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Engenharia Mecânica ·
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1 Compressores Parte 1A O compressor é um dos quatro componentes principais de um sistema de refrigeração por compressão mecânica de vapor É o responsável pela circulação do refrigerante no ciclo de forma contínua Nesse processo o compressor aumenta a pressão do refrigerante e consequentemente sua temperatura enviando o vapor ao condensador Há dois tipos básicos de compressores os de deslocamento positivo e os dinâmicos conforme esquema mostrado na figura abaixo Alternativos Deslocamento positivo Dinâmicos Rotativos Parafuso Scroll Pistão Rolante Palhetas Centrífugos 2 Os compressores de deslocamento positivo aumentam a pressão do vapor do refrigerante 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 Os compressores dinâmicos aumentam a pressão do vapor do refrigerante através da transferência contínua de momento angular pelas pás do rotor acelerando o refrigerante seguido de uma conversão desse momento em um aumento de pressão isso é a conversão da energia cinética em energia de pressão Os compressores centrífugos são exemplos de compressores dinâmicos 3 a b c d e Scrool 4 O desempenho dos compressores é o resultado de diversos compromissos de projeto envolvendo desde as limitações físicas do refrigerante do compressor e do motor buscando sempre atender as seguintes condições v Aumento da expectativa de vida do equipamento v Obter o maior efeito de refrigeração para um menor consumo de potência v Diminuição do custo do equipamento v Grande faixa de operação v Níveis de vibração e ruído aceitáveis 5 Os compressores alternativos baseiamse no movimento de um pistão dentro de um cilindro Quando o pistão deslocase do ponto morto superior PMS para o ponto morto inferior PMI o vapor 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 6 Ao atingir o PMI a válvula de sucção encontrase fechada pela ação de uma mola e 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 próxima da pressão de condensação 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 7 A geometria das válvulas faz com que exista um espaço entre o final do curso do pistão no PMS e o cabeçote do compressor chamado de espaço nocivo volume morto etc que não é varrido pelo pistão 8 Os compressores alternativos ainda podem ser subdivididos em três categorias compressor hermético semihermético e aberto No compressor hermético representado na Fig 44 o sistema de compressão é interligado ao motor elétrico de tal forma que permite o compartilhamento de componentes dos sistemas elétrico e mecânico No text content available in the image 10 Neste caso todos os componentes são vedados do ambiente externo por uma carcaça de aço sem a possibilidade de uma eventual manutenção O vapor do refrigerante proveniente do evaporador é aspirado pelo compressor entrando em sua carcaça Esse processo serve para resfriar o motor do compressor Somente depois de entrar na carcaça do compressor o vapor é aspirado pela câmara de compressão Nesses compressores o processo de compressão é realizado geralmente por um êmbolo no lugar do pistão Durante o processo de resfriamento o vapor do refrigerante aumenta sua temperatura superaquecendo o que é uma desvantagem desse equipamento No entanto suas vantagens são v Menor ruído v Ausência de vazamentos 11 Como desvantagens principais podemse citar v Perda de eficiência devido ao aquecimento do gás pelo enrolamento do motor superaquecimento v Contaminação do sistema pelos resíduos após queima do motor v Difícil manutenção e reparação v Não permitem o controle de capacidade v Não podem ser utilizados com amônia v Capacidades reduzidas v Apresentam problemas sérios com a umidade do sistema Effect of superheating on specific compression work and mass flow rate 13 Compressores herméticos lineares O compressor linear não possui mecanismo bielamanivela como os compressores alternativos convencionais Tipicamente um compressor linear consiste em um motor linear conectado a um pistão e molas de suspensão operado na frequência de ressonância Isso permite maior eficiência operação isenta de óleo menor custo e menor tamanho 14 Compressores herméticos lineares httpswwwyoutubecomwatchvYbzY99apqhk 15 No compressor semihermético apesar de também compartilhar a mesma carcaça com o motor elétrico existem acessos que permitem reparos de seus componentes internos As capacidades de refrigeração desse compressor são mais elevadas do que as dos compressores herméticos Na Fig 45 é apresentado um detalhe desse compressor httpswwwyoutubecomwatchvhGACRRFETs 16 No compressor aberto não existe nenhuma interligação entre a carcaça do sistema mecânico e a do acionador com exceção do eixo que pode ser um motor elétrico uma turbina ou um motor de combustão caso comum em sistemas de transporte de produtos resfriados Este é o compressor mais utilizado na refrigeração industrial pela sua facilidade de reparo e por ser um equipamento mais robusto e de maiores capacidades em relação aos demais Um detalhe desse compressor é apresentado na Fig 46 httpswwwyoutubecomwatchv2B7kX8RavcY 17 O compressor de pistão rolante representado na Fig 47 possui apenas uma palheta atuada por uma mola que divide as câmaras de sucção e descarga O eixo de rotação O é excêntrico ao eixo do rotor O mas coincide com o eixo do cilindro A selagem entre as regiões de alta e baixa pressão deve ser realizada na linha de contato entre a palheta e o rotor e entre a palheta e a sua ranhura Portanto elevadas tolerâncias devem ser mantidas para evitar folgas nesses locais Como pode ser visto nessa figura o compressor apresenta apenas uma válvula a de descarga 18 Enquanto a descarga acontece o volume na sucção é preenchido pelo vapor proveniente do evaporador O efeito do pequeno volume de vapor residual existente na porta de descarga é diferente do que acontece na sucção do compressor alternativo No compressor de pistão rolante o volume na sucção já está completamente preenchido de vapor durante o final da descarga e o volume residual presente na descarga misturase com o vapor que está sendo comprimido 19 Como características principais em relação aos outros compressores apresenta menor número de partes móveis aproximadamente a metade de componentes que o compressor alternativo é compacto e leve As peças deslizantes devem apresentar grande resistência ao desgaste O processo completo de sucção e compressão é representado na Fig 49 20 No compressor de palhetas deslizantes representado na Fig 410 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 vapor comprimido não penetre no lado de sucção 21 Ao contrário do que acontece no compressor de pistão rolante não há necessidade de molas para comprimir as palhetas contra o cilindro pois operando com altas velocidades as palhetas são arremessadas pela ação da força centrífuga para fora 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 22 Por outro lado poderá haver retorno de vapor comprimido quente para o evaporador o que não é conveniente Para evitar isso podese instalar uma válvula de retenção na descarga do compressor 23 O compressor scroll representado na Fig 411 possui duais espirais sendo uma fixa e outra móvel acionada por um eixo excêntrico As principais características desse compressor são v Ausência de válvulas de sucção e descarga v Baixo ruído e vibração v Alta eficiência não possui espaço nocivo v Compacto e leve v Alta confiabilidade 24 O processo de compressão do compressor scroll é representado na Fig 412 Nesse processo o refrigerante é comprimido pela interação entre uma espiral móvel e uma fixa O refrigerante entra através de uma das aberturas externas Na continuação do giro da espiral móvel a abertura externa é fechada e com o seu movimento o refrigerante é comprimido através da redução de seu volume A condição de descarga é atingida quando o refrigerante atinge a região central do compressor
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1 Compressores Parte 1A O compressor é um dos quatro componentes principais de um sistema de refrigeração por compressão mecânica de vapor É o responsável pela circulação do refrigerante no ciclo de forma contínua Nesse processo o compressor aumenta a pressão do refrigerante e consequentemente sua temperatura enviando o vapor ao condensador Há dois tipos básicos de compressores os de deslocamento positivo e os dinâmicos conforme esquema mostrado na figura abaixo Alternativos Deslocamento positivo Dinâmicos Rotativos Parafuso Scroll Pistão Rolante Palhetas Centrífugos 2 Os compressores de deslocamento positivo aumentam a pressão do vapor do refrigerante 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 Os compressores dinâmicos aumentam a pressão do vapor do refrigerante através da transferência contínua de momento angular pelas pás do rotor acelerando o refrigerante seguido de uma conversão desse momento em um aumento de pressão isso é a conversão da energia cinética em energia de pressão Os compressores centrífugos são exemplos de compressores dinâmicos 3 a b c d e Scrool 4 O desempenho dos compressores é o resultado de diversos compromissos de projeto envolvendo desde as limitações físicas do refrigerante do compressor e do motor buscando sempre atender as seguintes condições v Aumento da expectativa de vida do equipamento v Obter o maior efeito de refrigeração para um menor consumo de potência v Diminuição do custo do equipamento v Grande faixa de operação v Níveis de vibração e ruído aceitáveis 5 Os compressores alternativos baseiamse no movimento de um pistão dentro de um cilindro Quando o pistão deslocase do ponto morto superior PMS para o ponto morto inferior PMI o vapor 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 6 Ao atingir o PMI a válvula de sucção encontrase fechada pela ação de uma mola e 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 próxima da pressão de condensação 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 7 A geometria das válvulas faz com que exista um espaço entre o final do curso do pistão no PMS e o cabeçote do compressor chamado de espaço nocivo volume morto etc que não é varrido pelo pistão 8 Os compressores alternativos ainda podem ser subdivididos em três categorias compressor hermético semihermético e aberto No compressor hermético representado na Fig 44 o sistema de compressão é interligado ao motor elétrico de tal forma que permite o compartilhamento de componentes dos sistemas elétrico e mecânico No text content available in the image 10 Neste caso todos os componentes são vedados do ambiente externo por uma carcaça de aço sem a possibilidade de uma eventual manutenção O vapor do refrigerante proveniente do evaporador é aspirado pelo compressor entrando em sua carcaça Esse processo serve para resfriar o motor do compressor Somente depois de entrar na carcaça do compressor o vapor é aspirado pela câmara de compressão Nesses compressores o processo de compressão é realizado geralmente por um êmbolo no lugar do pistão Durante o processo de resfriamento o vapor do refrigerante aumenta sua temperatura superaquecendo o que é uma desvantagem desse equipamento No entanto suas vantagens são v Menor ruído v Ausência de vazamentos 11 Como desvantagens principais podemse citar v Perda de eficiência devido ao aquecimento do gás pelo enrolamento do motor superaquecimento v Contaminação do sistema pelos resíduos após queima do motor v Difícil manutenção e reparação v Não permitem o controle de capacidade v Não podem ser utilizados com amônia v Capacidades reduzidas v Apresentam problemas sérios com a umidade do sistema Effect of superheating on specific compression work and mass flow rate 13 Compressores herméticos lineares O compressor linear não possui mecanismo bielamanivela como os compressores alternativos convencionais Tipicamente um compressor linear consiste em um motor linear conectado a um pistão e molas de suspensão operado na frequência de ressonância Isso permite maior eficiência operação isenta de óleo menor custo e menor tamanho 14 Compressores herméticos lineares httpswwwyoutubecomwatchvYbzY99apqhk 15 No compressor semihermético apesar de também compartilhar a mesma carcaça com o motor elétrico existem acessos que permitem reparos de seus componentes internos As capacidades de refrigeração desse compressor são mais elevadas do que as dos compressores herméticos Na Fig 45 é apresentado um detalhe desse compressor httpswwwyoutubecomwatchvhGACRRFETs 16 No compressor aberto não existe nenhuma interligação entre a carcaça do sistema mecânico e a do acionador com exceção do eixo que pode ser um motor elétrico uma turbina ou um motor de combustão caso comum em sistemas de transporte de produtos resfriados Este é o compressor mais utilizado na refrigeração industrial pela sua facilidade de reparo e por ser um equipamento mais robusto e de maiores capacidades em relação aos demais Um detalhe desse compressor é apresentado na Fig 46 httpswwwyoutubecomwatchv2B7kX8RavcY 17 O compressor de pistão rolante representado na Fig 47 possui apenas uma palheta atuada por uma mola que divide as câmaras de sucção e descarga O eixo de rotação O é excêntrico ao eixo do rotor O mas coincide com o eixo do cilindro A selagem entre as regiões de alta e baixa pressão deve ser realizada na linha de contato entre a palheta e o rotor e entre a palheta e a sua ranhura Portanto elevadas tolerâncias devem ser mantidas para evitar folgas nesses locais Como pode ser visto nessa figura o compressor apresenta apenas uma válvula a de descarga 18 Enquanto a descarga acontece o volume na sucção é preenchido pelo vapor proveniente do evaporador O efeito do pequeno volume de vapor residual existente na porta de descarga é diferente do que acontece na sucção do compressor alternativo No compressor de pistão rolante o volume na sucção já está completamente preenchido de vapor durante o final da descarga e o volume residual presente na descarga misturase com o vapor que está sendo comprimido 19 Como características principais em relação aos outros compressores apresenta menor número de partes móveis aproximadamente a metade de componentes que o compressor alternativo é compacto e leve As peças deslizantes devem apresentar grande resistência ao desgaste O processo completo de sucção e compressão é representado na Fig 49 20 No compressor de palhetas deslizantes representado na Fig 410 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 vapor comprimido não penetre no lado de sucção 21 Ao contrário do que acontece no compressor de pistão rolante não há necessidade de molas para comprimir as palhetas contra o cilindro pois operando com altas velocidades as palhetas são arremessadas pela ação da força centrífuga para fora 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 22 Por outro lado poderá haver retorno de vapor comprimido quente para o evaporador o que não é conveniente Para evitar isso podese instalar uma válvula de retenção na descarga do compressor 23 O compressor scroll representado na Fig 411 possui duais espirais sendo uma fixa e outra móvel acionada por um eixo excêntrico As principais características desse compressor são v Ausência de válvulas de sucção e descarga v Baixo ruído e vibração v Alta eficiência não possui espaço nocivo v Compacto e leve v Alta confiabilidade 24 O processo de compressão do compressor scroll é representado na Fig 412 Nesse processo o refrigerante é comprimido pela interação entre uma espiral móvel e uma fixa O refrigerante entra através de uma das aberturas externas Na continuação do giro da espiral móvel a abertura externa é fechada e com o seu movimento o refrigerante é comprimido através da redução de seu volume A condição de descarga é atingida quando o refrigerante atinge a região central do compressor