Compressores: Classificação e Aplicações em Máquinas de Fluídos

1 Tema 11 Compressores Máquinas de Fluídos 2 Introdução O que é um compressor São máquinas destinadas a fornecer energia a um fluido compressível gás ou vapor A elevação da pressão diferença entre pressão de aspiração e pressão de descarga pode variar desde valores inferiores a 01 MPa até a ordem de 300 MPa dependendo do processo ou aplicação ao qual estão associados As aplicações dos compressores são muitas Dentre elas podem ser citadas Produção de ar comprimido alimentação de máquinas pneumáticas etc Pressurização de processos para atender certas reações químicas Transporte e armazenamento de gases em altas pressões gás natural etc No controle do ponto de vaporização em processos de separação refrigeração etc Na conversão de energia mecânica em energia de escoamento sistemas pneumáticos fluidização bombeamento por ar comprimido etc Máquinas de Fluídos 3 Introdução Classificação Geralmente são classificados conforme o tipo de movimento do elemento que interage com o gásvapor Máquinas de Fluídos Alternativos Deslocamento positivo ou volumétricos Dinâmicos Rotativos Parafuso Scroll Palhetas Centrífugos Axiais Pistão ou êmbolo Diafragma Lóbulos Anel líquido 4 Introdução Faixa de utilização Turbocompressores ou dinâmicos axial ou centrífugo Grandes vazões acima de 10ooo m3h com pressões moderadas até 1 MPa Compressores de deslocamento positivo Pequenas e médias vazões abaixo de 1000 m3h com pressões acima de 1 MPa Máquinas de Fluídos 5 Introdução Aplicações Ciclos de refrigeração Compressores para turbinas a gás produção de potência de eixo Processos de combustão Turbo compressores em motores de combustão interna Ar comprimido ferramentas pneumáticas equipamentos de trabalho limpeza atomização secagem enchimento etc E outras tantas aplicações em indústrias do setor químico petroquímico e de refino Máquinas de Fluídos 6 Introdução Faixa de utilização Nem sempre é óbvio qual tipo de compressor deve ser utilizado para uma dada aplicação Os compressores mais utilizados na indústria de processos são os centrífugos os axiais os volumétricos rotativos e os volumétricos alternativos como mostrados na Fig 1 Compressores axiais são utilizados para grandes vazões e baixas relações de pressões e geralmente apresentam as melhores eficiências mas operam em uma faixa mais estreita que os centrífugos Os centrífugos operam mais eficientemente em vazões médias e médias relações de pressão Máquinas de Fluídos Fig 1 Faixas de utilização de diferentes compressores 7 Introdução Faixa de utilização Os compressores volumétricos rotativos e alternativos são melhor utilizados para baixas vazões e elevadas relações de pressão Máquinas de Fluídos Fig 1 Faixas de utilização de diferentes compressores 8 Introdução Faixa de utilização A Fig 2 mostra a faixa de aplicações com as sub divisões dos tipos de compressores Máquinas de Fluídos Fig 2 Faixa de aplicações dos diferentes tipos de compressores 9 Introdução Classificação Os compressores de deslocamento positivo ou volumétricos aumentam a pressão do gásvapor através da redução do volume da câmara de compressão através da aplicação de trabalho mecânico no mecanismo de compressão Exemplos desses compressores são os alternativos os rotativos parafuso scroll pistão rolante e palhetas Máquinas de Fluídos Fig 3 Alguns exemplos de compressores volumétricos a alternativos b scroll e c palhetas b 10 Introdução Classificação Os compressores dinâmicos ou turbocompressores aumentam a pressão do gásvapor através da transferência contínua de momento angular pelas pás do impelidor acelerando o gásvapor seguido de uma conversão desse momento em um aumento de pressão isso é a conversão da energia cinética em energia de pressão A conversão de energia cinética em pressão é feita no difusor Esse processo é feito de forma contínua Os compressores centrífugos e axiais são exemplos de compressores dinâmicos Máquinas de Fluídos Fig 4 Compressor centrífugo esquerda e axial direita 11 Tipos Compressores alternativos Os compressores alternativos baseiamse no movimento de um pistão dentro de um cilindro Esse movimento do pistão utiliza um sistema bielamanivela para converter o movimento rotativo do eixo para o movimento translacional linear do pistão ou êmbolo Dessa maneira a cada rotação do acionador o pistão efetua um percurso de ida e volta estabelecendo um ciclo de operação Quando o pistão deslocase do ponto morto superior PMS para o ponto morto inferior PMI o gásvapor entra no cilindro através de uma válvula de sucção que se abre automaticamente pela diferença de pressão Nesse deslocamento o volume do cilindro é quase que totalmente preenchido pelo vapor do refrigerante Máquinas de Fluídos 12 Tipos Compressores alternativos Máquinas de Fluídos Fig 5 Etapa da expansão e admissão de gásvapor para dentro do cilindro 13 Tipos Compressores alternativos Ao atingir o PMI a válvula de sucção encontrase fechada pela ação de uma mola No movimento inverso a pressão no interior do cilindro aumenta pela diminuição do volume do cilindro Esse processo continua até que a pressão no interior do cilindro consiga vencer a pressão da mola da válvula de descarga Nesse processo parte do vapor permanece dentro do cilindro na pressão de descarga uma vez que o pistão não consegue varrer todo o volume do cilindro Máquinas de Fluídos Fig 6 Etapa da compressão e descarga em um compressor alternativo 14 Tipos Compressores alternativos Nos compressores reais é impossível que o pistão varra todo o volume do cilindro No ponto morto superior PMS permanece sempre um volume de gásvapor residual nas portas das válvulas e no espaço entre o topo do pistão e o cilindro necessário para acomodar as tolerâncias de fabricação espaço esse que é inacessível ao pistão representado na Fig 7 Esse espaço morto ou também chamado de espaço nocivo é chamado de Vc e é geralmente representado como uma fração do volume varrido Vsw conforme a Eq 1 Máquinas de Fluídos Fig 7 Representação do espaço nocivo ou morto entre o final do curso do pistão e o cabeçote do compressor sw c V c V 1 15 Tipos Compressores alternativos O efeito do espaço morto no diagrama pressão vs volume para um compressor ideal é mostrado na Fig 8 A presença desse espaço não varrido pelo pistão faz com que no final do processo de compressão um volume residual de gásvapor permaneça dentro do cilindro Assim o volume de vapor Vc no ponto C expande à medida que o pistão se movimenta desde o PMS até o PMI Nesse processo a pressão no interior do cilindro não se reduz imediatamente para p1 mas segue a curva CD Para o caso de um compressor ideal o processo CD é considerado adiabático e reversível isso é a entropia constante O primeiro efeito observável no diagrama é que o espaço morto reduz o volume de vapor aspirado desde VAVC no caso de compressor sem espaço morto para VAVD Máquinas de Fluídos Fig 8 Diagrama pressão vs volume representando os processos de um compressor ideal com o efeito do espaço morto 16 Tipos Compressores alternativos Os quatro processos associados a um ciclo do compressor são mostrados na Fig 9 Máquinas de Fluídos Fig 9 Representação dos quatro processos em um compressor alternativo expansão aspiração compressão e descarga 17 Tipos Compressores alternativos Os compressores alternativos podem ser de simples ou duplo efeito Simples efeito a compressão acontece de um lado do pistão Ocorre uma compressão para cada rotação do eixo Duplo efeito são efetuadas duas compressões para cada rotação do eixo do acionador uma vez que ambas faces do pistão são atuantes e a compressão acontece tanto no movimento de ida como no de volta do pistão Máquinas de Fluídos 18 Tipos Compressores alternativos Máquinas de Fluídos Fig10 Compressores de simples efeito acima e de duplo efeito abaixo httpswwwyoutubecomwatchvkM1XKrCaNZU 19 Tipos Compressores alternativos Para permitir um fluxo mais contínuo de fluido são utilizadas construções com Dois ou mais cilindros em paralelo em linha ou formando um ângulo determinado como mostrado na Fig 11 Máquinas de Fluídos Fig 11 Compressor alternativo de quatro cilindros 20 Tipos Compressores alternativos A taxa de volume varrido por um compressor alternativo de simples efeito durante o seu percurso desde o PMS até o PMI é dada pela Eq 2 onde D é o diâmetro do pistão em m L é o curso do pistão em m nc é o número de cilindros do compressor adimensional e N é a rotação do compressor em rps Para um compressor alternativo de duplo efeito a taxa de volume varrido é dada pela Eq 2a onde d é o diâmetro da haste do pistão em m Máquinas de Fluídos m s 4 3 2 D Ln N V Volume c sw 2 2a 21 Tipos Compressores alternativos Tendo como referência a Fig 8 aqui repetida e chamando de VC o volume do espaço nocivo e VA o volume total do cilindro o rendimento volumétrico de um compressor ideal pode ser dado pela Eq 3 Multiplicando numerador e denominador da Eq 3 por VC Somando e subtraindo o valor de 1 um no termo entre parênteses da Eq 4 Máquinas de Fluídos 4 sw D A C A D A v i V V V V V V V varrido Volume aspirado Volume 3 C D C A sw C C D A sw C v i V V V V V V V V V V V 1 1 1 C D C C A sw C C D C A sw C C D A sw C v i V V V V V V V V V V V V V V V V V V 5 22 Tipos Compressores alternativos Lembrando da Eq 1 e substituindo a Eq 1 na Eq 5 Reescrevendo a Eq 6 em termos de volume específico do gásvapor onde vC é o volume específico do gás no final do processo de compressão em m3kg e vD é o volume específico do gás no final do processo de expansão do gás residual do espaço nocivo em m3kg Máquinas de Fluídos 6 1 1 1 C D C D C V C A sw C v i V V c c V V V V V V V sw 7 sw c V c V 1 2 1 1 1 1 1 v c v c v c v c v v c c C D C D v i 23 Tipos Compressores alternativos Para um processo isentrópico de um gás ideal onde k é o coeficiente isentrópico do gás relação entre os calores específicos a pressão constante e o calor específico a volume constante dado pela Eq 8 e que representa a relação entre pressões isso é a relação entre a pressão na descarga do compressor e a pressão na admissão do compressor Máquinas de Fluídos 9 8 k C D P P v v v v 1 1 2 2 1 v p c c k a d P P P P 1 2 10 24 Tipos Compressores alternativos Substituindo as Eq 8 e 10 na Eq 7 Essa equação pode ser finalmente reescrita como Pela observação da Eq 12 fica evidente que o rendimento volumétrico de um compressor ideal diminui com o aumento do espaço nocivo c com o aumento da relação de compressão e com a diminuição do coeficiente isentrópico Máquinas de Fluídos 12 11 1 1 1 k a d v i P P c c k a d k a d v i P c P c P P c 1 1 1 1 1 25 Tipos Os valores do coeficiente isentrópico k para alguns gases ideais na temperatura de 300 K e 100 kPa são mostradas na Tab 1 Máquinas de Fluídos Gás k Ar 14 Oxigênio O2 1393 Nitrogênio N2 14 Amônia NH3 1297 Dióxido de carbono CO2 1289 Hidrogênio H2 1409 Metano CH4 1299 Etano C2H6 1186 Tabela 1 Coeficientes isentrópicos para alguns gases 26 Tipos Compressores alternativos A diferença mais óbvia entre o comportamento de um compressor real e de um compressor ideal com espaço morto é que a sucção e a descarga não acontecem com pressão constante como mostrado na Fig 12 Como as válvulas possuem massa uma diferença de pressão é necessária para acelerálas desde o repouso até o momento em que ficam totalmente abertas Além disso as curvas relativas aos processos de compressão não são mais isentrópicas devido aos efeitos de transferência de calor entre o fluido e as paredes do cilindro e também devido aos vazamentos internos Máquinas de Fluídos Fig 12 Processos de compressão em um compressor real 27 Tipos Compressores alternativos O rendimento volumétrico real v pode ser estimado multiplicando o rendimento volumétrico ideal por um fator que leva em consideração a perda de pressão nas válvulas o aquecimento do gás admitido e as fugas nas válvulas e também ao vazamento entre o pistão e o cilindro através dos anéis Através da modificação da Eq 12 chegase então na Eq 13a onde kf é o fator de correção para o rendimento volumétrico real que pode variar entre 090 e 098 sendo indicado para compressores de ar o valor de 096 O valor de kf pode ser estimado também a partir da Eq 13b Na prática o rendimento volumétrico real deve ser medido de acordo com normas específicas Máquinas de Fluídos 13a 1 1 1k a d f v P P c k a d f P P k 0 02 1 01 13b 28 Tipos Compressores alternativos Considerando o rendimento volumétrico de um compressor a taxa de massa bombeada pelo compressor pode ser dada pela Eq 14 onde va é o volume específico do gás em m3kg no estado correspondente às condições de aspiração do compressor A taxa de volume varrido é dada pela Eq 2 Como a taxa de massa também é dada pela Eq 15 podese determinar a vazão volumétrica ou taxa de deslocamento do compressor como onde a é a massa específica do gás na aspiração em kgm3 Máquinas de Fluídos 14 kgs a v sw v V m av m Q 15 a a m Q mv Q m s ou 3 16 29 Tipos Compressores alternativos O trabalho específico de compressão Y é dado pela Eq 17 onde R é a constante do gás em JkgK Ta é a temperatura de admissão do gás em K za e zd são os fatores de compressibilidade do gás na admissão e na descarga respectivamente adimensionais Máquinas de Fluídos 17 Jkg 2 1 1 1 d a k k a d a z z P P RT k k Y 30 Tipos Processos de compressão Desde um ponto de vista termodinâmico os processos de compressão podem ocorrer de diferentes maneiras como mostrado na tabela abaixo Máquinas de Fluídos 31 Tipos Processos de compressão Assim para uma compressão politrópica o trabalho específico é dado pela equação E para uma compressão isotérmica O coeficiente politrópico n pode ser obtido a partir do rendimento politrópico do compressor conforme Máquinas de Fluídos Jkg 2 1 1 1 d a n n a d a z z P P RT n n Y 17a Jkg ln a d a P P RT Y 17b n n k k pol 1 1 17c 32 Tipos Altura isentrópica e altura politrópica do compressor A altura adiabática ou isentrópica de um compressor pode ser determinada como onde R é a constante do gás em JkgK Ta é a temperatura de admissão do gás em K za e zd são os fatores de compressibilidade do gás na admissão e na descarga respectivamente adimensionais A altura politrópica pode ser determinada como Máquinas de Fluídos 17d m 2 1 1 1 d a k k a d a a z z P P g RT k k H m 2 1 1 1 d a n n a d a a z z P P g RT n n H 17e 33 Tipos Compressores alternativos O rendimento isentrópico de um compressor é dado pela Eq 18 e leva em consideração as perdas internas no compressor atrito etc onde h representa a entalpia em Jkg enquanto que os subíndices estão relacionados aos processos ds na descarga do compressor supondo uma compressão isentrópica d entalpia na condição de descarga real e a na condição de aspiração todas em Jkg Máquinas de Fluídos 18 a d a s d isen h h h h real Trabalho Trabalho ideal ou mínimo 34 Tipos Compressores alternativos A potência necessária ao eixo do compressor ou potência absorvida é dada pela Eq 19 onde m é o rendimento mecânico do compressor entre 82 a 90 e t é o rendimento total do compressor Máquinas de Fluídos 19 W t m isen abs mY mY P 35 Tipos Compressores alternativos controle de capacidade O controle de capacidade vazão dos compressores alternativos pode ser efetuado por um dos métodos a seguir Parada e partida do motor de acionamento Método geralmente utilizado para compressores de baixa capacidade e associado a um reservatório de acumulação Variação da velocidade de rotação do motor de acionamento uso de um inversor de frequência Variação do espaço nocivo Operação em vazio onde as válvulas de aspiração são mantidas abertas ou pela recirculação do gás comprimido entre a descarga e a aspiração Os dois últimos métodos operação em vazio e recirculação também são empregados durante a partida de compressores de elevada potência para reduzir o torque de partida Máquinas de Fluídos 36 Tipos Compressores alternativos controle de capacidade Máquinas de Fluídos Operação em vazio Variação do espaço nocivo B 37 Tipos Compressores alternativos controle de capacidade Máquinas de Fluídos Operação em vazio 38 Tipos Compressores alternativos compressão em estágios Compressores alternativos de múltiplos estágios são encontrados com muita frequência em indústrias de processos São máquinas dotadas de vários cilindros com as partes móveis acionadas por um único eixo como mostrado esquematicamente na Fig 13 O gás passa sucessivamente pelos diversos cilindros recebendo acréscimos sucessivos de pressão Em geral cada par de cilindros é intercalado por um trocador de calor intermediário intercooler havendo ainda um trocador de calor posterior aftercooler Máquinas de Fluídos Fig 13 Esquema de um compressor com múltiplos estágios de compressão e resfriamento intermediário 39 Tipos Compressores alternativos compressão em estágios O funcionamento teórico de um compressor de dois estágios é mostrado na Fig 14 através de um diagrama pressão vs volume O ciclo 1234 corresponde ao primeiro estágio da compressão enquanto que o ciclo 5678 o segundo estágio Também são representadas as pressões de aspiração P1 descarga P2 e a pressão intermediária Pi Podese notar que o volume ocupado pelo gás vai diminuindo do primeiro para o segundo estágio devido ao incremento da pressão e do resfriamento intermediário Dessa forma as dimensões dos cilindros vão progressivamente diminuindo à medida que o número de estágios vai aumentando O curso do pistão permanece o mesmo mas o diâmetro diminui Máquinas de Fluídos Fig 14 Ciclo de compressão teórico em dois estágios 40 Tipos Compressores alternativos compressão em estágios As vantagens da compressão por estágio são Redução da potência total de compressão causado pelo resfriamento intermediário com a redução do volume específico do gás entre um estágio e o seguinte No entanto a perda de pressão entre os estágios devido à presença dos trocadores de calor reduz um pouco essa vantagem Redução da temperatura de descarga também consequência do resfriamento intermediário Redução dos esforços de compressão pela redução da relação de pressão entre os estágios de compressão Aumento do rendimento volumétrico do compressor resultado da diminuição da relação entre as pressões e do resfriamento intermediário Máquinas de Fluídos 41 Tipos Máquinas de Fluídos Temperatura de descarga A temperatura de descarga de um compressor pode ser determinada pelas equações As temperaturas máximas devem ser limitadas por diversos fatores Para compressores alternativos até 150 C para centrífugos ou axiais 195 C parafuso seco 288 C Para compressores alternativos temperaturas do cilindro abaixo de 118 C ou menos apresentam maior durabilidade das partes do cilindro n n a d a d P P T T 1 Processo politrópico k k a d a d P P T T 1 Processo isentrópico 42 Tipos Compressores alternativos compressão em estágios A relação de pressão por estágios fica em geral em torno de 4 mas depende do tipo de gás dependente de sua elevação de temperatura do rendimento volumétrico e dos custos iniciais A determinação da relação de pressão por estágios Pre pode ser determinada pela Eq 20 a qual minimiza o consumo de potência total do compressor onde é um coeficiente empírico em torno de 105 que serve para compensar as perdas de carga nos resfriadores intermediários intercooler e no resfriador posterior aftercooler Pr é a relação de pressão total do compressor e m é o número de estágios Máquinas de Fluídos 20 m r m r i i re P P P P P P 1 2 1 P 43 Tipos Compressores de palhetas No compressor de palhetas representado na Fig 15 há um rotor que gira excentricamente em relação à carcaça Esse rotor possui ranhuras radiais onde são inseridas as palhetas Quando o rotor gira as palhetas deslocamse radialmente sob a ação da força centrífuga e se mantém em contato com a carcaça Máquinas de Fluídos Fig 15 Compressor de palhetas 44 Tipos Compressores de palhetas A selagem entre as regiões de alta e baixa pressão ocorre nas linhas de contato entre as pás e o cilindro e entre as pás e as ranhuras Pelo fato de apresentar múltiplas palhetas forma múltiplas câmaras de compressão onde cada uma representa uma fração da diferença de pressão total do compressor Não há necessidade de que o rotor tenha contato com o cilindro mas as folgas radiais devem ser reduzidas ao mínimo para que o gásvapor comprimido não penetre no lado de sucção A variação do volume contido entre duas palhetas vizinhas desde o fim da aspiração 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 uma vez que não existem válvulas de admissão ou de descarga O equilíbrio é no entanto quase instantaneamente atingido e o gás descarregado Máquinas de Fluídos Ver próximo slide 45 Tipos Pressão real na descarga do compressor Máquinas de Fluídos 46 Tipos Compressores de palhetas Desconsiderando o espaço ocupado pela espessura das palhetas normalmente menor que 5 a vazão Q desse compressor pode ser calculada pela Eq 21 onde E é a excentricidade do rotor em relação ao cilindro em m b é a largura do rotor em m D é o diâmetro interno do cilindro em m e N é a rotação do rotor em rpm A potência absorvida pelo compressor é dada pela Eq 22 onde é a massa específica do gás em kgm3 Os demais termos já foram apresentados na Eq 19 Máquinas de Fluídos m s 60 2 3 E N v D Eb Q 21 W QY t t m isen abs mY mY P 22 47 Tipos Compressores de palhetas O trabalho específico considerando uma compressão isotérmica é dado pela Eq 23 onde R é a constante do gás em JkgK Ta é a temperatura do gás na admissão do compressor em K Pd é a pressão de descarga e Pa a pressão na admissão ambas em Pa Nm2 Máquinas de Fluídos 23 Jkg ln a d a P P RT Y 48 Tipos Compressores de palhetas Alguns valores da constante do gás R para alguns tipos de gases a 300 K e 100 kPa são apresentados na Tab 2 Máquinas de Fluídos Gás R JkgK Ar 2870 Oxigênio O2 25982 Nitrogênio N2 29679 Amônia NH3 4882 Dióxido de carbono CO2 18892 Hidrogênio H2 41243 Metano CH4 5183 Etano C2H6 1186 R22 9615 Tabela 2 Constante dos gases R 49 Tipos Compressores de palhetas Esses compressores não são recomendados para operação em meios agressivos como o transporte de gases contendo impurezas ou líquidos em suspensão São indicados para pressões até 09 MPa com vazões variando entre 20 a 5000 m3h A regulagem da vazão é feita por recirculação entre descarga e aspiração ou por estrangulamento na aspiração Esse compressor não necessita válvulas de sucção ou descarga pois a entrada e saída do vapor são controladas por arranjos geométricos Além disso quando o compressor está parado as pás não são arremessadas para o cilindro e o vapor pode escoar da região de alta pressão para a de baixa pressão Essa equalização de pressão no rotor é útil pois podem ser utilizados motores de baixo torque de partida Máquinas de Fluídos 50 Tipos Compressores de parafusos Esse compressor possui dois rotores em formato helicoidal parafusos um macho e um fêmea montados em rolamentos para fixar sua posição dentro de uma carcaça com elevadas tolerâncias que giram em sentido contrário mantendo entre si uma condição de engrenamento como mostrado na Fig 16a A conexão do compressor com o sistema se faz através das aberturas de aspiração e descarga diametralmente opostas como mostrado na Fig 16b Máquinas de Fluídos Fig 16 Detalhe de um compressor tipo parafuso a b httpswwwyoutubecomwatchv5nuXpaeb8N4 httpswwwyoutubecomwatchv9WBVXMC47Zg 51 Tipos Compressores de parafusos O processo de compressão é dividido em três etapas sucção compressão e descarga como mostrado na Fig 17 O gás penetra pela abertura de aspiração e ocupa os intervalos entre os filetes dos rotores A partir do momento em que há o engrenamento de um determinado filete o gás nele contido fica encerrado entre o rotor e a parede da carcaça A rotação faz então com que o ponto de engrenamento vá se deslocando para a frente reduzindo o espaço disponível para o gás e provocando sua compressão Uma vez alcançada a abertura de descarga o gás é liberado para a tubulação de saída ou processo Máquinas de Fluídos Fig 17 Processo de compressão em um compressor tipo parafuso 52 Tipos Compressores de parafusos O motor de acionamento é geralmente conectado ao rotor macho acionando o rotor fêmea através de um filme de óleo lubrificante Para aplicações de baixa e média pressão o rotor macho possui quatro a cinco lóbulos enquanto o rotor fêmea possui seis ou sete reentrâncias Como características principais desse compressor citamse Alta eficiência volumétrica pois não há espaço nocivo Baixa temperatura de descarga entre 60 a 80 C obtida através da injeção de óleo na câmara de compressão Menor número de componentes Ausência de válvulas de sucção e descarga Baixo ruído Menor vibração Máquinas de Fluídos 53 Tipos Compressores de parafusos A vazão volumétrica de um compressor tipo parafuso pode ser estimada através da Eq 24 onde Gp é uma constante dependente da geometria do compressor em torno de 05 D é o diâmetro externo do rotor macho em m b é o comprimento dos parafusos em m N é a velocidade de acionamento do rotor macho em rpm e v é o rendimento volumétrico entre 75 e 92 que leva em conta as perdas por vazamentos internos dependentes das dimensões das folgas da velocidade de rotação do compressor da relação de compressão e do tipo de gás Máquinas de Fluídos m s 60 3 2 v p G D bN Q 24 54 Tipos Compressores de parafusos O trabalho específico de compressão pode ser calculado como Pela equação do trabalho específico isentrópico Eq 17 No caso de compressores que utilizam injeção de óleo na câmara de compressão como elemento de vedação e refrigeração pela equação do trabalho específico isotérmico Eq 23 Máquinas de Fluídos 55 Tipos Compressores de parafusos O controle de capacidade vazão dos compressores parafusos pode ser feito por Válvula de deslizamento como mostrado na Fig 18 situada abaixo dos dois parafusos e entre a carcaça que permite a recirculação do gás para a região de aspiração do compressor Uso de inversores de frequência controlando a rotação do compressor Máquinas de Fluídos Fig 18 Detalhe de uma válvula de deslizamento para controle da capacidade do compressor 56 Tipos Compressores de lóbulos Esse compressor possui dois rotores idênticos conjugados 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 aspiração e ocupa a câmara de compressão sendo conduzido até a abertura de descarga pelos rotores como mostrado na Fig 19 Por operarem em pressões relativamente baixas também são chamados de sopradores rotativos Máquinas de Fluídos Fig 19 Princípio de operação de um compressor de lóbulos 57 Tipos Compressores de lóbulos Durante o movimento de rotação enquanto o gás é aspirado no lado de admissão ele é forçado para a boca de descarga pela redução do espaço entre os lóbulos A compressão do gás acontece pelo contato com a linha de descarga onde a pressão é maior correspondendo à resistência do sistema com o qual o compressor encontrase conectado Esses compressores não são recomendados para operação em meios agressivos como o transporte de gases contento impurezas ou líquidos em suspensão São indicados para pressões até 09 MPa com vazões variando entre 20 a 5000 m3h A regulagem da vazão é feita por recirculação entre descarga e aspiração ou por estrangulamento na aspiração Máquinas de Fluídos 58 Tipos Compressores de lóbulos A capacidade dos compressores de lóbulos pode ser estimada através da Eq 25 onde D é o diâmetro externo do rotor ou o diâmetro interno da carcaça em m b é a largura do rotor em m N é a velocidade de rotação do compressor em rpm e v é o rendimento volumétrico em torno de 80 que leva em conta as perdas por vazamentos internos entre os lóbulos e entre os lóbulos e a carcaça Máquinas de Fluídos m s 60 0 75 3 2 D bN v Q 25 59 Tipos Compressores de lóbulos Esses compressores são indicados para vazões entre 20 a 30000 m3h e diferenças de pressão de até 01 MPa A regulagem da vazão pode ser feita pela variação da velocidade de rotação do motor de acionamento Aplicações Transporte pneumático de pós e grãos Superalimentação de ar em motores de combustão interna Agitação de banhos galvânicos Aeração de tanques de tratamento Máquinas de Fluídos