UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA

ESCOLA POLITÉCNICA – EPUFBA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA

ELEMENTOS DE MÁQUINAS E MOTORES

Leni Santos Brito

SALVADOR

SETEMBRO 2010

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UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA

ESCOLA POLITÉCNICA – EPUFBA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA

ELEMENTOS DE MÁQUINAS E MOTORES

Leni Santos Brito

Trabalho sobre compressores alternativos, na disciplina ENG169 pela Universidade Federal da Bahia, como avaliação parcial.

SALVADOR

SETEMBRO 2010

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Apresentação

Este trabalho fornecerá informações a respeito dos compressores alternativos: suas

características, princípio de funcionamento, componentes de maior relevância,

principais elementos na instalação, sistemas de arrefecimento e de lubrificação. Aqui

também conterá dados técnicos e funcionais do compressor C-847A (Compressor da

cabine de retrabalho – Pintura) da planta de Pintura de pára-choques, será mostrado

também o layout da instalação do equipamento e sua função no mesmo.

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Sumário

1 COMPRESSORES ALTERNATIVOS 5

2 CICLO DE COMPRESSÃO 5

3 ACIONAMENTO 6

4 DISPOSIÇÃO DOS CILINDROS 7

5 NÚMERO DE ESTÁGIOS

7

6 COMPONENTES DE UM COMPRESSOR ALTERNATIVO 8

7 SISTEMA DE LUBRIFICAÇÃO 11

8 SISTEMA DE ARREFECIMENTO 11

9 ELEMENTOS DE CONTROLE 11

10 O PROCESSO

11 BIBLIOGRAFIA 13

12 ANEXOS 16

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1 - Compressores Alternativos

Compressores são utilizados para proporcionar a elevação da pressão de um gás ou

escoamento gasoso.

Os compressores alternativos são compressores volumétricos que conseguem a elevação

de pressão através da redução do volume de uma câmara (cilindro) ocupada pelo gás.

Utiliza um sistema biela-manivela para converter o movimento rotativo de um eixo em

movimento de translação. Assim, cada rotação do acionador, o pistão efetua um

percurso de ida e outro de vinda na direção do cabeçote, caracterizando o ciclo de

operação.

O funcionamento do compressor alternativo está intimamente associado ao

comportamento das válvulas. Elas possuem um elemento móvel (obturador) que

funciona como um diafragma, comparando as pressões interna e externa do cilindro. O

obturador da válvula de sucção se abre (para dentro do cilindro) quando a pressão na

tubulação de sucção supera a pressão interna do cilindro, e se mantém fechado em caso

contrário.

O obturador da válvula de descarga se abre (para fora do cilindro) quando a pressão

interna supera a pressão na tubulação de descarga, e se mantém fechado na situação

inversa.

2 - Ciclo de compressão

ADMISSÃO: o pistão se movimenta em sentido contrário ao cabeçote, fazendo com

que haja uma tendência de depressão no interior do cilindro que propicia a abertura da

válvula de sucção. Logo o ar é aspirado.

COMPRESSÃO: ao inverter-se o sentido de movimentação do pistão, a válvula de

sucção se fecha e o ar é comprimido até que a pressão interna do cilindro seja suficiente

para abrir a válvula de descarga.

DESCARGA: quando a válvula de descarga se abre, a movimentação do pistão faz com

que o ar seja expulso do interior do cilindro. Essa situação dura até que o pistão encerre

o seu movimento no sentido do cabeçote.

EXPANSÃO: a válvula de descarga se fecha e quando a pressão interna cair o

suficiente, a válvula de admissão se abrirá. O momento em que as duas válvulas estão

fechadas e o pistão se movimenta para baixo é denominado expansão.

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Ciclo de Compressão do compressor alternativo

3 - Acionamento

Compressores estacionários são geralmente acionados por motores elétricos enquanto

que motores de combustão predominam para o acionamento de compressores portáteis.

Motores a Diesel são adequados para toda a gama de potência e motores a gasolina até

cerca de 20 kW.

Turbinas a vapor e a gás são também algumas vezes usadas com compressores

estacionários.

Quando o acionamento é feito por motor elétrico, é requerida uma margem de potência

de 10 a 15 %, para prevenir contra queda de voltagem e etc. Não é econômico usar-se

uma grande margem já que a eficiência e o fator de potência serão muito baixos.

Motores de combustão são também selecionados com uma margem de potência

semelhante para permitir operações em altitudes moderadas e sob temperaturas

ambientes acima do normal.

Arranjo de acionamento: Acionamento com correias em V

Do ponto de vista construtivo de maneira geral, o compressor em questão tem uma

ponta de eixo externa, ou seja, necessita de motor (elétrico ou de combustão interna)

externo para virar o volante, que através de uma interligação por correias e polias faz-se

o acionamento do compressor. Foi basicamente o primeiro a surgir na história da

evolução dos compressores.

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4 - Disposição dos cilindros

A disposição desses cilindros poderá ser em “V”, em linha, opostos, em estrela, etc.

5 - Número de estágios

A fim de limitar o aumento de temperatura e melhorar a

eficiência de compressão, esta é normalmente levada a efeito

em vários estágios, com o gás sendo resfriado entre cada

estágio. Também se consegue que aumenta a eficiência

volumétrica conforme a relação de compressão do primeiro

estágio seja reduzida.

Ciclo de Trabalho de um compressor de pistão de dois estágios.

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6 - Componentes de um compressor alternativo Cárter: tem a função de proteger as partes móveis do compressor (eixo, mancais, biela,

etc.) e serve também como reservatório de óleo lubrificante.

Virabrequim (eixo de manivelas): um eixo com seções defasadas em relação ao centro

são nessas seções de eixo defasadas que são montadas as bielas que por sua vez são o

elo entre os pistões que por sua vez estão montados dentro dos cilindros. O virabrequim

tem a função de transformar o movimento alternativo de sobe e desce dos pistões em

movimento de rotação.

Biela: é o componente responsável por transmitir a força recebida pelo pistão e repassar

à árvore de manivelas ou virabrequim. Com a exclusiva função de inverter o sentido de

movimento, pois ligada ao pistão através de um pino a biela sobe e desce e ligada ao

virabrequim, preso com uma capa entre bronzinas, a biela transmite a força em forma de

movimento rotativo ou circular.

Pistão: é uma peça cilíndrica, normalmente, fabricado de materiais diversos tais como

ferro fundido cinzento ou nodular, alumínio ou aço, que se move longitudinalmente no

interior do cilindro.

Pino do pistão: é o órgão que serve de articulação entre biela e o pistão. Consiste em

um pino vazado de aço tratado termicamente.

Anéis de segmento:

Os anéis de compressão - tem a função impedir a passagem dos gases para o interior

do cárter.

Unidade compressora

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Os anéis raspadores - tem as funções de auxiliar o anel de compressão como também

de raspar o excesso de óleo da parede do cilindro.

Os anéis de óleo - tem a função de descarregar todo excesso de óleo lançado pelo anel

raspador para o interior do cárter.

Cilindros: São largos furos arredondados feitos através da carcaça. Os pistões se

ajustam nos cilindros, são ligeiramente mais largos que os pistões, para estes deslizarem

livremente. É o local onde ocorre a compressão dos gases.

Placa de válvulas: é o suporte de válvulas, de palhetas que fica montado entre o bloco

de cilindro do compressor e o cabeçote. Sua principal função é permitir uma montagem

das palhetas e facilitar o acesso para o manuseio, bem como a retenção e pressão dos

gases sobre o pistão, o qual garante um desempenho com segurança e eficiência.

Volante: a função do volante é ligar a correia do motor que está separado do

compressor.

Anel elástico: é um elemento usado para impedir o deslocamento axial do pino.

Conhecido também por anel de retenção, de trava ou de segurança.

Chaveta: permite a transmissão de movimento do eixo às polias. Aplicada em uniões

de órgãos que transmitem movimentos não só rotativos como também retilíneos

alternativos.

Retentor: é o elemento de vedação hermética do compressor, entre a árvore e o bloco.

Sua função é impedir a fuga do refrigerante por esta parte, quando existir pressão

positiva no cárter, e evitar entrada de ar no sistema, quando a instalação está em vácuo,

permitindo o movimento livre da árvore.

Juntas de vedação: são elementos destinados a proteger máquinas ou equipamentos

contra a saída de líquidos e gases, e a entrada de sujeira ou pó.

Rolamento de agulhas: utilizado para evitar atrito entre o conjunto pino do pistão-

biela.

Correia: transmite potência do eixo do motor para eixo de manivelas.

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Reservatório de Ar: normalmente, uma instalação de compressores é equipada com um

ou mais reservatórios de ar. Estes são dimensionados para satisfazer a capacidade do

compressor, o sistema de regulação, a pressão de trabalho e as variações esperadas no

consumo de ar.

O Reservatório de ar serve para:

a) Armazenar ar comprimido

b) Aumentar o resfriamento e coletar possível condensado residual

c) Atenuar as variações de pressão na linha.

Os reservatórios de ar devem ser projetados e dimensionados de acordo com as

exigências das autoridades locais (normas de vasos de pressão em vigor – NR-13).

Válvulas: são componentes mais delicados e o bom funcionamento é muito importante

para os compressores alternativos. Uma ou mais válvulas de sucção e uma ou mais

válvulas de descarga. Estas válvulas regulam o fluxo de gás que entra e sai do cilindro.

Elementos básicos:

• Obturador: elemento de vedação da válvula, cujas faces são submetidas às

pressões interna e externa ao cilindro.

• Sede: parte da válvula na qual o obturador se apoia para efetuar o bloqueio do

gás.

• Encosto: elemento estrutural cuja finalidade é limitar o curso do obturador na

condição de abertura completa da válvula.

• Mola: tem como função regular movimento do obturador, atenuando os choques

na abertura e fechamento da válvula, devido à resistência gradual que oferece à

contração.

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7 – Sistema de lubrificação

Como existe movimento e atrito é necessária a lubrificação das partes móveis para

garantir o funcionamento do compressor. O compressor possui uma bomba de óleo

acionada pelo próprio virabrequim. Essa bomba aspira o óleo do cárter do compressor e

o distribui por todo o compressor. Através de canais internos, o óleo percorre o

virabrequim lubrificando seus colos e as bronzinas, por canais internos das bielas o óleo

sobe e lubrifica a parte superior do compressor (os pistões, camisas, etc.).

8 - Sistema de arrefecimento

Os compressores alternativos são dotados de um sistema de arrefecimento que consiste,

no caso mais geral, na circulação forçada de água através das camisas que envolvem a

câmara de compressão.

No processo a ar, o resfriamento consiste em fazer circular o ar natural pelas aletas do

bloco.

9 - Elementos de controle

Filtros de ar

Os filtros devem:

a) Ter alta eficiência de separação – boa retenção das partículas sem perda de

outras propriedades.

b) Boa capacidade de acumulação – uma boa capacidade aumenta os intervalos de

manutenção.

Compressor com resfriamento por

Compressor com resfriamento a ar

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c) Baixa resistência ao fluxo de ar – os filtros de óleo têm a maior queda de pressão

-15mbar.

d) Construção robusta – têm de suportar as pulsações de ar, os mais usuais são os

de papel e de labirinto.

Manômetro diferencial: acessório de grande utilidade serve para medir a diferença de

pressão entre a entrada e saída do filtro, indicando o momento da limpeza ou

substituição do elemento filtrante.

Válvula de Segurança: uma válvula de segurança deve sempre ser colocada no tubo de

descarga, imediatamente após o compressor. Esta válvula deveria ser posta a operar

quando é ultrapassada a pressão de descarga máxima permissível do compressor.

Válvula interruptora (Shut-off): a válvula interruptora (“shut-off”) deve ser do tipo

que causa pequena queda de pressão. Os tipos recomendáveis são as válvulas de

diafragma ou as válvulas de gaveta. Antes da válvula “shut-off” deve ser colocada uma

válvula de segurança de modo que o compressor possa ser despressurizado depois de

paralisado. Isto sempre deve ser feito antes das tampas de válvulas serem removidas

para inspeção ou conserto das válvulas.

Purgador (dreno): do tipo bóia, termodinâmico, eletrônico temporizado, eletrônico por

sensor de nível ou manual, servem para drenar da linha de ar comprimido o condensado

formado durante a trajetória do mesmo pela tubulação.

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11 - Referências

[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.

www.croll.com / Acessado em 13/09/10

www.compressoresschulz.com.br /Acessado em 13/09/10

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12 - Anexos

Reservatório - Componentes (Vista explodida)

Reservatório – Vistas frontal e lateral esquerda

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Cabeçote – vista explodida

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1 – Compressor

2 - Filtro-regulador p/ Pintura

3 - Filtro-regulador

4 - Filtro-regulador e lubrificador

5- Purgador automático

6 – Pistolas para pintura

7 - Lixadeiras

6Pintura

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Sala de

inspeçãoCabine de

lixamento

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7

1 – Compressor

2 - Filtro-regulador p/ Pintura

3 - Filtro-regulador

4 - Filtro-regulador e lubrificador

5- Purgador automático

6 – Pistolas para pintura

7 - Lixadeiras

6Pintura

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Sala de

inspeçãoCabine de

lixamento

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