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Trabalho sobre compressores descrevendo seus tipos quanto à sua construção, quanto seu princípio de funcionamento e funcionalidade. Explicitando também algumas aplicações dos compressores.
Tipologia: Trabalhos
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Aluno do 3º Semestre do Curso Técnico em Eletroeletrônica
Prof. SÉRGIO HENRIQUE DE PAULA Docente da disciplina de Controle e Automação II
Março de 2011
O compressor é um equipamento concebido para aumentar a pressão de um
fluido em estado gasoso (ar, vapor de água, hidrogênio etc.) e armazená-la em
reservatórios próprios para que esta pressão possa ser utilizada para diversos trabalhos.
Possui o mesmo princípio de funcionamento que as bombas e as diferenças entre eles
são decorrentes das diferenças existentes nas propriedades dos líquidos
(incompressíveis, mais densos) e dos gases (compressíveis menos densos).
Em uma visão mais voltada a prática destes equipamentos, compressores são
máquinas operatrizes que transformam trabalho mecânico em energia comunicada a um
gás, preponderantemente sob forma de energia de pressão. Graças a essa energia de
pressão que adquire, isto é, à pressurização, o gás pode: Deslocar-se a longas distancias
em tubulações; Ser armazenado em reservatórios para ser usado quando necessário, isto
é, acumulo de energia; Realizar trabalho mecânico, atuando sobre dispositivos,
equipamentos e máquinas motrizes (motores a ar comprimido, por exemplo).
A Primeira aplicação do ar comprimido, certamente, ocorreu na pré-história,
para avivar as brasas de uma fogueira. E o primeiro compressor, os pulmões humanos, é
capaz de fornecer uma vazão de 100 l/min. a uma pressão de 0,02 a 0,08 bar em valores
médios.
Por volta de 3.000 AC, quando o homem começou a trabalhar com metais esse
compressor, os pulmões humanos, mostraram-se ineficiente e passou-se a utilizar 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.
Em 1762 John Smeaton registra a patente de um compressor acionado por uma
roda d’água.
Compressores de Refrigeração: Os compressores de refrigeração são máquinas desenvolvidas por certos
fabricantes com vistas a essa aplicação. Operam com fluidos bastante específicos e em
condições de sucção e descarga pouco variáveis, possibilitando a produção em série e
até mesmo o fornecimento incluindo todos os demais equipamentos do sistema de
refrigeração.
Compressores para Serviço de Vácuo: Os compressores para serviço de vácuo são máquinas que trabalham em condições
bem peculiares. A pressão de sucção é sub-atmosférica, a pressão de descarga é quase
sempre atmosférica e o fluido de trabalho normalmente é o ar. Face à anormalidade
dessas condições de serviço, foi desenvolvida uma tecnologia toda própria, fazendo com
que as máquinas pertencentes a essa categoria apresentem características bastante
específicas.
São dois os princípios em que se baseiam os compressores de uso industrial:
volumétrico e dinâmico.
Nos compressores volumétricos ou de deslocamento positivo, a elevação de
pressão é conseguida através da redução do volume ocupado pelo gás. Na operação
dessas máquinas podem ser identificadas diversas fases, que constituem o ciclo de
funcionamento: inicialmente, uma certa quantidade de gás é admitida no interior de uma
câmara de compressão, que então é cerrada e sofre redução de volume. Finalmente, a
câmara é aberta e o gás liberado para consumo. Trata-se, pois, de um processo
intermitente, no qual a compressão propriamente dita é efetuada em sistema fechado,
isto é, sem qualquer contato com a sucção e a descarga. Conforme iremos constatar logo
adiante, pode haver algumas diferenças entre os ciclos de funcionamento das máquinas
dessa espécie, em função das características específicas de cada uma.
Já os compressores dinâmicos ou turbo compressores possuem dois órgãos
principais: impelidor e difusor. O impelidor é um órgão rotativo munido de pás que
transfere ao ar a energia recebida de um acionador. Essa transferência de energia se faz
em parte na forma cinética e em outra parte na forma de entalpia. Posteriormente, o
escoamento estabelecido no impelidor é recebido por um órgão fixo denominado
difusor, cuja função é promover a transformação da energia cinética do ar em entalpia,
com conseqüente ganho de pressão. Os compressores dinâmicos efetuam o processo de
compressão de maneira contínua, e, portanto corresponde exatamente ao que se
denomina, em termodinâmica, um volume de controle.
Compressores alternativos Nos compressores alternativos a compressão do gás é feita em uma câmara de volume variável (cilindro) por um pistão, ligado a um mecanismo biela-manivela similar ao de um motor alternativo. Quando o pistão no movimento ascendente comprime o gás a um valor determinado, uma válvula se abre deixando o gás escapar, praticamente com pressão constante. Ao final do movimento de ascensão, a válvula de exaustão se fecha, e a de admissão se abre, preenchendo a câmara à medida que o pistão se move. Os compressores alternativos podem ser de simples ou duplo efeito e de um ou mais estágios de compressão.
Compressores alternativos (Pistão ou êmbolo) Usam sistemas de manivelas e bielas conectadas a pistões nos interior de cilindros. A disposição desses cilindros poderá ser em “V”, em linha, opostos, em estrela, etc. Este compressor contém um êmbolo que produz movimento linear. Ele é apropriado para todos os tipos de pressões, podendo atingir milhares de kpa.
Alternativos
Volumétricos Palhetas Rotativos Parafusos Lóbulos Compressores
Centrífugos ( Trajetória Radial )
Dinâmicos Axiais ( Trajetória Axial )
Ejetores
Tipos de aplicações típicas: Compressão de Gás (GNC, Nitrogênio, Gás Inerte, Gás de Aterro Sanitário), Alta Pressão (Ar de respiração para mergulho com garrafa, cilindros SCBA, Vigilância sísmica, Circuito de sopro de ar), engarrafamento P.E.T, Ignição de motor, Industrial.
Compressor de Pistão de dois ou Mais Estágios Este compressor consegue comprimir o ar
com pressões mais elevadas facilmente, pois ele
passa por uma compressão dois ou mais vezes,
este tipo precisa de um sistema de refrigeração
para a eliminação do calor gerado.
Compressor de Membrana Ele é parecido com de pistão, mas o ar não entra em contato com as partes
móveis, pois ele é separado por uma membrana, assim o ar não é contaminado com os
resíduos do óleo. Estes compressores são utilizados nas indústrias alimentícias,
farmacêuticas e químicas.
Compressores Alternativos de Diafragma O compressor de diafragma é uma máquina alternativa de deslocamento positivo que utiliza um pistão, não para comprimir o gás, mas para deslocar um fluido hidráulico que aciona um diafragma que faz a compressão do gás, através da redução de volume da câmara de compressão. O conjunto de força do compressor de diafragma é semelhante ao das bombas hidráulicas alternativas, constando de eixo de manivelas, bielas, pistão hidráulico, válvulas de admissão e descarga e válvula de segurança.
Características dos compressores de alternativos
Compressores Rotativos
Nos compressores rotativos, os gases são comprimidos por elementos giratórios.
Outras das particularidades destes tipos de compressores são, por exemplo, as menores
perdas mecânicas por atrito, pois, dispensam um maior número de peças móveis, a menor
contaminação de ar com óleo lubrificante, a ausência de reações variáveis sobre as
fundações que provocam vibrações, o fato de a compressão ser feita de um modo continuo e
não intermitente, como sucede nos alternativos e a ausência de válvulas de admissão e de
descarga que diminui as perdas melhorando o rendimento volumétrico. Outro aspecto muito
importante, para os diferentes tipos, prende-se com a economia de energia, com os
rendimentos volumétricos, associados a fugas, e mecânico, associado a movimentos
relativos entre as peças que constituem a máquina, e com a manutenção dos mesmos.
Compressor Rotativo de Palhetas O compressor de palhetas possui um rotor ou tambor central que gira
excentricamente em relação à carcaça. Esse tambor possui rasgos radiais que se
prolongam por todo o seu comprimento e nos quais são inseridas palhetas retangulares.
Quando o tambor gira, as palhetas deslocam-se radialmente sob a ação da força
centrífuga e se mantêm em contato com a carcaça. O gás penetra pela abertura de
sucção e ocupa os espaços definidos entre as palhetas.
Devido à excentricidade do rotor e às posições das aberturas de sucção e descarga, os espaços constituídos entre as palhetas vão aumentando na região de sucção e se reduzindo na região de descarga, provocando a compressão progressiva do gás. A variação do volume contido entre duas palhetas vizinhas, desde o fim da admissão até o início da descarga, define, em função da natureza do gás e das trocas térmicas, uma relação de compressão interna fixa para a máquina. Assim, a pressão do gás no momento em que é aberta a comunicação com a descarga poderá ser diferente da pressão reinante nessa região. O equilíbrio é, no entanto, quase instantaneamente atingido quando o gás é descarregado. Compressores de palhetas rotativas são caracterizados pela versatilidade, potência, confiabilidade e relação preço-qualidade.
Aplicações Comuns: OEM, Impressão, Pneumática, Laboratórios, Odontologia, Instrumentos, Máquinas ferramentas, Embalamento, Robótica
Características dos compressores de palhetas:
inferior do compressor. Com isto consegue-se aliviar a carga radial sobre os mancais, de modo a que a única carga que atua sobre os mesmos, além daquela resultante do próprio peso, é atuante sobre os eixos das rodas planetárias, resultante da pressão do gás nos dentes das mesmas durante o engrenamento.
Compressores de parafuso duplo As secções transversais deste tipo de compressores podem apresentar configurações distintas. No entanto, em ambos os casos, o rotor macho apresenta quatro lóbulos, enquanto que o rotor fêmea apresenta seis reentrâncias (ou gargantas). Normalmente, o veio do motor atua sobre o rotor macho, que por sua vez aciona o rotor fêmea. Um compressor parafuso duplo pode ser descrito como uma máquina de deslocamento positivo com dispositivo de redução de volume. O gás é comprimido simplesmente pela rotação dos rotores acoplados. Este gás percorre o espaço entre os lóbulos enquanto é transferido axialmente da sucção para a descarga. Sucção Quando os rotores giram os espaços entre os lóbulos abrem-se e aumentam de volume. O gás então é succionado através da entrada e preenche o espaço entre os lóbulos. Quando os espaços entre os lóbulos alcançam o volume máximo, a entrada é fechada. O gás admitido na sucção fica armazenado em duas cavidades helicoidais formadas pelos lóbulos e a câmara onde os rotores giram.
Características dos compressores de parafusos:
Compressores compound
Enquanto que a maioria dos compressores efetua a compressão num único estágio, estes usam dois pares de rotores. A compressão é repartida entre esses dois estágios, existindo entre cada um deles um processo de arrefecimento do gás que está a ser comprimido. Com isto, para além da eficiência energética ser superior, a temperatura do gás de descarga é inferior àquela que seria obtida caso o compressor efetuasse a compressão num único estágio. Nos compressores de parafuso arrefecidos a óleo, o óleo e o respectivo sistema de arrefecimento, são normalmente suficientes para garantir que a temperatura dos gases de escape não são demasiado elevadas. Estas poderiam por em causa quer a sua lubrificação, quer a sua vida útil do equipamento. No entanto, quando a aplicação em causa exigir a utilização de compressões isentas de óleo, os compressores de parafuso compound são uma boa solução. Nestes, mesmo que não se use o óleo, a existência de um sistema de arrefecimento a ar ou a água entre os dois estágios de compressão, é o suficiente para garantir temperaturas do gás de descarga que não sejam demasiado elevadas.
Compressores herméticos, semi-herméticos e abertos
Nos compressores herméticos, aplicados apenas para pequenas potências, o motor e o compressor encontram-se acoplados e ambos encerrados por invólucro metálico selado.
Nos semi-herméticos, compressores mais modernos que os anteriores, apesar de o motor e o compressor se encontrarem acoplados e envolvidos por um invólucro metálico, este pode ser desparafusado com vista a uma manutenção local. Os compressores abertos são aqueles em que o acesso ao seu interior é facilitado. Podem ser abertos e reparados no próprio local de funcionamento. O motor encontra-se separados do compressor, sendo a transmissão efetuada normalmente através de correias.
Compressores Rotativos de Lóbulos
Esse tipo de compressor possui dois rotores em que giram em sentido contrário, mantendo uma folga muito pequena no ponto de tangência entre si e com relação à carcaça. O gás penetra pela abertura de sucção e ocupa a câmara de compressão, sendo conduzido até a abertura de descarga pelos rotores. Os compressores de lóbulos, embora classificados volumétricos, não possuem compressão interna, porque os rotores apenas deslocam o fluido de uma região de baixa pressão para uma de alta pressão. São conhecidos como sopradores ROOTS e constituem um exemplo típico do que se pode chamar de soprador, porque gera aumentos de pressão muito pequenos. São amplamente utilizados na sobre alimentação de motores e como sopradores de gases de pressão moderada. Os Compressores tipo roots, são compressores de baixa pressão, que são muito utilizados em transportes pneumáticos e na sobre-alimentação dos motores Diesel. Estes compressores apresentam um rendimento volumétrico muito baixo, mas em compensação o rendimento mecânico é elevado. No entanto a principal vantagem destes compressores é a sua grande robustez, o que permite que rodem anos sem qualquer revisão.
Os compressores dinâmicos ou turbo compressores possuem dois órgãos principais: impelidor (rotor) e difusor. O impelidor é um órgão rotativo munido de pás que transfere ao gás a energia recebida de um acionador. Essa transferência de energia se faz em parte na forma cinética e em outra parte na forma de pressão. Posteriormente, o escoamento estabelecido no impelidor é recebido por um órgão fixo denominado difusor, cuja função é promover a transformação da energia cinética do gás em energia de pressão. Os compressores dinâmicos efetuam o processo de compressão de maneira contínua.
Compressores Centrífugos ou Radiais: Nos compressores centrífugos, também conhecidos como radiais, o gás é aspirado continuamente pela abertura central do impelidor e descarregado pela periferia do mesmo, num movimento provocado pela força centrífuga que surge devido à rotação. O fluído descarregado passa então a descrever uma trajetória em forma espiral através do espaço anular que envolve o impelidor e que recebe o nome de difusor radial ou difusor em anel. Esse movimento leva à desaceleração do fluído e consequente elevação de pressão. Prosseguindo em seu deslocamento, o gás é recolhido em uma caixa espiral denominada voluta e conduzindo à descarga do compressor. Antes de ser descarregado, o escoamento passa por um bocal divergente, o difusor de voluta, onde ocorre um suplementar processo de difusão. Essa máquina é incapaz de proporcionar grandes elevações de pressão, de modo que os compressores dessa espécie normalmente utilizados em processos industriais são de múltiplos estágios.
Detalhes do rotor
Compressores Centrífugos – Detalhes Construtivo
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.
Abertos (Altas Vazões);
IMPELIDORES Semi Abertos (1º Impelidor de máquina de múltiplos estágios);
Fechados (Maior relação de compressão).
Observação I: Os turbos compressores são destinados para o funcionamento onde existe grande vazão. Observação II: Os compressores de maior uso na indústria são os alternativos, os de palhetas, os de fuso rosqueado, os de lóbulos, os centrífugos e os axiais.
Algumas aplicações específicas de refrigeração
A aplicação dos compressores está diretamente relacionada, entre outros fatores, à pressão e temperatura de evaporação, tipo de instalação, sistema adotado, e principalmente à capacidade do motor elétrico, geralmente indicada em HP (cavalo- vapor). Existem compressores de capacidades individuais de 1/2 HP até 800 HP. As capacidades são ilimitadas, pois é possível fazer instalações tipo rack , com vários compressores instalados em paralelo, muito aplicadas em sistemas de refrigeração comerciais de médio a grande porte, como é o caso dos hipermercados. Relacionando aplicação com modelo de compressor, o tipo recíproco alternativo aberto é mais utilizado em ar condicionado automotivo e de transporte. A razão é o aproveitamento do próprio motor do veículo, sem a necessidade de um segundo motor que comprometeria o desempenho do veículo e aumentaria o consumo de combustível. Grandes instalações industriais (com amônia) e comerciais de pequeno porte também podem fazer uso dos compressores abertos, porém essa tendência é acabar. Na refrigeração de pequeno porte que utiliza câmaras, balcões frigoríficos e outros, os compressores do tipo hermético têm dominado o mercado. Os herméticos são os mais adequados para pequenas instalações devido ao fato de serem mais fáceis de instalar, não requerem manutenção, são mais econômicos e o custo é mais baixo. Se a refrigeração fosse classificada por faixas de temperatura de evaporação (baixa para congelados, média para resfriados, e alta para ar condicionado, resfriadores de líquido, secadores de ar, etc...), os herméticos operando a baixa temperatura de evaporação teriam um desempenho pequeno se comparado aos outros tipos de compressores. O mesmo ocorre com compressores abertos quando operam em altas temperaturas de evaporação. Com certeza também teriam limitações, não do ponto de vista do rendimento, mas da resistência mecânica. O único que poderia trabalhar em todas as faixas de temperatura de evaporação sem qualquer restrição seria o alternativo recíproco (pistão) semi-hermético.
Aplicações industriais diversas
Os dados da tabela abaixo devem ser vistos com muita cautela. São apenas exemplos para alguns tipos de indústrias e estão sujeitos a grandes variações. Em hipótese alguma devem ser tomados como base para dimensionamento e escolha do tipo de compressor.
Atividade Uso do ar Vazão m^3 /h Compressor
Açúcar Instrumentos e equipamentos diversos
-Soprador roots 2 estágios -Alternativo Alimentos: Caldeiras, embalagens, 350-850 -Alternativo 2
processamento transportadores estágios, sem óleo
Cimento Instrumentos, transportadores, moinhos
Construção Demolição de concreto, rochas
Fundição pequena Ferramentas pneumáticas, moldes, pintura, limpeza
Forja e fundição grande
Ferramentas pneumáticas, moldes, pintura, limpeza
Ferramentas pneumáticas, pintura, limpeza
Papel Instrumentos, caldeiras 1700
Química Instrumentos, transporte, agitadores
Química Instrumentos, transporte, agitadores
Têxtil: tecelagem Teares e outros
Vidro Fornos, instrumentos 2500
Aplicações quanto à Qualidade do ar
Uma instalação de ar comprimido não precisa apenas fornecer ar na pressão e vazão necessárias aos equipamentos consumidores. É preciso também assegurar a qualidade. A umidade do ar da atmosfera está presente em forma de água na rede do ar comprimido. Compressores nos quais óleo de lubrificação tem contato com o ar em compressão sempre fornecem ar com alguma contaminação por óleo, o que é de difícil remoção.
Portanto, pode-se dizer que a qualidade do ar depende do tipo de compressor e
Disponível em: http://www.coladaweb.com/fisica/mecanica/compressores-de-ar-comprimido Acesso: 07/03/
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