Máquinas Térmicas e Compressores

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Máquinas Térmicas 
Ciclos térmicos a gás (parte 1)
Prof. José Antonio Perrella Balestieri
Departamento de Energia
Compressores
Prof. José Antonio Perrella Balestieri
http://www.achecompressores.com.br/como-funciona-os-compressores.html, 26/04/2014
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Compressores - classificação
Prof. José Antonio Perrella Balestieri
ATLAS COPCO. Manual do ar comprimido. São Paulo, McGraw-Hill do Brasil, 1976.
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Compressores – seleção (selection chart)
Prof. José Antonio Perrella Balestieri
http://www.efficiencyblowers.com/efficiencyblowersus/products/lowpressurerange/ 26/04/2014
http://cr4.globalspec.com/thread/35303/How-to-Select-a-Compressor
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http://cr4.globalspec.com/thread/35303/How-to-Select-a-Compressor
Compressores – seleção (selection chart)
Prof. José Antonio Perrella Balestieri
BLOCH, H. P. A practical guide to compressor technology. Hoboken:John Wiley & Sons, 2006.
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Compressor: dinâmico por ejeção
Prof. José Antonio Perrella Balestieri
http://solar-thermal.anu.edu.au/research/solar-heating-cooling/solar-cooling-using-ejectors/, 26/04/2014
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http://solar-thermal.anu.edu.au/research/solar-heating-cooling/solar-cooling-using-ejectors/
Compressor: dinâmico radial (centrífugo)
Prof. José Antonio Perrella Balestieri
http://cascousa.com/compressed-air-101/types-of-compressors/dynamic-displacement-compressors , 26/04/2014
http://www.globalspec.com/reference/74123/203279/chapter-two-overview-of-turbomachinery-nomenclature
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Turboprop_T-53.jpg
http://carros.hsw.uol.com.br/turbocompressores.htm
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Compressor: dinâmico axial
Prof. José Antonio Perrella Balestieri
http://www.globalsecurity.org/military/library/policy/army/accp/al0993/le1.htm , 26/04/2014
http://www.globalspec.com/reference/74123/203279/chapter-two-overview-of-turbomachinery-nomenclature
http://www.ge-energy.com/products_and_services/products/gas_turbines_heavy_duty/9e_heavy_duty_gas_turbine.jsp
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http://solar-thermal.anu.edu.au/research/solar-heating-cooling/solar-cooling-using-ejectors/
http://www.globalspec.com/reference/74123/203279/chapter-two-overview-of-turbomachinery-nomenclature
http://www.ge-energy.com/products_and_services/products/gas_turbines_heavy_duty/9e_heavy_duty_gas_turbine.jsp
http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Axial_compressor.gif
Compressor rotativo por palhetas (sliding vane)
Prof. José Antonio Perrella Balestieri
http://elearning.iefp.pt/pluginfile.php/49360/mod_resource/content/0/CD-Rom/Estudo/
Pneumatica_e_Hidraulica_Nivel_III/E_-_Compressores/frame_5.htm /, 26/04/2014
http://www.fluxotecnica.com.br/equipamentos.aspx?CodA=6&CodC=5
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http://solar-thermal.anu.edu.au/research/solar-heating-cooling/solar-cooling-using-ejectors/
http://solar-thermal.anu.edu.au/research/solar-heating-cooling/solar-cooling-using-ejectors/
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Compressor rotativo por anel líquido (liquid ring)
Prof. José Antonio Perrella Balestieri
http://industrial-equipments.net/liquid-ring-compressors, 26/04/2014
http://innovation.dc-uoit.ca/objects/liquidring/
http://www.pssi.no/?pid=123&product=317&product_lang=en
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Compressor rotativo por parafuso (screw)
Prof. José Antonio Perrella Balestieri
http://www.acservicos.ind.br/index.php?view=category&catid=1&option=com_joomgallery&Itemid=54 , 26/04/2014
http://www.vmc.com.ar/index.php?pg=central&idioma=br
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Compressor rotativo tipo Roots
Prof. José Antonio Perrella Balestieri
http://www.ge-energy.com/products_and_services/products/compressors/roots_type_h_multistage_compressor.jsp, 26/04/2014
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Compressor alternativo tipo tronco
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Compressor alternativo tipo cruzeta (crosshead)
Prof. José Antonio Perrella Balestieri
http://www.reliabilitydirectstore.com/kb_results.asp?ID=43, 26/04/2014
http://hardyinst.com/Applications/ReciprocatingCompressors.aspx
http://www.hellotrade.com/rix-air-gas/natural-gas-compressor.html
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Compressor alternativo tipo pistão livre (free piston)
Prof. José Antonio Perrella Balestieri
http://www.p-wholesale.com/cn-pro/19/740to2/free-piston-air-compressor-64-115-665209.html, 26/04/2014
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Compressor alternativo tipo labirinto
Prof. José Antonio Perrella Balestieri
http://www.burckhardtcompression.com/content-n16-sE.html/, 26/04/2014
http://docs.lib.purdue.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1032&context=icec
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http://solar-thermal.anu.edu.au/research/solar-heating-cooling/solar-cooling-using-ejectors/
http://docs.lib.purdue.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1032&context=icec
Compressor alternativo tipo diafragma
Prof. José Antonio Perrella Balestieri
http://www.industryarea.com/Speeding-Up-Diaphragm-Compressors-Y313-S4-catalogue.html, 26/04/2014
http://www.qats.com/cms/2011/07/
http://www.china-ogpe.com/catalog/compressor_fan_3_14.html
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http://www.qats.com/cms/2011/07/
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Compressores – resfriamento intermediário
Prof. José Antonio Perrella Balestieri
http://www.parker.com/literature/Brazil/apostila_M1001_1_BR.pdf, 26/04/2014
 aletas de ventilação 
 passagem de água 
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http://www.parker.com/literature/Brazil/apostila_M1001_1_BR.pdf
Compressores – processos possíveis
Prof. José Antonio Perrella Balestieri
http://www.fem.unicamp.br/~em672/Aulas%2015-16%20-2003%20-%20compressores%20alternativos.pdf, 26/04/2014
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para o ar, n=k=1,4
Lembre-se:
𝑘 =
𝑐𝑝
𝑐𝑣
𝑇2
𝑇1
=
𝑃2
𝑃1
𝑛−1
𝑛
=
𝑣1
𝑣2
𝑛−1
http://www.fem.unicamp.br/~em672/Aulas%2015-16%20-2003%20-%20compressores%20alternativos.pdf
Compressores – resfriamento intermediário
Prof. José Antonio Perrella Balestieri
http://http://followscience.com/content/172972/pneumatica-tecnica-comandos,06/05/2014
“O resfriamento entre os estágios, a princípio, era realizado através de camisas d'água nas paredes 
internas do compressor. Atualmente, existem resfriadores intermediários separados, de grande porte, 
devido à sensibilidade à pressão, por onde o ar é dirigido após dois ou três estágios, antes de ser 
injetado no grupo seguinte. Em compressores de fluxo radial requerem altas velocidades de trabalho. 
Isto implica também em um deslocamento mínimo de ar (10 m3/min)”. 
“Os compressores de fluxo axial tendem a produzir uma vazão constante a razões de pressões 
variáveis. Possuem maior capacidade de deslocamento mínimo 900 m3/min.; rotações mais elevadas e 
pressões efetivas altas. Fornecem o ar isento de óleo e a colocação de resfriamento intermediário é 
dificultosa.”
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ሶ𝑊𝐶𝑃
ሶ𝑚𝑔𝑎𝑠, 𝑃2 > 𝑃1
ሶ𝑚𝑔𝑎𝑠, 𝑃1
ሶ𝑄 = ሶ𝑚𝑟𝑒𝑠𝑓𝑐𝑝 𝑇𝑠 − 𝑇𝑒
ሶ𝑚𝑔𝑎𝑠=𝜌𝑄𝑔𝑎𝑠
ሶ𝑊𝑐𝑝 = ሶ𝑚𝑔𝑎𝑠(ℎ2 − ℎ1) ≅ ሶ𝑚𝑔𝑎𝑠𝑐𝑝,𝑔𝑎𝑠(𝑇2 − 𝑇1)
T2
T2´
Ao reduzir de T2 para T2´, a potência do compressor ሶ𝑊𝑐𝑝 é 
reduzida mantendo a mesma vazão transportada ሶ𝑚𝑔𝑎𝑠
http://http/followscience.com/content/172972/pneumatica-tecnica-comandos
Compressores – processos possíveis
Prof. José Antonio Perrella BalestieriOs direitos de uso deste material são reservados ao seu autor.
Sem resfriamento:
Com resfriamento: → menor área do diagrama Pv
→ Com o resfriamento, ou mantém a potência do compressor e aumenta consequentemente a vazão 
transportada, ou mantém a vazão transportada e reduz a potência demandada no compressor.
redução de área → redução de 
ሶ𝑊
ሶ𝑚
MORAN, M.J., SHAPIRO, H. N. Fundamentals of engineering thermodynamics. 
Chichester: John Wiley, 2006, 5th ed.
Compressores – modelagem termodinâmica
Prof. José Antonio Perrella Balestieri
http://www.fem.unicamp.br/~em672/Aulas%2015-16%20-2003%20-%20compressores%20alternativos.pdf, 26/04/2014
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Compressores – modelagem termodinâmica
Prof. José Antonio Perrella Balestieri
• espaço nocivo ou volume morto (Vm)
• volume da cilindrada (Vc)
(e -curso do cilindro)
• relação de espaço morto
• relação de compressão (r)
• pressão média indicada (pmi)
e
4
Dπ
V
2
c =
1
2
P
P
r =
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A pressão média indicada é 
medida pelo ‘indicador’
Compressores – modelagem termodinâmica
Prof. José Antonio Perrella Balestieri
http://www.archivingindustry.com/Publications/indicatorbookone.pdf - acesso 26/06/2020
“The Boulton & Watt Papers, now 
in the care of the Birmingham 
Museum of Science & Industry, 
contain a variety of references to 
the indicators dating back to 
1794.”
Nota: o Birmingham Museum of Science & 
Industry foi fechado em 1997.
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Compressores – modelagem termodinâmica na condição ideal
Prof. José Antonio Perrella Balestieri
• Rendimento volumétrico
(Va= volume aspirado)
4cma
c
a
vol VVVV:mas)1(
V
V
−+=−=
P3v3
k = P4v4
k 
P3=P2, V3=Vm e P4=P1, V4=Vm+Vc-Va , então: P2Vm
k = P1 (Vm+Vc-Va)k 
)r(:então,
P
P
r,
V
V
,
V
V
:Sendo
P
P
V
V
P
P
V
V
V
V
V
V
k
ovol
c
m
o
c
a
vol
k
c
m
k
c
m
c
m
c
a
11
111
1
1
2
1
1
2
1
1
2
−−====










−







−=







−+=
.rdeedeaumentoocomreduzse:Então
1
T
T
1:então,
T
T
P
P
ovol
1k
1
1
2
ovol
1k
k
1
2
1
2











−








−=





=
−−
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Compressores – modelagem termodinâmica na condição real
Prof. José Antonio Perrella Balestieri
• O rendimento volumétrico ideal é corrigido a partir de três fatores:
afetam o rendimento volumétrico: 
- perda de carga na admissão: 
 
 
99,0λ92,0),1(
P
PP
λ p
1
1
P 
−
=  
P
1
P
v
P
PP -
1 pressão real na aspiração
 
- aquecimento do ar ao ser aspirado pelo cilindro: o ar que entra no cilindro, na admissão, ganha calor nas paredes do cilindro elevando a 
temperatura de T1 para T1', e desse modo 
99,0λ94,0),1(
T
T
λ T,
1
1
T =  
- fugas de fluido que ocorrem nas válvulas de admissão e de descarga, bem como no espaço entre cilindros e pistões: 
9908801 ,,, fugasfugas  
 O rendimento volumétrico real, portanto, se calcula pela relação: fugasTPvol
real
vol =  
e se encontra entre 0,60 e 0,80 para compressores pequenos e entre 0,75 e 0,90 para compressores médios e grandes 
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Compressores – modelagem termodinâmica
Prof. José Antonio Perrella Balestieri
• Rendimento isotérmico: empregado para compressores refrigerados, tendo por base a 
potência de compressão isotérmica
2
1
1isot
eixo
isot
isot
P
P
lnTRmWqueem,
W
W
η 


==
• Rendimento adiabático (isentrópico): utilizado em compressores não-refrigerados,
tendo por base a potência de compressão isentrópica.










−





−
==
−
1
P
P
TRm
1k
k
Wqueem,
W
W k
1k
1
2
1adiab
eixo
adiab
adiab



• Rendimento indicado:
teórico
ind
real
ind
ind
W
W


=
• Rendimento mecânico:
eixo
real
ind
mec
W
W


=
)19.4(1
P
P
RT)mm(
1n
n
W
1
P
P
VP
1n
n
1
P
P
VP
1n
n
W
WWW
n
1n
n
1n
n
1n
1
2
1m
teórico
ind
2
1
32
1
2
11
teórico
ind
ansãoexpcompressão
teórico
ind








−





−
−
=








−





−
−








−





−
=
−=
−
−−



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ሶ𝑚𝑚 é 𝑎 𝑣𝑎𝑧ã𝑜 𝑑𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑎ç𝑜 𝑚𝑜𝑟𝑡𝑜
Compressores – modelagem termodinâmica
Prof. José Antonio Perrella Balestieri
• Rendimento mecânico:
eixo
real
ind
mec
W
W


=
A potência indicada real pode ser obtido por diferentes processos: 
- por planimetria do diagrama indicado real; a potência nesse caso será: x
60
n
zLW i
real
ind = 
sendo: Li - trabalho indicado (N m) 
 z - número de cilindros 
 n - rotação (rpm) 
 x - 1 (simples efeito) ou 2 (duplo efeito) 
2
c
.x.
4
Dπ
.pmiW m
2
real
ind 





=
)s/m(
60
N.e.2
cm =
atrito
real
indeixo WWW  +=
- partindo da pressão média indicada, pmi:
sendo
a velocidade média do êmbolo (110 a 305 m/min ou 1,8 a 5 m/s), N a rotação (rpm) e “e” o curso do pistão (m).
- a partir da potência efetiva (de eixo):
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Compressores – modelagem termodinâmica
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Pesquisa em 26/06/2020
Compressores – pressão intermediária entre estágios
Prof. José Antonio Perrella Balestieri
1o estágio 2o
estágio
Pb Px Pa
 















−







+















−







−
=
−−
11
1
11
1
n
n
x
a
n
n
b
x
pol
P
P
P
P
TRm
n
n
W  (4.20) 
 
A minimização da potência politrópica em relação às pressões intermediárias (Px) irá 
garantir a redução na potência necessária para o funcionamento do compressor:
...
Pb
Px1 Px2
Pa
 
 
i
1
b
a
xi1xi
i
1
b
a
1x2x
i
1
b
a
b1x
P
P
PP,...,
P
P
PP,
P
P
PP 





=





=





= +
 (4.21) 
 
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