Compressores Alternativos 6v4w21

CENTRO DE FORMAÇÃO PROFISSIONAL RINALDO CAMPOS SOARES CURSO TÉCNICO EM MECÂNICA

 COMPRESSORES:  ALTERNATIVOS

1. De simples efeito e duplo efeito 2. De simples, duplo e múltiplos efeitos POR:

Saturnino Augusto Rocha Silva Brayan Santos Mateus Duarte Éber Rodrigo Edgar Alan Junio

Alunos do 3° módulo do curso técnico em mecânica Inst.: Mezaque Docente da disciplina de Eletrohidropneumática Ipatinga Agosto de 2012

ÍNDICE 1.0.INTRODUÇÃO--------------------------------------------------------------------------------------------------1

1.1.COMPRESSORES----------------------------------------------------------------------------------------------1 1.2.UM BREVE HISTÓRICO--------------------------------------------------------------------------------------2 1.3.CLASSIFICAÇÃO QUANTO À APLICAÇÃO---------------------------------------------------------------2 1.3.a COMPRESSORES DE AR PARA SERVIÇOS ORDINÁRIOS--------------------------------2 1.3.b COMPRESSORES DE AR PARA SISTEMAS INDUSTRIAIS--------------------------------2 1.3.c COMPRESSORES DE GÁS OU DE PROCESSO-----------------------------------------------3 1.3.d COMPRESSORES DE REFRIGERAÇÃO--------------------------------------------------------3 1.3.e COMPRESSORES PARA SERVIÇO DE VÁCUO-----------------------------------------------3

1.4.CLASSIFICAÇÃO QUANTO AO PRINCIPIO CONSTRUTIVO--------------------------------------------3 1.5.QUANTO AO PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO--------------------------------------------------------4 1.5.a COMPRESSOR ATERNATIVO DE SIMPLES EFEITO----------------------------------------4 1.5.b COMPRESSORES ELTERNAIVOS (PISTÃO OU ÊMBOLO)--------------------------------5

1.6.COMPRESSOR ALTERNATIVO DE DUPLO ESTÁGIO------------------------------------------------6

ÍNDICE DE FIGURAS

1.0. Introdução

Pneumática é deriva do grego “Pneumos” ou “Pneuma” que significa: respiração, sopro. É definida como parte da Física responsável pelo estudo da dinâmica e dos fenômenos físicos relacionados com os gases e os vácuos. Além disso, estuda a conversão da energia pneumática em energia mecânica. Sistemas pneumáticos são bastante comuns nas áreas industriais, devido sua simplicidade aliados à velocidade e a força aplicada. Como por exemplo: Acionamentos e controles industriais, transporte pneumático, ejetores de fluidos, processos como produção de peças de vidro ou plástico, jato de areia, pinturas, ferramentas (marteletes, perfuratrizes, etc.), acionamento de freios, operações submarinas, dentre outros. A figura 1.1 mostra um diagrama esquemático de um sistema pneumático

1.1. COMPRESSORES

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). 1.2. UM BREVE HISTÓRICO 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 ou-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. Em 1857 foi feita a primeira experiência de sucesso no transporte de energia por meio de ar comprimido, na construção do túnel Mont Cenis, nos Alpes Suíços. Em Paris, no ano de 1888 entra em operação a primeira planta de distribuição de ar comprimido. O ar comprimido era usado desde o acionamento de geradores e relógios até distribuição de cerveja. Em 1935, a Mannesmann fabrica um compressor de ar alternativo, resfriado a água, de duplo efeito e duplo estágio. O escoamento e aumento de pressão de fluidos compressíveis tornou-se possível por máquinas como os compressores, ejetores, ventiladores, sopradores e bombas de vácuo e o surgimento de novas técnicas de construção e o desenvolvimento de novos materiais foram cruciais para o aprimoramento de novos compressores. 1.3. CLASSIFICAÇÃO QUANTO À APLICAÇÃO

As características físicas de um compressor podem variar muito de acordo com atividade que ele desempenhará. Veja as seguintes categorias: 1.3.a Compressores de Ar para Serviços Ordinários: Os compressores de ar para serviços ordinários são fabricados em série, visando baixo custo inicial. Destinam-se normalmente a serviços de jateamento, limpeza, pintura, acionamento de pequenas máquinas pneumáticas, etc. 1.3.b Compressores de Ar para Sistemas Industriais: Os compressores de ar para sistemas industriais destinam-se às centrais encarregadas do suprimento de ar em unidades industriais. Embora possam chegar a serem máquinas de grande porte e custo aquisitivo e operacional elevados, são oferecidos em padrões básicos pelos fabricantes. Isso é possível porque as condições de operação dessas máquinas costumam variar pouco de um sistema para outro, há exceção talvez da vazão. 1.3.c Compressores de Gás ou de Processo: Os compressores de gás ou de processo podem ser requeridos para as mais variadas condições de operação, de modo que toda a sua sistemática de especificação, projeto, operação, manutenção, etc... Depende fundamentalmente da aplicação. Incluem-se nessa categoria certos sistemas de compressão de ar com características anormais. Como exemplo, citamos o soprador de ar do forno de craqueamento catalítico das refinarias de petróleo ("blower do F.C.C."). Trata-se de uma máquina de enorme vazão e potência, que exige uma concepção análoga à de um compressor de gás 1.3.d 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. 1.3.e 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. 1.4.CLASSIFICAÇÃO QUANTO AO PRINCÍPIO CONSTRUTIVO 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 itida 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.

1.5.QUANTO AO PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO

Alternativos Volumétricos

Palhetas Rotativos

Compressores

Parafusos Lóbulos

Centrífugos (Trajetória Radial) Dinâmicos

Axiais (Trajetória Axial) Ejetores

1.5.a Compressor Alternativo de Simples Efeito 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 issão se abre, preenchendo a câmara à medida que o pistão se move. Resumidamente, o compressor de simples efeito, também conhecido como compressor de simples ação, pode ter um ou mais estágios. São caracterizados por obterem a compressão do ar somente quando o êmbolo realiza seu movimento ascendente. O ar é comprimido pela ação de um pistão em um cilindro como mostra a figura 2.4.

Este tipo de compressor também e conhecido como compressor do tipo tronco.

 1.5.b 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.

Recíproco



Compressor

Disposição dos cilindros em compressores alternativos

1.5.f Características dos compressores de alternativos - É capaz de atingir as mais altas pressões de descarga entre todos os demais tipos de compressores; - Possui vazão pulsante; - Possui grande número de peças móveis; - É o único tipo de compressor que possui válvulas; - Podem ser de simples ou duplo efeito. 1.5.c 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. 1.5.d Compressor de Pistão de dois ou Mais Estágios Este compressor consegue comprimir o ar com pressões mais elevadas facilmente, pois ele a por uma compressão dois ou mais vezes, este tipo precisa de um sistema de refrigeração para a eliminação do calor gerado.

1.5.e 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.

1.5.g Compressor Alternativo de Duplo Efeito Compressor de duplo efeito, também conhecido como compressor de dupla ação, pode ter um ou mais estágio. São caracterizados por comprimirem o ar em ambos os sentidos do deslocamento do êmbolo, em outras palavras, o compressor de duplo efeito possui duas câmaras, ou seja, as duas faces do êmbolo aspiram e comprimem. Desta forma, o êmbolo efetua o movimento descendente e o ar é itido na câmara superior, enquanto que o ar contido na câmara inferior é comprimido e expelido. Procedendo-se o movimento oposto, a câmara que havia efetuado a issão do ar realiza a sua compressão e a que havia comprimido efetua a issão. Como mostra afigura 2.5

Logo, apresentam maior eficiência, pois em cada ciclo (subida e descida) comprimem maior volume de ar por unidade de tempo. Este tipo de compressor também e conhecido como compressor do tipo cruzeta. 1.6. Compressor Alternativo de Duplo Estágio O compressor de dois estágios após o ar ser sugado ele sofre dupla compressão, devido a esta característica é necessário um sistema de refrigeração para diminuir a temperatura para a segunda compressão, já que após a primeira compressão o ar sofre um aumento natural de temperatura. A figura 2.6 mostra um diagrama esquemático de um compressor de dois estágios.

A tabela 2.1 mostra a relação entre número de estágios e a pressão para compressores. RELAÇÃO ENTRENÚMERO DE ESTÁGIOS E PRESSÃO N° de Estágios Pressão Usual* Pressão Possível** 1 4 bar 12 bar 2 15 bar 30 bar 3 ou mais >15 bar >30 bar Tabela 2.1 – Relação entre número de estágios e a pressão para compressores. Onde: * Pressão, normalmente, econômica; ** Pressão possível, mas não necessariamente econômica. 1.6.a Compressor Alternativo Tipo Diafragma

Em um compressor alternativo tipo diafragma, a pressão hidráulica oscilante de um lado do diafragma faz com que este flexione dentro de uma câmara, comprimindo o gás do outro lado. Tanto as válvulas de issão, quanto as válvulas de descarga permitem que gás de baixa pressão entre no compressor e o gás pressurizado seja descarregado para o sistema,respectivamente.A pressão oscilante é gerada por um pistão que se move dentro de um cilindro, onde a câmara do compressor é separada do pistão por um diafragma.A figura 2.7 mostra um diagrama esquemático de um compressor alternativo tipo diafragma.

Sua vantagem é que nenhuma tubulação de óleo entra no fluxo de ar, a partir do compressor. O compressor de diafragma é, portanto, utilizado onde o óleo deve ser excluído do suprimento de ar, por exemplo: 

Indústrias: o o o

Alimentícias; Farmacêuticas; Produtos químicos.