Compressores

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Carlos Edmundo Corrêa Lima
Compressores Industriais
Introdução em Turbinas Industriais
Compressores
TURBINAS A GÁS
Introdução à teoria básica
Princípios de funcionamento
Turbinas industriais e aeroderivadas
COMPRESSORES DE GÁS – CENTRÍFUGOS 
Descrição dos principais componentes
Princípio de funcionamento
Sistemas auxiliares
Circuito de óleo lubrificante
Circuito de selagem
Sistema de Controle
Sistema de controle de capacidade
Sistema de controle anti-surge
Sistema de proteção
Sistema de gás de processo
Periféricos
Operação do compressor: procedimentos de partida e de parada, monitoramento da operação e cuidados operacionais
COMPRESSORES DE GÁS - ALTERNATIVOS E PARAFUSO 
Descrição dos principais componentes
Princípio de funcionamento
Sistemas de lubrificação
Controle de capacidade
Operação do compressor: procedimentos de partida e de parada, monitoramento da operação e cuidados operacionais
Turbinas
Um pouco de história
Roda d'água
Turbinas
Um pouco de história
Roda d'água
Primeira Lei da Termodinâmica.
Ela pode ser formulada, de forma simples, nos seguintes termos:
 
"Em todo processo natural, a energia do universo se conserva."
ou
“Energia não pode ser criada nem destruída.”
Princípios de Operação e Termodinâmica
Princípios de Operação e Termodinâmica
Segunda Lei da Termodinâmica
 Existem vários modos de enunciar essa Lei. 
 
"É impossível haver transferência espontânea de calor de um objeto frio para outro mais quente."
ou
 "Todo sistema natural, quando deixado livre, evolui para um estado de máxima desordem, 
correspondente a uma entropia máxima." 
EXEMPLO
São processos de mão única. Em termos mais técnicos, eles são chamados de 
processos irreversíveis, pois não revertem espontaneamente. 
Princípios de Operação e Termodinâmica
Temos duas canecas de alumínio, uma com 1 litro de 
água a 80oC e outra, com 1 litro de água a 20oC. 
Encostando uma na outra, a água quente esfria e a água 
fria esquenta até que ambas ficam na temperatura média 
de 50oC. Agora você fica esperando para ver se o inverso 
ocorre, passando calor, espontaneamente, de uma 
caneca para a outra, restabelecendo a situação original. 
Projeto perfeito
Nosso engenheiro pretende aproveitar a rotação do eixo do motor de um carro para tocar um compressor que armazena ar comprimido que por sua vez aciona um motor que é o propulsor do mesmo carro. Ele calcula cuidadosamente todas as trocas de energia nas várias partes do projeto e observa que há um balanço perfeito. A energia é conservada e o carro anda com gasto zero para o motorista.
IMPOSSÍVEL
CARRO MOVIDO A AR COMPRIMIDO
Princípios de Operação e Termodinâmica
“Se a sua teoria contrariar alguma lei da física tudo bem, é
 possível que a lei deva ser modificada. Mas se essa lei for a 
segunda lei da termodinâmica, pode jogar a sua teoria no lixo” 
Arthur Eddington 
Astrofísico britânico 
Princípios de Operação e Termodinâmica
Princípios de Operação e Termodinâmica
Razão de Compressão
A razão de compressão é:
r = V2 / V1
Turbinas
Turbina a vapor
Como funciona uma turbina
Uma turbina a gás simples é constituída das seguintes três secções fundamentais:
- Um compressor
- Uma zona de combustão
- Uma turbina de potência.
Princípios de Operação e Termodinâmica
http://alfredo6.no.sapo.pt/turbina3.html
Como funciona uma turbina
Turbina de Heron de Alexandria.
Princípios de Operação e Termodinâmica
Princípios de Operação e Termodinâmica
AR ATMOSFÉRICO
AR SOB PRESSÃO
COMPRESSOR
Razão de Compressão
Pressão Absoluta = Pressão do Manômetro + 101,4 Kpa
Razão de Compressão = 
 Pressão Absoluta da Descarga do Compressor
Pressão Absoluta da Entrada
Princípios de Operação e Termodinâmica
Razão de Compressão
 Parâmetro de projeto fixo, conseguido pela construção física.
 Mudanças apenas se o compressor for danificado ou modificado.
 Verdade apenas quando o compressor estiver limpo e operando em condições ISO.
MOTOR 
DE ARRANQUE
COMBUSTÍVEL
AR ATMOSFÉRICO
H
P
AR SOB PRESSÃO
CÂMARA DE COMBUSTÃO 
GASES EXPANDIDOS
UM EIXO
CARGACOMPRESSOR
TURBINA A GÁS
CARGACOMPRESSOR DE AR
COMBUSTÍVEL
AR ATMOSFÉRICO
HP LP
AR SOB PRESSÃO
CÂMARA DE COMBUSTÃO
GASES EXPANDIDOS
A turbina a gás é uma máquina térmica que utiliza o ar como fluido motriz para prover 
energia. Para conseguir isto o ar que passa através da turbina deve ser acelerado; isto 
significa que a velocidade ou energia cinética do ar é aumentada. Para obter esse 
aumento, primeiramente aumenta-se a pressão e, em seguida, adiciona-se calor. 
Finalmente a energia gerada é transformada em potência no eixo da turbina de expansão.
Princípios de Operação e Termodinâmica
1 eixo 2 eixos
Gráfico comparativo entre turbinas de 1 eixo e 2 eixos
Princípios de Operação e Termodinâmica
CICLO DE BRAYTON
T
s
1
2
3
4
p1
p2
Princípios de Operação e Termodinâmica
- É um ciclo termodinâmico no qual a adição de calor ocorre a pressão 
constante, utilizado no estudo das turbinas a gás.
- É um ciclo ideal, uma aproximação dos processos térmicos que 
ocorrem nas turbinas a gás, descrevendo variações de estado (pressão 
e temperatura) dos gases. 
-O conceito é utilizado como base didática e para análise dos ciclos 
reais, que se desviam do modelo ideal, devido a limitações tecnológicas 
e fenômenos de irreversibilidade, como o atrito.
T = Temperatura
S = Entropia
p1= Pressão na admissão do compressor
p2= Pressão na descarga do compressor
CICLO DE BRAYTON 
IDEAL
As transformações termodinâmicas sofridas pelo ar e os gases de combustão numa turbina a gas, podem ser 
representados em um gráfico Pressão X Volume ( P X V ) ou , mais frequentemente, em um gráfico Tempo X 
Entropia ( T X S ).
Ambas representações são conhecidas como Ciclo de Brayton .
Atributos de um ciclo ideal:
• Condições ISO
P1 – Pressão 1
P2 – Pressão 2
T – Temperatura
P – Pressão
s - Entropia
T
s
1
2
3
4
p1
p2
Princípios de Operação e Termodinâmica
CICLO DE BRAYTON 
IDEAL
Princípios de Operação e Termodinâmica
T
s
1
2
3
4
p1
p2
P1 – Pressão 1
P2 – Pressão 2
T – Temperatura
P – Pressão
CICLO DE BRAYTON
Princípios de Operação e Termodinâmica
1: Identifica as condições (pressão e temperatura) do ar antes que ele entre no compressor axial. 
p1
CICLO DE BRAYTON
Princípios de Operação e Termodinâmica
2: Representa as condições do ar quando ele deixa o compressor antes da câmara de combustão.
p1
p2
CICLO DE BRAYTON
Princípios de Operação e Termodinâmica
3: Identifica as condições do gas (produto da combustão) antes que ele entre na seção da turbina.
p1
p2
CICLO DE BRAYTON
Princípios de Operação e Termodinâmica
4: Representa as condições do gas de descarga.
p1
p2
CICLO DE BRAYTON
Princípios de Operação e Termodinâmica
4: Representa as condições do gas de descarga.
p1
p2
Como podemos ver, o ciclo é definido por quatro pontos 
característicos:
1: Identifica as condições (pressão e temperatura) do ar antes que ele entre no compressor axial. 
2: Representa as condições do ar quando ele deixa o compressor.
3: Identifica as condições do gas (produto da combustão) antes que ele entre na seção da turbina.
4: Representa as condições do gas de descarga.
T
s
1
2
3
4
p1
p2
Descarga
Compressão
Combustão
Expansão 
Turbina
Compressão
Injeção de Combustível
Injeção de
Combustível
Gases quentes
Injeção de
Combustível
Combustão
Energia Convertida em Trabalho
Gases quentes
Injeção de
Combustível
Como Funciona uma Turbina
Filme Turbina 2 eixos.mpg
Turbina Industrial a Gás
Principais Componentes
Principais Componentes de
uma Turbina
A maioria das turbinas a gás utilizam compressores axiais. Eles fornecem uma grande massa de fluxo de ar. 
O valor apropriado da razão de compressão é obtido usando-se configurações multi-estágio.
COMPRESSOR AXIAL
Principais Componentes de
uma Turbina
Rotor de um compressor axial.
Cada fileira de lâminas representa um estágio de compressão
COMPRESSOR AXIALPrincipais Componentes de
uma Turbina
COMPRESSOR AXIAL
Principais Componentes de
uma Turbina
COMPRESSOR AXIAL
BRAYTON CYCLE REAL .
Os atributos do Ciclo de Brayton Real são os seguintes:
•Fluído de trabalho: Gas real ( ar, gas de combustão)
•Eficiência dos componentes: 0
Devido aos atributos anteriores a forma do ciclo muda como ilustrado a seguir:
 
1
2is
2
3
4is
4
T
s
Principais Componentes de
uma Turbina
Como podemos ver, ele consiste de uma série de estágios rotativos seguidos de uma 
igual série de estágios estácionários.
Fluxo de Ar
Lâminas
Rotativas
Lâminas
Estacionárias
Lâminas
Estacionárias
Lâminas
Rotativas
COMPRESSOR AXIAL
Principais Componentes de
uma Turbina
As lâminas do rotor aumentam a velocidade, aumentando, desta forma, a 
Energia Cinética do ar.
Lâminas do
Rotor
Lâminas do
 Rotor
Lâminas do
 Estator
Lâminas do
 Estator
Lâminas do Rotor Aumentam a Energia Cinética
Fluxo
de Ar
COMPRESSOR AXIAL
Principais Componentes de
uma Turbina
As lâminas do rotor aumentam a velocidade, aumentando, desta forma, a 
Energia Cinética do ar.
Lâminas do
Rotor
Lâminas do
 Rotor
Lâminas do
 Estator
Lâminas do
 Estator
Lâminas do Rotor Aumentam a Energia Cinética
Fluxo
de Ar
COMPRESSOR AXIAL
Principais Componentes de
uma Turbina
Nas lâminas estáticas uma porção de energia cinética do ar é convertida em energia de pressão.
Fluxo 
de Ar
Lâminas do
Rotor
Lâminas do
 Rotor
Lâminas do
 Estator
Lâminas do
 Estator
Lâminas do Estator Aumentam a Pressão
Perfil da Pressão
P
re
ss
ão
COMPRESSOR AXIAL
SURGE
A estola (perda de sustentação) de um compressor é um fenômeno que pode ocorrer quando as 
condições de operação mudam. Abaixo o exemplo de estola em uma asa de avião.
A direção do fluxo de ar em comparação às lâminas mudam e se tornam tão diferentes dos ângulos das 
lâminas a ponto do ar formar uma turbulência com um ângulo de incidência errado.
Principais Componentes de
uma Turbina
COMPRESSOR AXIAL
FILME
ar do compressor.mpg
Principais Componentes de
uma Turbina
É o local o qual o processo de combustão ocorre. As câmaras de combustão são 
“tipo fluxo reverso” (reverse flow type) : O ar comprimido e os gases de combustão 
fluem em direções opostas.
Câmara de Combustão
Ar Secundário
Ar de diluição
Ar de resfriamento
Principais Componentes de
uma Turbina
É 
Filme
Principais Componentes de
uma Turbina
É 
Câmara de combustão Vertical
Principais Componentes de
uma Turbina
É 
Liner
Principais Componentes de
uma Turbina
Liner
Topo do Liner – Combustível e Ar do Compressor
Principais Componentes de
uma Turbina
Seção da Turbina – Alta e Baixa
Principais Componentes de
uma Turbina
Seção da Turbina – Alta e Baixa
Secção HP da Turbina
Principais Componentes de
uma Turbina
Secção HP da Turbina
Características da Pressão
P
re
ss
ão
Principais Componentes de
uma Turbina
Nozzle de Área Variável Operação
Distribuição de Energia na Nozzle de Área Variável
Principais Componentes de
uma Turbina
Nozzle de Área Variável Operação
Menos força requerida do motor de partida
Gases de 
expansão
da combustão
Com as nozzles 
variáveis
abertas, a turbina HP
desenvolve mais 
potência
Turbina de baixa 
pressão
Nozzles VariáveisTurbina de alta pressão
Principais Componentes de
uma Turbina
Nozzle de Área Variável Operação
nh
bh
1
2
3
4
T
 S
Principais Componentes de
uma Turbina
A nozzle de abertura variável tem a função de trocar a distribuição de energia entre as 
turbinas de alta e de baixa.
EM detalhe: Se o ângulo de abertura é reduzido, a pressao intermediária (entre a secção 
HP e LP) aumenta produzindo uma queda na entropia (consequentemente mais força) 
para o módulo de baixa pressão.
A situação oposta ocorre se o ângulo de abertura é aumentado.
 HPh
 LPh
1
2
3
4
T
pi
p1
P2
Velocidade da HP
Velocidade da LP
 A posição da curva à pressão constante depende da abertura do ângulo da área da nozzle 
variável.. Quando o ângulo é reduzido, também a área de passagem através da nozzle 
reduz; permitindo um fluxo constante de massa de gás, a pressão intermediária irá crescer, 
como visto antes.
Área da nozzle variável aberta
Área da nozzle variável fechada
Turbinas Industriais e Aeroderivadas
Turbina Industrial com Múltiplas Câmeras
Turbinas Industriais e Aeroderivadas
Turbina Industrial com Câmara de Combustão Anular
Turbinas Industriais e Aeroderivadas
Turbina Industrial com Câmara de Combustão Anular
COMPRESSORES DE GÁS
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