Principio de funcionamento dos compressores

O compressor parafuso rotativo baseia-se no princípio em que dois parafusos helicoidais, um com quatro ressaltos e outro com seis estrias, rodam em contato um com o outro. O primeiro parafuso roda 50% mais rápido do que o último. O ar aspirado é comprimido entre os rotores e respectivos compartimentos. O óleo injetado veda os espaços e lubrifica os rotores para minimizar o desgaste.

As extremidades dos rotores abrem-se à entrada e o ar entra na câmara de compressão.

O ar fica preso no "compartimento" formado por um ressalto e uma estria.

À medida que os rotores giram, o compartimento fica progressivamente mais pequeno, comprimindo o ar preso.

O ar comprimido sai pela porta de saída.

Mostra como engrenam os dois rotores

O ar vem da atmosfera através da válvula de entrada e através do filtro de entrada. O pistão inicia o seu movimento de avanço e reduz o volume na câmara de compressão (primeira acção), aumento assim a pressão.

O ar atmosférico entra na segunda parte da câmara de compressão (segunda acção) por trás do pistão.

Compressores alternativos ou de pistão

O pistão termina o seu curso. A pressão aumenta na primeira parte da câmara de compressão, a válvula de saída abre-se e o ar comprimido sai do cilindro. Ao mesmo tempo, a válvula de entrada fecha-se.

De seguida, o pistão move-se para trás e a pressão aumenta na segunda parte da câmara de compressão. A válvula de saída abre-se para descarregar ar comprimido enquanto a válvula de entrada se fecha.

Simples efeito duplo efeito

Compressores de palhetas

O compressor de palhetas possui um rotor ou tambor central que roda excentricamente em relação à carcaça, conforme mostram as figuras 12 e 13. Esse tambor possui rasgos radiais que se prolongam por todo o seu comprimento e nos quais são inseridas palhetas retangulares.

Tambor com rasgos radiais e palhetas rectangulares

• Quando o tambor roda, as palhetas deslocam-se radialmente sob a acção da força centrífuga e mantêm-se em contacto com a carcaça. O ar penetra pela abertura de sucção e ocupa os espaços definidos entre as palhetas. Observando a figura 5, podemos notar que, devido à excentricidade do rotor e às posições das aberturas de sucção e descarga, os espaços constituídos entre as palhetas vão se reduzindo de modo a provocar 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 das trocas térmicas, uma relação de compressão interna fixa para a máquina.

• • Assim, a pressão do ar no momento em que é aberta a comunicação com a descarga poderá ser

diferente da pressão normal nessa região. • O equilíbrio é, no entanto, quase instantaneamente atingido e o ar é descarregado.

COMPRESSORES EM "V" X COMPRESSORES EM LINHA

Geralmente os materiais de divulgação (catálogos e manuais) dos compressores de ar e por extensão os revendedores e usuários dos mesmos, valorizam a pressão máxima como sendo a mais importante, ou a pressão de operação. Entretanto, é a pressão mínima 40 ou 20 psi abaixo, que é realmente a mais importante neste equipamento. A razão disto é muito simples: é a pressão mínima que se pode garantir como permanente em um compressor. Não importando se o mesmo está em carga ou alívio, a pressão mínima sempre será assegurada na faixa de pressão diferencial do pressostato, para os compressores intermitentes e da válvula piloto, para os contínuos.

No dimensionamento de um compressor, considera-se em primeiro plano o consumo de ar do equipamento e a vazão volumétrica real do compressor, até se chegar a valores compatíveis, que assegurem o equilíbrio de demanda e produção do ar comprimido. Em seguida, o fator vital que complementa o cálculo é a garantia da pressão de operação dos equipamentos, sempre referenciada pela pressão

mínima dos compressores, não importando o seu tipo ou tamanho. A pressão máxima, portanto, serve apenas como fator de comando dos ciclos de carga e alívio, situando a pressão de operação em níveis que assegurem a eficiência dos mesmos.

• Para se obter pressão, a partir do ar atmosférico, é necessária a redução de volume obtida por meios mecânicos. Captado da atmosfera, o ar é submetido a uma brusca alteração do seu estado natural, fato que imediatamente produz as reações naturais da lei de causa e efeito. Esta repentina alteração de volume, produz prontamente seus efeitos nos padrões físicos dos gases atmosféricos, sendo que o principal é o rápido aumento da temperatura por atrito entre as moléculas. É por isso que até bem pouco tempo, os compressores de 1 estágio tinham pressão máxima de 120 psi, pois tecnicamente era o que se poderia obter em 1 estágio, assegurando rendimento volumétrico razoável, com relativa vida útil do produto. Os compressores de 1 estágio elevam a pressão do ar de 1 para 8 bar muito rapidamente, em uma única etapa de compressão, e quanto mais e rapidamente se eleva a pressão, mais elevada será a temperatura, fato que levou ao desenvolvimento dos compressores de 2,3 ou mais estágios.

A temperatura no cabeçote, geralmente muito elevado, produz carbonização nas placas de válvulas, com acúmulo de resíduos carbônicos que geram falhas de vedação podendo provocar desgaste e quebra prematura deste componente. O acúmulo de resíduos carbônicos se estende à válvula de retenção do reservatório, comprometendo sua eficiência e dificultando o fluxo do ar, o que provoca aumento da pressão nos cilindros e cabeçote, aumentando ainda mais a temperatura.

O espaço morto (zona nociva) em compressores de 1 estágio é maior e a perda volumétrica por este fator é acentuada. Quanto mais se eleva a pressão em 1 estágio, mais se acentua a perda volumétrica.

A Schulz desenvolveu a linha BRAVO com 1 estágio em 140 psi, porém com o cuidado de redimensionar todas as unidades compressoras e seus componentes vitais, para um desempenho superior de pressão, sem acrescentar perdas além dos valores normais, mantendo a performance e vida útil dos produtos dentro de padrões de excelência. Isto foi possível graças a modernos recursos técnicos como Software de Elementos Finitos, que calcula com precisão, já na fase de projeto, o volume de massa dos componentes e as cargas que poderão suportar.

• A razão principal de se comprimir o ar em estágios ou etapas é o resfriamento intermediário, na transferência do volume em compressão de um cilindro ao outro. Isto, além de permitir rendimento volumétrico superior, reduz esforços mecânicos.

Tecnicamente os compressores de 2 e 3 estágios foram criados para assegurar desempenho de volume maiores, em pressões finais às vezes superiores. Como neste caso o aumento da pressão se dá por etapas, a elevação da temperatura do ar é gradual e não ultrapassa níveis toleráveis. Considera-se bom o índice de perda, nos compressores de 1 estágio de 120 e 140 psi, quando este chega a 50%. E para os de 2 ou mais estágios, 175 e 250 psi, em torno de 30%; sendo que qualquer valor abaixo destes é comemorado. Níveis de pressão superiores requerem subseqüentes estágios de compressão, para não comprometer a eficiência volumétrica e a durabilidade do produto.

• Entre os produtos Schulz, vários são os modelos de 2 estágios com vazão volumétrica real acima de 70%. Entre eles pode-se mencionar os exemplares da linha MAX, como o MSV 20MAX, MSW 60 MAX e o MSWV 80 MAX, com 75%. Acrescenta-se a esta relação o recente CSL 20 BR da linha BRAVO (2 estágios 175 psi) com o inédito desempenho de 81 %, inigualável entre seus similares. Um compressor alternativo de pistão de um estágio com pressão de 175 psi, teria desempenho volumétrico medíocre, além de uma curta vida útil de sua unidade compressora.

Veja na tabela a seguir as temperaturas comumente medidas no interior das câmaras de descarga dos compressores alternativos de pistão:

1 ESTÁGIO - 120 psi - 230 A 250 °C1 ESTÁGIO - 140 psi - 230 A 255 °C1 ESTÁGIO - 175 psi - 280 A 300 °C2 ESTÁGIOS - 100 psi - 160 A 180 °C 2 ESTÁGIOS - 175 psi - 230 A 255 °C

As temperaturas acima mencionadas poderão variar para cima ou para baixo dependendo de recursos e características específicas dos produtos. Fatores como rotação, volante, aletamento do cabeçote e cilindros, serpentina intermediária, placa de válvulas, condições de instalação, ambiente, tensão elétrica insuficiente e desbalanceamento de rede, influenciam sensivelmente estes valores.

• Os compressores se dividem em quatro grandes grupos:• - os alternativos ou a pistão, que inclui os de diafragma, são aqueles nos quais o gás é• movimentado pelo movimento linear de um pistão num espaço confinado, cilíndrico

ou• não.• - as turbomáquinas, são aqueles em que energia cinética é conferida ao gás mediante• palhetas rotativas confinadas numa carcaça. A energia cinética é transformada depois• em energia de pressão. Esta categoria inclui os de fluxo axial, radial e os centrífugos.• - os rotativos, como os de hélice, de lóbulos rotativos ou outros tipos, nestes o ar é• impelido pela ação de lóbulos rotativos ou por outro tipo de impelidor.• - os ejetores. Estes últimos pertencem a uma outra categoria, são estáticos, sem peças• móveis, e funcionam na base da energia de uma corrente de gases a alta velocidade e• alta pressão, que “suga”, numa câmara, uma outra corrente de menor pressão e• velocidade. (1)• Os compressores de fluxo axial e radial já foram discutidos numa aula anterior, nesta• aula serão discutidos os alternativos, dos quais existem dois tipos, os a pistão e os de• diafragma.• A figura do slide foi tirada do site da empresa KOBELCO e ilustra a faixa de trabalho

dos• diferentes tipos de compressores. Como se observa, os alternativos são adequados

para atingir• altas pressões, até 100 MPa, embora as vazões sejam mais restritas, até 20.000

Nm3/h.

• Neste gráfico podem ser melhor identificadas as faixas de trabalho dos• diferentes tipos de compressores:• -De diafragma: pressões até 300 MPa, vazões até uns 200 Nm3/h.• -De pistão: pressões até uns 400 MPa e vazões até 5.000 Nm3/h.• - centrífugos: pressões até uns 70 MPa e vazões até uns 350.000

Nm3/h.• -Axiais: pressões de até 10 bares e vazões até 1.000.000 Nm3/h• O aspecto mais importante a ser lembrado é que os compressores a• pistão são utilizados quando se requer altas pressões e que eles• trabalham com vazões menores que os outros tipos. Razões de pressão• de 10:1 ou 11:1 podem ser atingidas num único estágio, desejando• pressões maiores, devem ser utilizados vários estágios de compressão• (compressores ou cilindros/compressores trabalhando em série).

• Neste gráfico podem ser melhor identificadas as faixas de trabalho dos• diferentes tipos de compressores:• -De diafragma: pressões até 300 MPa, vazões até uns 200 Nm3/h.• -De pistão: pressões até uns 400 MPa e vazões até 5.000 Nm3/h.• - centrífugos: pressões até uns 70 MPa e vazões até uns 350.000 Nm3/h.• -Axiais: pressões de até 10 bares e vazões até 1.000.000 Nm3/h• O aspecto mais importante a ser lembrado é que os compressores a• pistão são utilizados quando se requer altas pressões e que eles• trabalham com vazões menores que os outros tipos. Razões de pressão

virabrequim cruzeta Cilindro + pistão

Compressor alternativo a pistão – BURTON CORBLIN

• Neste slide são mostrados os elementos básicos de um compressor alternativo:

• - O virabrequim: que transforma o movimento rotativo de um eixo de um motor

• elétrico num movimento linear.• - a cruzeta: que guia o movimento do eixo do pistão.• - O pistão, normalmente com anéis de vedação.]• - Um cilindro, onde a compressão acontece.• - 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.• Observar que o compressor acima é provido de uma câmara horizontal. Na• realidade são duas câmaras horizontais, uma para cada lado, com um único• virabrequim. No slide seguinte pode-se apreciar um com câmaras verticais.• Além disso, apresenta também duas câmaras pelas quais passa o eixo dos

pistão.• Este é um tipo especial de compressor, estas câmaras, presssurizadas, servem• para evitar a fuga de gases ambientalmente perigosos.• Os compressores podem funcionar com e sem um fluido lubrificante.

• Compressor Alternativo a Pistão – MYCOM Trata-se de um compressor tipicamente utilizado em refrigeração• COMPARAÇÃO ENTRE A TRANSFORMAÇÃO ISOTÉRMICA E A POLITRÓPICA11• A compressão isotérmica corresponde a um expoente politrópico igual a 1,0 de modo que o

trabalho• a ser executado para a compressão neste caso é mínimo.• Como a compressão gera calor, por exigências construtivas do equipamento ou se o objetivo é o

de• apenas pressurizar o gás, o resfriamento é benéfico. De qualquer modo a refrigeração oferece• vantagens mecânicas• Se por outro lado o objetivo é ter um fluido pressurizado com alta entalpia, pode-se decidir por

uma• operação próxima da adiabática.• O resfriamento pode ser efetuado com o uso de camisa de fluido de resfriamento incorporada ao• próprio compressor. No entanto construtivamente, ou por falta de área de troca, tal alternativa

pode• não ser de todo viável.• Daí o procedimento de compressão em múltiplos estágios com resfriamento intermediário. É• empregado principalmente quando a razão de compressão ( P2 / P1 ) é alta. Nestes casos o fluido

na• pressão P1 entra no primeiro estágio do compressor ou no primeiro compressor e é removido

para• um trocador de calor de resfriamento. Neste a temperatura pode ser abaixada, eventualmente até

a• inicial T1. Na seqüência o fluido é conduzido a um segundo estágio e assim sucessivamente, até• atingir-se a pressão final desejada.

Condicionamento do ar comprimido

• As impurezas do ar normalmente não podem ser• percebidas por olhos humanos.• Não obstante, elas são capazes de interferir no• funcionamento seguro do sistema de fornecimento• de ar comprimido, bem como das ferramentas• pneumáticas. Um metro cúbico (1m3) de ar contém• uma variedade de impurezas como, por exemplo:• 33 Até 180 milhões de partículas de sujeira, de• tamanho entre 0,01 e 100 μ m• 33 De 5 a 40 g/m3 de água na forma de umidade• atmosférica• 33 0,01 a 0,03 mg/m3 de óleos minerais e hidrocarbonetos• 33 Resíduos de metais pesados como: cádmio,• mercúrio e ferro• Compressores pegam não somente o ar atmosférico,• mas também as suas impurezas, as quais podem• estar em alta concentração.• Com uma compressão de 10 barg (10 bar de• pressão medida = 11 bar absoluto), a concentração• de partículas de sujeira aumenta 11 vezes.• Um metro cúbico (1m3) de ar comprimido pode• conter neste caso até 2 bilhões de partículas de• sujeira, considerando ainda as impurezas adicionadas

• ao ar pelo próprio compressor, como óleo• lubrificante por exemplo.• Se todas essas impurezas e mesmo a água contidas• no ar atmosférico permanecem no ar comprimido,• conseqüências negativas podem surgir e• certamente afetam o sistema de ar e as ferramentas• que se utilizarão desse ar.

• Trabalho maquinas termicas compressores

• Marcos felipe soares• Deyvid Ferraz Costa• Higor Hysmael

Classes de qualidade de ar comprimidoconforme DIN ISO 8573-1

• A qualidade do ar comprimido está dividida em• diferentes classes atendendo às necessidades de• sua aplicação. Isso ajuda o usuário a definir as• suas necessidades e selecionar os componentes• de condicionamento específicos.• A norma está baseada nas especificações dos• fabricantes, os quais determinam os valores• limitantes permissíveis com referência à pureza• do ar para os sistemas de ar comprimido de seus• equipamentos.• A norma DIN ISO 8573-1 define as classes de• qualidade do ar comprimido com referência a:

Tamanho e densidade das partículas

• Definição da temperatura mínima na qual o ar• comprimido pode ser esfriado sem precipitação• do vapor de água contido como produto de condensação.• O ponto de vapor de pressão varia com• a pressão atmosférica.

Impurezas no ar• Natural 15 50• Cidades 50 100• Área Industrial 100 500• Área de produção 200 900• Classe• Máx. água residual Máx. pó residual• Máx. óleo contido• mg/m3• Água residual g/m3 Pressão ponto• vapor ºC• Concentração de pó• mg/m3• Tamanho de partículas• mg/m3• 1 0,003 - 70 0,1 0,1 0,01• 2 0,117 - 40 1 1 0,1• 3 0,88 - 20 5 5 1• 4 5,953 + 3 8 15 5• 5 7,732 + 7 10 40 25• 6 9,356 + 10 - - -

Partículas sólidas no ar comprimido

• Eficácia do uso de ar comprimido em sistemas• pneumáticos: pó e outras partículas produzem• abrasão.• Se as partículas formam uma pasta em conjunto• com o óleo ou graxa, esse efeito (abrasão) será• reforçado. Em particular, partículas fisicamente• prejudiciais e partículas quimicamente agressivas• podem se tornar um problema.

Óleo no ar comprimido• O uso de óleo “reutilizado” em um sistema pneumático,• por tornar-se mais resinoso, tem como conseqüência• a redução do diâmetro da mangueira e até• o bloqueio do sistema de fornecimento de ar.

Água no ar comprimido• A água promove a corrosão nos sistemas pneumáticos• favorecendo o aparecimento de vazamentos• na rede. Nas ferramentas pneumáticas, ela dificulta• a lubrificação dos componentes, resultando• em defeitos mecânicos. Em baixas temperaturas a• água pode congelar dentro da rede de fornecimento• de ar comprimido e causar danos por• congelamento da rede, redução da passagem de ar• nas mangueiras e bloqueio do fornecimento de ar.• Por isso, o condicionamento do ar comprimido é• importante e tem as seguintes vantagens:

Resfriamento• Todos os processos de compressão geram calor. O• aumento de temperatura depende da pressão de• saída do compressor. Quanto mais alta a pressão• de saída, mais alta será a temperatura de compressão.• As normas de prevenção de acidentes• especificam que a temperatura de saída de compressão• não deve exceder um valor definido (normalmente• entre 160 ºC e 200 °C). Por essa razão,• a maior parte do calor de compressão deve ser• dissipada. Temperaturas excessivas do ar comprimido• são um risco ao sistema e ao operador,• porque uma pequena parte do óleo utilizado para• lubrificação entra na circulação de ar comprimido• na forma de óleo residual durante a compressão.• Esse óleo residual é inflamável. Sendo assim, é• possível que ocorra um incêndio na rede de ar ou• no compressor.• De certas temperaturas em diante, o ar comprimido• é altamente explosivo, visto que contém• muito mais oxigênio por volume que ar ambiente.