ESTUDO COMPARATIVO ENTRE COMPRESSORES ALTERNATIVOS E COMPRESSORES CENTRÍFUGOS

Lídia Takako Cachonis 1, Rafael Ferreira de Mello2, Deovaldo de Moraes Júnior 3, Aldo Ramos Santos 4

1Universidade Santa Cecília, Santos-SP, Brasil, lidiacachonis@yahoo.br 2Universidade Santa Cecília, Santos-SP, Brasil, rafaelaudio@bol.com.br

3Universidade Santa Cecília, Departamento de Graduação e Pós Graduação em Engenharia de Petróleo e Gás Natural e Laboratório de Operações Unitárias, Santos-SP, Brasil, deovaldo@unisanta.br

4Universidade Santa Cecília, Departamento de Graduação e Pós Graduação em Engenharia de Petróleo e Gás Natural e Laboratório de Operações Unitárias, Santos-SP, Brasil, rsantos@unisanta.br

Resumo: O objetivo deste estudo foi o de comparar compressores, analisando os parâmetros operacionais que definem o desempenho e confrontando-os com a literatura. Concluiu-se que os alternativos apresentaram menores valores de temperatura contribuindo para melhor eficiência e os centrífugos confirmaram maior custo de aquisição, manutenção, maior vida útil e melhores vazões.

Palavras-Chave: Custos de aquisição e manutenção, fluidodinâmica, aplicações de Engenharia.

1. INTRODUÇÃO

Com as descobertas de gigantescos campos petrolíferos no litoral brasileiro, na região denominada pré-sal [1], novas plataformas serão necessárias e o mercado de compressores para o setor petroleiro tende a crescer [2].

Na indústria petroquímica o compressor é um equipamento que está associado diretamente ao processo, pois são empregados para elevar a pressão de um gás ou do escoamento de produto gasoso [3], [4], [5].

Dentre os diversos tipos de compressores industriais serão estudados os compressores alternativos e os centrífugos por serem os mais utilizados nas indústrias [4]. Os compressores objetos deste estudo foram os instalados em uma indústria que faz parte do pólo petroquímico de Cubatão desde 1955.

Assim sendo, o objetivo deste estudo foi o de comparar compressores, analisando e confrontando-os com a literatura os seus diversos parâmetros operacionais que definem o seu desempenho, dentre os quais: a potência, a pressão, a vazão de operação (mássica ou volumétrica), a temperatura de sucção e descarga do gás, bem como os custos de aquisição e manutenção.

2. MATERIAIS e MÉTODOS

Neste trabalho foram estudados e comparados os parâmetros de diversos compressores centrífugos e compressores alternativos por serem estes os mais utilizados na indústria [4].

Numa petroquímica o compressor está presente em quase todas as etapas do processo e como o refino do petróleo consiste em separar este fluido em suas principais frações a fim de serem transformados em produtos de maior valor agregado [6], foram selecionados compressores instalados em diferentes unidades de processamento;

Conforme [6] numa refinaria o petróleo passa por processos de separação, conversão e de tratamento. A seguir serão descritos a quantidade, o tipo de equipamento, a localização e a data de inicio de operação de cada um dos compressores objetos deste estudo:

a) Dois compressores centrífugos, denominados de V-2 e V-3 estão instalados na Unidade de Fracionamento e Craqueamento Catalítico, unidade pertencente ao processo de Conversão, operando desde 1971;

b) Um compressor centrífugo, denominado de V-4 está instalado na Unidade de Coqueamento Retardado II, unidade pertencente ao processo de Conversão, operando desde 1999;

c) Um compressor centrífugo, denominado de V-1 instalado na Unidade de Reforma Catalítica, unidade pertencente ao processo de Conversão do Petróleo, operando desde 1969;

d) Um compressor centrífugo, denominado de V-5 e dois compressores alternativos, denominados de C-1 e C-2, instalados na Unidade de Hidrotratamento, unidade pertencente ao processo de Hidrotratamento, todos operando desde 1995;

e) Três compressores alternativos, denominados de C-3, C-4 e C-5 instalados na Unidade de Processamento de Gás Natural unidade pertencente ao processo de Conversão, com data prevista para inicio de operação até dezembro de 2010.

O método empregado no presente trabalho está descrito abaixo, de forma sintética, através das seguintes etapas:

1. Realizar a pesquisa bibliográfica sobre o tema compressor; 2. Obter as características das unidades fornecidas pelos fabricantes;

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http://dx.doi.org/10.5540/DINCON.2011.001.1.0174

ESTUDO COMPARATIVO ENTRE COMPRESSORES ALTERNATIVOS E COMPRESSORES CENTRÍFUGOS Lídia Takako Cachonis 1, Rafael Ferreira de Mello 2, Deovaldo de Moraes Júnior 3, Aldo Ramos Santos 4

3. Adquirir dados da empresa petroquímica onde estão instalados e operando; 4. Comparar:

a) Os valores aproximados de custos de aquisição; b) Os valores aproximados de custos de manutenção; c) As curvas de pressão; d) As curvas de vazão; e) As curvas de potência; f) As curvas de temperatura.

A figura 1 ilustra o compressor centrífugo V-1

Figura 1. Foto ilustrando a vista frontal do compressor centrífugo V-1.

A figura 2 ilustra os compressores alternativos C-2 e C-3

Figura 2. Vista geral dos compressores C-1 e C-2.

3. RESULTADOS

A Tabela 1 fornece as principais características dos compressores centrífugos.

Tabela 1 - Principais características dos compressores centrífugos fornecidos pelos seus fabricantes.

Centrífugos

Identificação V-1 V-2 V-3 V-4 V-5

Fluido de trabalho Gás

reciclo, 75% H2

Ar atmos-férico

Ar úmido

Gás metano

Gás de reciclo

c/impurezas Vazão volumétrica sucção (m³/h) 7.609 256.443 75.125 8.388 12004

Vazão mássica - 289.140 - - - Potência (kW) 3.806 13.540 12.458 895 1.300 Potência (hp) 5.103 18.151 16.700 1.200 2,913 N (estágios) 4 1 2 6 6 Temperatura de admissão (ºC) 40 25/32 37 53 60

Temperatura de descarga (ºC) 85 160/232 127 152 62

Pressão de Sucção kgf/cm² - - 0,48 1,83 80,37

Pressão de Descargakgf/cm² 27,5 2,3 21,72 2,84 98,47

Acionador Turbina a vapor

Turbina de alta e

baixa pressão

Turbina a vapor

Motor elétrico

de indução

Turbina a vapor

Valor (R$ milhões) aprox. aquisição 5,5 20 17 5 5

Valor (R$ milhões) aprox.manutenção

450 a 500 mil 2 1,8 480 a

500 mil 500 a 550

mil

Inicio de operação 1969 1971 1971 1999 1995

A Tabela 2 fornece as principais características dos compressores alternativos.

Tabela 2 - Principais características dos compressores alternativos

fornecidos pelos seus fabricantes.

Alternativos

Identificação C-1 e C-2 C- 3/C-4 e C-5

Fluido de trabalho Hidrogênio Gás metano

Vazão volumétrica sucção (m³/h) 32.597 38.465

Vazão mássica - -

Potência (kW) 2.173 882

Potência (hp) 2.912 1.182

N (estágios) 2 1

Temperatura de admissão (ºC) 40 6

Temperatura de descarga (ºC) 117 49,3

Pressão de Sucção kgf/cm² 19 30,23

Pressão de Descarga kgf/cm² 97,48 53,02

Acionador Motor

elétrico de indução

Motor elétrico de indução

Valor (R$ milhões) aprox. aquisição 12 8

Valor (R$ milhões) aprox.manutenção

780 a 800 mil (cada) 600 mil (cada)

Inicio de operação 1995 Previsão Dez-10

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A Figura 3 contém dados coletados referentes ao tempo aproximado de instalação dos compressores centrífugos e alternativos deste estudo.

00015151511

393941

0

10

20

30

40

50

Tem

po d

e O

pera

ção

(Ano

s)

Comparando tempo de operação dos compressores estudados até Julho/2010

V-1 V-2 V-3 V-4 V-5 C-1 C-2 C-3 C-4 C-5

Figura 3. Períodos aproximados de operação dos compressores.

Na Figura 4 pode-se observar um gráfico comparando os valores aproximados de aquisição dos compressores centrífugos e alternativos deste estudo.

8886655

1720

5,5

0

5

10

15

20

Val

ores

apr

oxim

ados

(e

m m

ilhõe

s de

Rea

is)

Comparando valores aproximados de aquisição dos compressores centrifugos e alternativos estudados

V-1 V-2 V-3 V-4 V-5 C-1 C-2 C-3 C-4 C-5

Figura 4. Valores aproximados de aquisição dos compressores.

A Figura 5 fornece os valores de pressão de sucção.

Figura 5. Gráfico comparando os valores das pressões de sucção.

A Figura 6 ilustra o gráfico dos valores de vazão.

Figura 6. Gráfico comparando os valores das vazões.

A Figura 7 ilustra o gráfico dos valores das temperaturas de descarga dos compressores.

Figura 7. Gráfico comparando os valores das temperaturas de

descarga.

4. DISCUSSÕES

Com relação aos compressores dinâmicos rotativos ou de fluxo confrontaram-se os dados fornecidos pelos fabricantes com os encontrados na literatura. Desta forma certamente os compressores estarão operando em condições estáveis produzindo vazões pretendidas.

Segundo a Figura 3 uma das vantagens dos compressores dinâmicos rotativos ou de fluxo é a durabilidade e isto se confirma conforme literatura [4].

Na Figura 4 confirmou-se as desvantagens sobre os compressores centrífugos de que são de maior custo de aquisição que os alternativos [4].

Conforme a figura 5 observou-se que os valores de pressão dos compressores alternativos são maiores em relação aos centrífugos [4].

A figura 6 concernente a vazão confirma também que são mais eficientes que os compressores centrífugos [4].

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Os valores da temperatura de descarga na figura 7 mostram menores valores para os compressores alternativos, indicando assim melhor desempenho [4].

A compressão em estágios representa uma grande vantagem de economia de energia exigindo uma menor potência do acionador. Nesta empresa 70% dos equipamentos são de multiestágios.

A empresa por praticar atividades de manutenção, monitoramento e acompanhamento conforme recomendação dos fabricantes consegue minimizar a ocorrência de falhas, melhorar o desempenho do compressor, aumentando a durabilidade dos compressores bem como conseguindo grandes reduções no consumo energético.

Outra vantagem quando se pratica meios de se evitar ou minimizar falha é de que estas máquinas de compressão tem, em geral, um custo elevado, tornando-se anti-econômica a obtenção de equipamentos reservas.

5. CONCLUSÕES

O trabalho permitiu concluir que os compressores alternativos são:

a) Melhores com relação às temperaturas de sucção e de descarga, pois apresentaram valores menores, contribuindo para melhor eficiência,

b) Recomendados para compressão de gases tóxicos, corrosivos, inflamáveis e oxigênio, hidrocarbonetos.

Concluiu-se também que os compressores centrífugos: a) Possuem a desvantagem de maior custo de aquisição

e de manutenção, b) Tem a vantagem de uma maior vida útil, c) São os mais recomendados quando se necessitam de

pressões elevadas, d) São empregados no suprimento de ar para combustão

em fornos, estufas, alto fornos, fornos de cúpula, conversores, regulagem e compressão de gás ou vapor e processos de flotação, transporte de materiais sólidos, agitação a aeração.

Na empresa em estudo, 40% dos compressores dinâmicos ou de fluxo são acionados por turbinas a vapor ou a gás (acionamento econômico) e a compressão em estágios que tem a vantagem de economizar energia reduzindo a potência do acionador é realizada em 70% das unidades da empresa.

AGRADECIMENTOS

Agradecemos à Coordenação do curso de Pós Graduação LS em Engenharia de Petróleo e Gás Natural pelo incentivo e apoio e suporte ao desenvolvimento científico-tecnológico.

REFERENCES

[1]PUB DIEESE – Departamento intersindical de Estatística e Estudos Sócioeconômicos. Notas Técnicas, Ago 2008 n. 71 Disponível em: < http://www.dieese.org.br/ notatecnica/nota.xml> Acesso em 13 jun. 2010.

[2]PUB �PAUL, Jean. Adequado. Petro&Química, São Paulo, Edição 290, jun. 2006.Disponível em: < http://www.petroequimica.com.br/edicoes/ed_290/290.html> Acesso em: 16 jun. 2010.

[3]LI BROWN,Royce N.Compressors, Selection and Sizing. 2 ed. Houston: Gulf Publishing, 1990. 498p.

[4] � _____. Transporte de líquidos e gases/Transporte de Líquidos: Bombas/Tópicos especiais. São Carlos: UFSCar, 1988, v.2, 194p.�

[5] SILVA, Napoleão F. Compressores alternativos industriais: Teoria e Prática. Rio de Janeiro: Interciência, 2009. 444p.

[6] CARDOSO, L. C. Petróleo: do poço ao posto. Rio de Janeiro: Qualitymark, 2005. 192p.

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