Compressores de Gases na Indústria Química

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Compressores
Prof. Rodrigo S. Vieira
UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA
DISCIPLINA DE OPERAÇÕES UNITÁRIAS I
Compressão de gases
Na indústria química, diversos gases devem ser transferidos através de dutos e 
equipamentos de processo.
Para impelir os gases, usam-se ventiladores, sopradores e compressores 
propriamente ditos:
ventiladores (exaustores)ventiladores (exaustores): aumento de pressão de até 0,03 atm.
sopradoressopradores: aumento de pressão de até 0,3 atm.
compressorescompressores: aumento de pressão de 0,3 atm até 4.000 atm.
ventiladores (exaustores)ventiladores (exaustores): aumento de pressão de até 0,03 atm.
sopradoressopradores: aumento de pressão de até 0,3 atm.
compressorescompressores: aumento de pressão de 0,3 atm até 4.000 atm.
Compressores de gases corresponde a ação de qualquer equipamento de 
deslocamento de gases, independente do aumento de pressão envolvido. 
Compressão de gases
Os gases têm viscosidades e densidades menores que a dos líquidos e são 
muito mais compressíveis:
Compressores (em geral) e bombas apresentam uma semelhança superficial 
entre si: são baseados nos mesmos princípios físicos. Porém:
• Quando um gás é comprimidocomprimido, seu volumevolume diminuidiminui substancialmente;
• A temperatura temperatura de um gás aumentaaumenta significativamente quando ele é
comprimidocomprimido;
Um dos tipos de equipamentos para bombear gases é denominado bomba 
(bomba de vbomba de váácuocuo).
Ventiladores e Sopradores
 Os ventiladores operam a pressões suficientemente
baixas, podendo-se desprezar a compressibilidade dos
gases (o volume do gás não varia).
Classificam-se os ventiladores, segundo o fluxo, em
radiais ou em axiais
 Fluxo radiais dependem da força centrífuga para
impelir o gás
 Fluxo axial imprimem ao gás uma parcela de energia
a medida que ele escoa paralelamente ao eixo central
do ventilador
Compressores
 O objetivo do compressor é comprimir e movimentar um
gás desde um processo produtor até um processo
consumidor.
 O compressor torna-se necessário sempre que o gás for
gerado a uma pressão insuficiente para o consumo ou
quando a transferência espontânea não se processar com
a intensidade devida.
Compressores
A compressão de gases até pressões elevadas é uma operação freqüente nas 
indústrias de processos químicos.
Os compressores podem ser aplicados: 
• no estabelecimento de pressões necessárias a certas reações químicas; 
• no transporte de gases em pressões elevadas;
• no armazenamento sob pressão; etc.
Os compressores podem ser classificados em:
• compressores de deslocamento positivodeslocamento positivo (alternativos e rotatórios);
• compressores dinâmicosdinâmicos ou centrcentríífugosfugos (radiais ou axiais);
•• bombas de vbombas de váácuocuo.
Compressores de Deslocamento Positivo -
Alternativos
 Podem fornecer gás com pressão de algumas frações
de atm até pressões muito elevadas (~2400atm
manométricas)
 As peças características são as mesmas das bombas
alternativas: pistão, um cilindro com válvulas para
admissão e exaustão.
 Pode-se usar único estágio ou multiestágio. No caso
da compressão multiestágio é comum o resfriamento do
gás entre os estágios.
Compressores de Deslocamento Positivo -
Alternativos
Compressores de Deslocamento Positivo -
Rotativos
Tipo Parafusos
Tipo Palhetas
Compressores Dinâmicos
 A ação entre o ar e uma peça mecânica envolve uma
variação apreciável na velocidade do fluido.
 Compressores centrífugos: Operam com os
mesmos princípios das bombas centrífugas.
 Compressores axiais: Constituído por uma coroa
de palhetas acopladas ao eixo rotatório, permitindo
fluxo axial.
Compressores Dinâmicos
 Compressores centrífugos
 O gás escoa através do olho do rotor, acelerado radialmente,
saindo com um aumento da velocidade da periferia ao difusor
(variação da energia cinética para energia de pressão).
Compressores axiais
O moviento geral do ar é paralelo ao eixo, o ar é expelido
pelas aletas, a medida que se desloca da entrada para a saída,
há uma diminuição na área entre as aletas o que ocasiona o
aumento de pressão.
Seleção
Informações normalmente necessárias para a seleção de 
compressores:
 Temperatura de entrada
 Máxima temperatura de saída
 Variação de pressão
 Vazão
 Propriedades do gás: composição
Tc e pc
peso molecular médio
 = cp/cv
fatores de compressibilidade
* Usualmente é necessário manter contato com o fabricante para a
escolha do tipo, potência, etc..
pa
pb
Quando a pressão de um fluido compressível aumenta
adiabaticamente, a temperatura do fluido também aumenta.
Para um dado gás, a razão da temperatura (Tb/Ta) aumenta com
o aumento da razão de compressão (pb/pa).
Para uma mudança de pressão isentrópica (adiabática e sem
atrito) de um gás ideal.
v
p
1
1
a
b
a
b
c
c
 onde 
p
p
T
T









Gás ideal:
Transformação adiabática: kPv 
Em equipamentos a razão de compressão rc=pb/pa< [3 a 4], quando
a temperatura isentrópica não é muito grande.
Em compressores com alta rc  10, ela se torna excessiva.
Onde: cp e cv - calor específico à pressão e vazão constantes, respectivamente
RTPV 
Dimensionamento
Em compressores reais existe atrito e o calor (do
atrito) é também absorvido pelo gás. Os
compressores devem ter camisas de resfriamento.
Devido a compressibilidade do fluido e a varaição de 
densidade (). A forma integral da Equação de Bernoulli 
Modificada, usada para as bombas torna-se inadequada.
Considerações:
Dessa forma, a Equação de Bernoulli Modificada para
fluidos compressíveis pode ser escrita na forma
diferencial e é usada para relacionar a carga do
compressor com a variação de pressão.
f2g
v
bgρ
P
p2g
v
agρ
P
hyηWy
2
b
b
b
2
a
a
a 
Sendo:
ya e yb - altura em relação a um plano de entrada (a) e saída (b), respectivamente
va e vb - velocidade média do fluido no ponto (a) e (b), respectivamente
hf – perda de carga por atrito
 - eficiência mecânica global do compressor
Wp – trabalho do compressor
H =  Wp - carga do compressor
Em equipamentos de compressão as energias
mecânicas, potencial e cinética não são
significativas, podendo-se desprezar seus termos.
Admite-se ainda que a perda por atrito é mínima,
com isso  = 1,0 er hf = 0,0 (zero)
Balanço de Energia (desprezando termo de atrito)
2
)(
22
ab
ab
p
p
c
vv
yyg
dp
H
b
a

  
Normalmente 
não existe
Normamente desprezível
em relação ao 1o. termo 
Substituindo e Integrando:
 
 


















1
1ppp
H
1
ab
a
a
c
Compressão Adiabática pvk p/kou
Gás ideal
a
a
a
RT
Mp

M
RTp a
a
a 

 
 

















1
1pp
M
RT
H
1
aba
c
Usa-se gases não ideais
 
 



















 



1
1pp
M
RT
2
zz
H
1
ababa
c
η
QHρ
P c.ot 