra um compressor alternativo.
Figura 3. Compressor alternativo. Fonte: Adaptada de Brito (2013).
Sucção
Válvula
de sucção
Válvula de
descarga
Cilindro
Pistão
Biela
Eixo
Descarga
Os compressores alternativos ainda podem ser classificados como aberto,
semi-hermético e hermético.
Compressores rotativos de palhetas
esse compressor possui um rotor, ou tambor, central que gira excentricamente
em relação à carcaça. Esse rotor possui rasgos radiais que se estendem ao longo
de seu comprimento. Nesses rasgos, estão localizadas palhetas retangulares,
conforme mostra a Figura 4.
suportar um longo funcionamento sem cuidados de manutenção (FERRAZ;
GOMES, 2008).
Figura 6. Compressor rotativo de lóbulos. Fonte: Adaptada de Amazon Web Services — AWS (c2018a).
Entrada
Lóbulo
Invólucro
Saída
Compressor dinâmico
Os compressores dinâmicos também são chamados de compressores cinéticos
ou turbo compressores. Esses compressores possuem dois elementos principais
denominados impelidor e difusor, trabalham de acordo com o princípio de fluxo
e são considerados adequados para o fornecimento de grandes vazões. Existem
dois tipos de compressores dinâmicos: o axial e o radial. Nos dois tipos, o ar
é colocado em movimento por uma ou mais turbinas. A compressão acontece
quando, pela aceleração do ar aspirado de câmara para câmara em direção
à saída, o ar é impelido axialmente para as paredes da câmara, seguindo em
direção ao eixo, no sentido radial, para outra câmara. A Figura 7 apresenta
um compressor dinâmico.
Figura 7. Compressor dinâmico. Fonte: Adaptada de Facundo (2018).
Compressor dinâmico radial
O gás é aspirado continuamente pela abertura central do impelidor e, depois, é
descarregado, iniciando uma trajetória em forma de espiral através do espaço
que envolve o impelidor. Esse espaço é chamado de difusor radial ou difusor
em anel. Esse movimento leva à desaceleração do fluido e, consequentemente,
à elevação da pressão. Em deslocamento, o gás é recolhido em uma caixa
espiral denominada voluta e conduzido à descarga do compressor. Antes de
ser descarregado, o escoamento passa por um bocal divergente, o difusor de
voluta, onde ocorre um processo adicional de difusão (Figura 8).
Operando em fluxo contínuo, os compressores radiais aspiram e descar-
regam o gás exatamente nas pressões externas, ou seja, há uma permanente
igualdade entre a relação de compressão interna e a relação de compressão
externa. Esse tipo de compressor não consegue realizar grandes elevações de
pressão, de modo que os compressores dessa espécie geralmente são utilizados
em processos industriais de múltiplos estágios (FERRAZ; GOMES, 2008).
Figura 8. Compressor dinâmico radial. Fonte: Adaptada de Ferraz e Gomes (2008).
Anel difusor
Impelidor
Voluta
Difusor da voluta
Compressores dinâmicos axiais
Os compressores axiais são dotados de um tambor rotativo onde são dispostas
séries de palhetas em arranjos circulares igualmente espaçados na periferia,
conforme mostra a Figura 9. Quando o rotor é posicionado na máquina, essas
rodas de palhetas ficam intercaladas por arranjos semelhantes fixados de modo
circunferencial ao longo da carcaça. Cada par formado por um conjunto de
palhetas móveis e por outro de palhetas fixas se constitui em um estágio de
compressão. As palhetas móveis possuem uma conformação capaz de transmitir
ao gás a energia proveniente do acionador, acarretando ganhos de velocidade
e entalpia do escoamento. As palhetas fixas, por sua vez, são projetadas de
modo a produzir uma deflexão no escoamento, que forçará a ocorrência de
um processo de difusão. Como a elevação de pressão obtida em um estágio
axial é bastante pequena, os compressores dessa espécie são sempre dotados
de vários estágios. O escoamento ocorre por meio dos estágios de acordo com
a trajetória hélico-axial envolvendo o tambor (FERRAZ; GOMES, 2008).
Figura 9. Compressor axial. Fonte: Adaptada de Ferraz e Gomes (2008).
Sucção
Pás fixas (^) Descarga
móveisPás Rotor
Carcaça
Compressor axial
Tipos de fluidos
A compressão dos fluidos leva em consideração a temperatura de ebulição, que
deve estar diretamente relacionada à pressão. Geralmente, quando se aumenta
a pressão de um líquido, sua temperatura de ebulição também aumenta. Isso é
conhecido como a relação entre a temperatura de ebulição e a pressão de saturação.
Os fluidos são avaliados de acordo com as seguintes propriedades:
temperatura crítica;
temperatura de fusão;
pressão de saturação;
entalpia de vaporização;
volume específico;
condutividade térmica;
estabilidade;
solubilidade;
toxicidade;
inflamabilidade.
A partir dessas propriedades, temos a classificação dos fluidos de acordo
com a sua composição, conforme mostra o Quadro 1.
Com o advento do Protocolo de Montreal, teve início a busca para a substi-
tuição de alguns fluidos prejudiciais à camada de ozônio. No Quadro 2, temos
a utilização dos fluidos em cada tipo de compressor, bem como as substâncias
a serem substituídas.
Fatores que influenciam o desempenho
dos compressores
Algumas características e grandezas influenciam o desempenho dos com-
pressores. Quanto às características, podemos relacionar a pressão e a tem-
peratura de sucção, a natureza molecular do gás (composição) e a pressão de
descarga. Já as grandezas são a vazão de operação, a potência de compressão,
a temperatura de descarga, a eficiência da compressão e a intensidade dos
esforços. A vazão de operação é o volume requerido para ser deslocado entre
a sucção e a descarga. A temperatura de descarga depende da temperatura de
sucção, da relação entre as pressões de descarga e de sucção e do coeficiente
politrópico. A potência depende da vazão mássica e do trabalho cedido ao
gás durante a compressão.
Ao escolhermos um compressor para determinada aplicação, devemos
considerar certos parâmetros. Esses parâmetros são: máxima vazão, máxima
pressão e potência. No Quadro 3, é apresentada a relação do tipo de compressor
com a faixa de trabalho de vazão e pressão máxima.
Fonte: Adaptado de AWS (c2018b).
Compressores Tipo
Máxima vazão na sucção (CFM)
Máxima pressão na descarga (Psia)
Deslocamento positivo
Alternativo 3.000–5.000 35.000–50.
Rotativo 50.000 100–
Dinâmico
Radiais 200.000 3.000–6.
Axiais 2.000.000 80–
Quadro 3. Classificação dos compressores quanto à máxima vazão e máxima pressão
A unidade utilizada para vazão é a CFM, que corresponde a pés cúbicos
por minuto. A unidade de pressão é Psia, que significa libras por polegada
quadrada absoluta.
Em relação à potência, podemos citar a teórica e a indicada. A potência
teórica de um compressor corresponde a uma transformação ideal isotérmica.
A potência indicada corresponde à transformação real, e depende das perdas e
do calor gerado pelo atrito e da quantidade de calor removida do sistema. Esse
valor é fornecido pelo fabricante, mas sabemos que temos perdas mecânicas no
sistema. Quando são consideradas, temos a potência efetiva, que é absorvida
no eixo do compressor.
Os valores de potência utilizados nos compressores dependem da aplicação
e das características do sistema.
É bastante ampla a utilização de compressores. Para termos uma noção sobre essa abrangência, segue a indicação de algumas tabelas de aplicação de compressores industriais. Embraco:
https://goo.gl/6Wr9qE
Tecumseh:
https://goo.gl/mqSDpW
Bitzer:
https://goo.gl/883J1j
Danfoss:
https://goo.gl/GT8eZ
Para obter mais informações sobre o Protocolo de Montreal e sobre o Programa Brasileiro de Eliminação dos HCFCs, acesse o link a seguir:
https://goo.gl/WBgs4H
1. De acordo com a definição de compressores, marque a opção correta. a) O compressor tem como função apenas aumentar o volume do gás em um sistema fechado. b) O compressor consegue elevar a pressão de um elemento somente por meio de um gás. c) O compressor consegue elevar a pressão de um elemento somente por meio de um escoamento gasoso. d) O compressor consegue elevar a pressão de um elemento por meio de um gás ou de um escoamento gasoso. e) O compressor tem como função apenas diminuir o volume do gás em um sistema fechado. 2. A classificação dos compressores pode ser deslocamento positivo ou dinâmicos. Analisando o princípio de trabalho do compressor dinâmico, podemos afirmar que se trata de uma máquina: a) radial. b) de fluxo. c) axial. d) alternativa. e) rotativa. 3. Os fluidos apresentam diversas propriedades quanto à compressão. Qual é a relação entre duas propriedades presentes em todos os fluidos?
a) Temperatura crítica e temperatura de fusão. b) Temperatura crítica e pressão de saturação. c) Temperatura de ebulição e temperatura de fusão. d) Temperatura de fusão e pressão de saturação. e) Temperatura de ebulição e pressão de saturação.
4. Ao escolhermos um compressor para uma aplicação, quais fatores devemos considerar? a) Vazão de operação, temperatura de descarga e potência. b) Máxima vazão, temperatura de descarga e potência. c) Máxima vazão, máxima pressão e potência. d) Potência, eficiência de compressão, vazão de operação. e) Potência, temperatura de sucção, máxima vazão. 5. Foi solicitada a escolha de um compressor dinâmico para ser utilizado em um sistema industrial. Qual característica é preponderante nesse tipo de compressor? a) É apropriado para sistemas que necessitam de grandes vazões. b) É pouco utilizado em sistemas industriais. c) Não tem fluxo contínuo. d) Fornece apenas pequenas e médias vazões. e) É apropriado para sistemas que necessitam de pequenas vazões.
AMAZON WEB SERVICES - AWS. Classificação dos compressores quanto máxima vazão e máxima pressão. c2018b. Disponível em: <http://s3.amazonaws.com/magoo/ABA- AAAELAAF-7.jpg>. Acesso em: 21 jun. 2018. AMAZON WEB SERVICES - AWS. Compressor rotativo de lóbulos. c2018a. Disponível em: http://s3.amazonaws.com/magoo/ABAAAAePIAK-4.jpg. Acesso em: 21 jun. 2018. BRITO, P. Compressores de deslocamento positivo. 2013. Disponível em: <http://ma- quinasmissao.blogspot.com/2013/05/compressores.html>. Acesso em: 21 jun. 2018. COMPANHIA AMBIENTAL DO ESTADO DE SÃO PAULO – CETESB. Substituição de fluidos refrigerantes em atendimento ao Protocolo de Montreal. 2001. Disponível em: <http:// cetesb.sp.gov.br/publicacoes-relatorios/>. Acesso em: 21 jun. 2018. FACUNDO, G. Compressores, ventiladores, bombas, conceitos importantes. Disponível em: <http://slideplayer.com.br/slide/361406/2/images/58/Compressores+Din%C3% A2micos+ou+Turbo-compressores.jpg>. Acesso em 21 jun. 2018. FERRAZ, F.; GOMES, M. O histórico da refrigeração; Fluidos refrigerantes; Ozônio, pro- cesso de formação, destruição; Sistemas de refrigeração; Componentes de um sistema de refrigeração. Bahia, 2008. (Apostila do Curso Eletromecânica – Centro Federal de Educação Tecnológica CEFET-BA). Disponível em: <https://fabioferrazdr.files.wordpress. com/2008/08/ref1.pdf>. Acesso em: 21 jun. 2018. HUNDY, G. F.; TROTT, A. R.; WELCH, T.C. Refrigeration and air-conditioning. 4. ed. Oxford: Butterworth-Heinemann, 2008. PACHECO, L. M. Tipos de compressores, princípios construtivos, funcionais e suas aplicações. [2016]. (Curso Técnico em Eletrônica, Escola Senai Geraldo Alckmin). Disponível em: https://www.slideshare.net/RicardoRamalho11/compressores-67420792. Acesso em: 21 jun. 2018. SCHAEFFLER. Screw-type compressors. c2018. Disponível em: <https://www.schaeffler. com.br/remotemedien/media/_shared_media/04_sectors/02_industry/pneuma- tics_and_general_ventilation_engineering/compressors_and_vacuum_pumps/ oil-free_screw- type_compressor_syn_col3.jpg>. Acesso em: 21 jun. 2018.
Leitura recomendada
HENN, E. A. L. Máquinas de fluido. 2. ed. Santa Maria, RS: Ed. da UFSM, 2006.
