2 6 Compressores

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CompressoresCompressores
omo as bombas, os compressores são máquinas acionadas que aumen-
tam a pressão do fluido. Têm construção e funcionamento semelhantes,
sendo as diferenças entre eles decorrentes das distinções de comportamen-
to e propriedades entre líquidos, fluidos incompressíveis, e gases, fluidos
compressíveis. As diferenças são de dimensões dos equipamentos, siste-
mas de vedação e velocidades de operação, que decorrem da menor den-
sidade e da compressibilidade dos gases.
A compressão pode ser entendida como a ação de forçar uma determi-
nada massa de gás confinado, em um volume cada vez menor. Ela produz
um aumento de pressão, acompanhado por uma elevação de temperatu-
ra (aumento da energia interna do gás).
Utilização em refinarias
Compressores para serviços ordinários
São fabricados em série, visando ao baixo custo inicial. Exemplos: servi-
ços de jateamento, limpeza, pintura, acionamento de pequenas máquinas
pneumáticas etc.
Compressores para sistemas industriais
Destinam-se às centrais encarregadas do suprimento de utilidades, como,
por exemplo, de ar, de serviço e de instrumentos. Embora possam chegar
a ser máquinas de grande porte e custo aquisitivo e operacional elevados,
são oferecidas em padrões básicos pelos fabricantes. Isso é possível por-
Unidade 2
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que as condições de operação dessas máquinas costumam variar pouco
de um sistema para outro, com exceção da vazão.
Compressores de gás ou de processo
São requeridos para diferentes gases e para as mais variadas condições
de operação, de modo que sua especificação, operação e manutenção
dependem fundamentalmente da aplicação. Inclui-se nessa categoria,
entre outros, sopradores de ar para regeneradores, compressores de ga-
ses de fracionadoras para envio a unidades de recuperação de gases, com-
pressores de gás de reciclo de reforma catalítica etc. Tratam-se normal-
mente de máquinas de grande vazão e potência.
Compressores de refrigeração
São desenvolvidos especificamente para essa aplicação. Operam com flui-
dos bastante específicos e em condições de sucção e descarga pouco va-
riáveis, possibilitando a produção em série e até mesmo o fornecimento,
incluindo todos os demais equipamentos do sistema de refrigeração. En-
tretanto, nos sistemas de grande porte, compressores de refrigeração são
tratados como um compressor de processo, em que cada um dos compo-
nentes é individualmente projetado. É o caso, por exemplo, dos sistemas
de refrigeração a propano, comuns em refinarias.
Compressores para serviços de vácuo (bombas de vácuo)
São máquinas que trabalham em condições bem peculiares. A pressão de
sucção é subatmosférica, a pressão de descarga é quase sempre atmosfé-
rica e o fluido de trabalho normalmente é o ar.
Na indústria do petróleo estes compressores são usados principalmen-
te com as seguintes finalidades:
Estabelecimento de pressões necessárias a certas reações químicas
Transporte de gases em pressões elevadas
Armazenamento sob pressão
Controle do ponto de vaporização (processos de separação, refrigeração etc.)
Conversão de energia mecânica em energia de escoamento (sistemas
pneumáticos, fluidização, elevação artificial de óleo em campos de explo-
ração etc.)
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Classificação dos compressores
Compressores de deslocamento positivo
Baseiam-se fundamentalmente na redução de volume. Volumes de gás são
admitidos sucessivamente pelo compressor, que os comprime pela ação
de suas partes móveis, aumentando a pressão e liberando para a descar-
ga. São ainda divididos em dois grupos, de acordo com o movimento: al-
ternativos e rotativos.
O impelidor é um pistão que se desloca dentro de um cilindro com movi-
mento alternativo. Este movimento é conseguido pela conversão do mo-
vimento rotativo do acionador em alternativo por sistema biela-manivela.
No curso de aspiração diminui-se a pressão na câmara, abre-se a vál-
vula direcional de entrada e o gás é admitido. Em seguida, no curso de
retorno do pistão o gás é comprimido e a pressão aumenta, até que se abra
a válvula direcional de saída. O ciclo se repete, mantendo o escoamento,
sendo que o fluxo é pulsativo.
Devido ao funcionamento automático das válvulas, o compressor al-
ternativo aspira e descarrega o gás nas pressões existentes na tubulação
de sucção e na tubulação de descarga, respectivamente (é natural ha-
ver uma certa diferença entre as pressões interna e externa ao cilindro
durante a aspiração e a descarga, em função da perda de carga no escoa-
mento). Como uma máquina de deslocamento positivo, produz o mesmo
volume contra qualquer pressão, dentro dos limites de resistência me-
cânica do conjunto, sendo a vazão do compressor proporcional à ve-
locidade da máquina.Têm grande aplicação em refinarias para baixas
vazões e altas pressões. Trabalham com baixa velocidade, sendo conse-
qüentemente grandes em volume, e necessitam de lubrificação. Sua fle-
xibilidade operacional permite que uma instalação possa ser utilizada para
diferentes condições ou diferentes produtos.
Geralmente o cilindro é de ação dupla e refrigerado, para reduzir as di-
latações e absorver parte do calor produzido na compressão. Na compres-
são em vários estágios, cada cilindro em separado representa um estágio, e
o gás é resfriado entre os vários estágios. A compressão em vários estágios
resulta em um menor consumo de energia e também em redução de tem-
ALTERNATIVOS
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peratura. Uma temperatura elevada provoca problemas de lubrificação.
O controle dos compressores alternativos pode ser feito de várias maneiras:
Recirculação descarga/sucção (recomendado para situações esporádi-
cas por desperdiçar muita energia)
Variação da velocidade do êmbolo pela variação da rotação do acionador
Variação do volume admitido, quando a máquina permite a variação
do curso do êmbolo
Válvula na linha de sucção (para compressores pequenos)
Com a variação do curso do êmbolo, podemos variar a capacidade do
compressor alternativo. No final do curso de descarga, uma massa de gás
é retida no espaço da folga entre o êmbolo e o cilindro. No curso de suc-
ção, este gás que estava na pressão de descarga tem que se expandir até
a pressão de sucção, para que haja a abertura das válvulas de admissão.
Durante este processo o êmbolo perde percurso útil, reduzindo o volume
admitido e a eficiência do conjunto. Quando o gás para sucção do com-
pressor é regulado por uma válvula a fim de controlar a vazão, a pressão
de sucção diminui; logo, a densidade do gás na sucção é menor, então a
massa de gás descarregado em cada percurso é menor, a razão de com-
pressão aumenta e a temperatura de descarga sobe.
Principais componentes:
GARRAFA OU VASO DE SUCÇÃO
CORPO
Comporta o sistema de acionamento (biela-manivela), os mancais do eixo,
carter, bombas para os sistemas de lubrificação, mancais da haste e vedação
HASTE
Liga o sistema de acionamento ao êmbolo com movimento retilíneo alter-
nativo
CILINDRO
Recipiente onde o gás é confinado e comprimido pelo êmbolo. Possui ca-
misas para refrigeração
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ÊMBOLO OU PISTÃO
Conectado à haste, percorre o cilindro em contato pelos anéis de segmento,
admitindo e comprimindo o gás
CABEÇOTE
Fecha o cilindro, comportando as válvulas de admissão e descarga e seus
bocais
VÁLVULAS
Normalmente atuam de forma automática pela pressão no cilindro como
válvulas de retenção
GARRAFA OU VASO DE DESCARGA
Recebe o gás comprimido à pressão de descarga, amortece pulsações e
recolhe condensado
As partes móveis do compressor possuem movimento rotativo. A vazão
destes compressores é praticamente contínua e sem pulsação. Têm pou-
ca aplicação em refinarias.
Lóbulos
Consistem em dois lóbulos montados em uma carcaça com pouquíssima
folga, que giram em sentidos opostos. Indicados para baixas pressões e
vazões moderadas. São simples, de baixo custo inicial, não necessitam de
lubrificação por não haver contato entre as partes móveis e a carcaça,
porém têm baixa eficiência devido à recirculação nas folgas.
Parafusos
Consistem em dois parafusos de acionamento sincronizados, montados em
uma carcaça com pouquíssima folga. A conexão do compressor com o sis-
tema é feita através das aberturas de sucção e descarga, diametralmente
opostas. O gás é admitido na sucção e ocupa os intervalos entre os filetes
dos rotores. A partir do momento em que há o engrenamento, o gás nele
contido fica confinado entre o rotor e as paredes da carcaça. A rotação faz
com que o ponto de engrenamento se desloque para frente, reduzindo o
ROTATIVOS
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FIGURA 34 COMPRESSOR ROTATIVO
volume disponível para o gás e provocando a sua compressão, até ser al-
cançada a descarga. A relação de compressão depende da geometria da
máquina e da natureza do gás, podendo ser diferente da relação entre as
pressões do sistema. Não necessitam de lubrificação por não haver con-
tato entre as partes móveis e a carcaça, porém perdem eficiência devido
à recirculação nas folgas.
Palhetas deslizantes
Consistem em um cilindro montado
excêntrico na carcaça, com cavidades
radiais, onde são montadas palhetas
retráteis. O gás é admitido no lado de
maior folga, sendo levado pelas pa-
lhetas e comprimido à medida que a
folga diminui, até a descarga.
Contam com a vantagem de não
necessitar de tolerâncias de monta-
gem refinadas como outros tipos com
partes em contato, tendo assim vida
útil maior. São indicados para baixas
vazões e pressões, tendo baixo rendi-
mento e necessidade de injeção de óleo lubrificante na sucção para lubri-
ficação das palhetas. Ver Figura 34.
De palhetas deslizantes
Compressor alternativo
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Compressores dinâmicos
Os compressores dinâmicos possuem dois componentes principais: impe-
lidor ou rotor e difusor. O impelidor é a parte rotativa ligada ao eixo de
acionamento, munida de pás que transferem ao gás a energia em forma
cinética. O escoamento estabelecido no impelidor é recebido pela parte
estacionária denominada difusor, cuja função é promover a transformação
da energia cinética, com conseqüente ganho de pressão. Os compresso-
res dinâmicos efetuam o processo de compressão de maneira contínua.
Os compressores de rotores centrífugos impelem o gás em sentido per-
pendicular ao eixo. Os compressores de rotores de fluxo axial impelem o
gás em sentido paralelo ao eixo. Podem ser de um ou mais estágios.
Compressores centrífugos
O gás é empurrado pela alta rotação do impelidor e lançado através de um
difusor radial. Os compressores centrífugos podem ter um ou mais está-
gios. São indicados para capacidades variáveis com pressão constante.
Entre os compressores centrífugos que desenvolvem elevadas pressões de
descarga, os tipos mais usados são de rotor fechado, de vários estágios com
difusores na carcaça.
São constituídos por um rotor com
pás inclinadas como uma turbina.
Um estágio do compressor de fluxo
axial consiste em duas fileiras de lâ-
minas, uma rotativa e outra estacio-
nária. As lâminas rotativas do impe-
lidor transmitem energia cinética
(velocidade) ao gás, e a velocidade é
transformada em pressão nas lâmi-
nas estacionárias. São indicados para
capacidades constantes elevadas,
com pressões variáveis, trabalhando
com velocidades superiores aos cen-
trífugos de mesma capacidade.
COMPRESSORES DE FLUXO AXIAL
Compressor axial
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Características do compressor centrífugo
Uma característica peculiar ao compressor centrífugo é a existência de um
limite mínimo de capacidade, abaixo do qual o compressor entra em pul-
sação e começa a vibrar, apresentando ruído. Devido à compressibilida-
de do gás, com capacidades abaixo do limite mínimo, o compressor não
satisfaz à pressão do sistema no qual está descarregando. Isto causa uma
série de escoamentos alternados.
O compressor fornece gás ao sistema e depois recebe o mesmo gás de
volta. Quanto mais pesado o gás e quanto mais estágios possui o compres-
sor, mais elevado é o limite mínimo de capacidade. Deste modo, quanto
mais pesado o gás e maior o número de estágios, mais estreita é a faixa
de capacidade para operação estável.
Compressor axial centrífugo
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Entre os métodos utilizados para a eliminação da pulsação, encontra-
mos os seguintes:
Instalação de válvula de escape para o meio ambiente na linha de des-
carga para sopradores de ar
Instalação de desvio para reciclo
Regulagem da vazão
Com acionador de velocidade variável, a regulagem da velocidade do
rotor resulta em várias condições estáveis de operação. Quando o aciona-
dor é de velocidade constante, a regulagem pode ser feita na sucção (me-
nores perdas de energia, sem alteração das condições de descarga), ou na
descarga (não aconselhada).
Sistemas de vedação
A vedação é de importância crítica para um compressor. Os vários ti-
pos de vedação já mencionados para turbinas a vapor e bombas são em-
pregados.
GAXETAS E SELOS MECÂNICOS
Para vedação de eixos e hastes
ANÉIS DE CARVÃO
Consiste em um ou mais anéis de carvão em seções, mantidos junto ao eixo
com pequena folga, por meio de molas. Usados em compressores de me-
nor capacidade ou em conjunto com outros dispositivos de selagem
LABIRINTOS
O gás é obrigado a passar por diminutas folgas anulares entre as partes
móveis e estacionárias, acarretando uma grande perda de carga que ini-
be o escoamento. Instalado entre estágios de compressores dinâmicos e
na saída dos eixos destes
SELAGEM POR INJEÇÃO DE GÁS
Injeta-se um gás, por exemplo hidrogênio, entre dois elementos de veda-
ção. O gás é injetado a uma pressão superior à manipulada pelo compres-
sor, de forma que penetra no interior do compressor e não vaza para o meio.
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Outro tipo de selagem também utilizado nos compressores centrífugos
é um equivalente ao selo mecânico, chamado de selagem por contato, que
acarreta uma vedação severa. Em alguns casos, estes tipos de vedação são
empregados em conjunto.
Lubrificação
A lubrificação nos compressores dinâmicos é necessária para os mancais
e em alguns casos para os elementos de vedação. Quando o compressor
utiliza a lubrificação apenas para os mancais, o sistema de lubrificação é
relativamente simples.
Os compressores de palhetas deslizantesnecessitam de pulverização
de lubrificante na sucção para o contato entre as palhetas e a carcaça, além
dos mancais. Os compressores alternativos necessitam de lubrificação para
o sistema biela-manivela e seus mancais, para os mancais da haste e para
o contato entre os anéis de segmento do pistão e o cilindro.
Refrigeração
De modo geral, é realizada por água de resfriamento, passando pelo en-
camisamento nas carcaças (em grandes compressores), ou refrigeração a
ar (para pequenos compressores). Em compressores de múltiplos estági-
os pode-se refrigerar o gás com resfriadores instalados entre a descarga
de um estágio e a sucção do estágio seguinte.
A refrigeração dos compressores elimina calor gerado pela operação
da máquina e pela própria compressão do fluido. Resulta em melhores
condições de operação do equipamento, aumentando sua vida útil. Com
a redução da temperatura dos gases comprimidos e conseqüente aumen-
to da densidade, melhora-se o rendimento da compressão, resultando em
economia de energia e baixa temperatura de descarga.
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TIPOS DE
COMPRESSORES
COMPRESSORES PARA SERVIÇOS ORDINÁRIOS
Serviços de jateamento, limpeza, pintura,
acionamento de pequenas máquinas pneumáticas
COMPRESSORES PARA SISTEMAS INDUSTRIAIS
Centrais encarregadas do suprimento
de utilidades
COMPRESSORES DE GÁS OU DE PROCESSO
Requeridos para diferentes gases e para
as mais variadas condições de operação
COMPRESSORES DE REFRIGERAÇÃO
Desenvolvidos especificamente
para essa aplicação
COMPRESSORES PARA SERVIÇOS DE VÁCUO
Bombas de vácuo
1 CONTROLE DOS
COMPRESSORES ALTERNATIVOS
Recirculação descarga/sucção
Variação da velocidade do êmbolo pela
variação da rotação do acionador
Variação do volume admitido,
quando a máquina permite a variação do
curso do êmbolo
Válvula na linha de sucção
(para compressores pequenos)
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COMPRESSORES 11
RESUMO
DEFINIÇÃO
São máquinas acionadas que aumentam a pressão de gases, fluidos compressíveis.
A compressão pode ser entendida como a ação de forçar uma determinada massa de gás
confinado, em um volume cada vez menor. Ela produz um aumento de pressão acompanhado
por uma elevação de temperatura (aumento da energia interna do gás).
FINALIDADES
Estabelecimento de pressões
necessárias a certas reações químicas
Transporte de gases em pressões elevadas
Armazenamento sob pressão
Controle do ponto de vaporização
Conversão de energia mecânica em
energia de escoamento
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COMPRESSORES DE DESLOCAMENTO
POSITIVO ALTERNATIVOS
O impelidor é um pistão que se desloca dentro
de um cilindro com movimento alternativo. No
curso de aspiração do pistão, o gás é admitido.
No curso de retorno, o gás é comprimido e
descarregado. O fluxo é pulsativo. Para baixas
vazões e altas pressões. Geralmente o cilindro é
de ação dupla e refrigerado.
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PRINCIPAIS
COMPONENTES
Garrafa ou vaso de sucção
CorpoCorpoCorpoCorpoCorpo – Comporta o sistema de
acionamento, mancais do eixo, carter,
bombas para os sistemas de lubrificação,
mancais da haste e vedação
Haste – Liga o sistema de acionamento ao
êmbolo com movimento retilíneo alternativo
Cilindro – Recipiente onde o gás é confinado
e comprimido pelo êmbolo. Possui camisas
para refrigeração
Êmbolo ou pistão – Conectado à haste,
percorre o cilindro em contato pelos anéis de
segmento, admitindo e comprimindo o gás
Cabeçote – Fecha o cilindro, comportando
as válvulas de admissão e descarga
e seus bocais
Válvulas – Em geral atuam automaticamente
pela pressão no cilindro como válvulas de
retenção
Garrafa ou vaso de descarga – Recebe
o gás comprimido à pressão de descarga,
amortece pulsações e recolhe condensados
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COMPRESSORES
DINÂMICOS
Os compressores dinâmicos possuem dois
componentes principais: impelidor ou rotor e
difusor. O impelidor é a parte rotativa ligada ao
eixo de acionamento, munida de pás que
transferem ao gás a energia em forma cinética.
O difusor promove a transformação da energia
cinética, com conseqüente ganho de pressão.
Compressão contínua
COMPRESSORES CENTRÍFUGOS
O gás é empurrado pela alta rotação do
impelidor e lançado através de um difusor
radial. Um ou mais estágios. São indicados para
capacidades variáveis com pressão constante
COMPRESSORES DE FLUXO AXIAL
Rotor com pás inclinadas como uma turbina.
Um estágio do compressor de fluxo axial
consiste em duas fileiras de lâminas.
As lâminas rotativas transmitem energia
cinética (velocidade) ao gás, que é transformada
em pressão nas lâminas estacionárias.
São indicados para capacidades constantes
elevadas, com pressões variáveis
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COMPRESSORES DE DESLOCAMENTO
POSITIVO ROTATIVOS
As partes móveis do compressor possuem
movimento rotativo. A vazão destes
compressores é praticamente contínua e sem
pulsação. Têm pouca aplicação em refinarias
LÓBULOS
Dois lóbulos montados em uma carcaça com
pouquíssima folga, que giram em sentidos
opostos. Indicados para baixas pressões e
vazões moderadas
PARAFUSOS
Dois parafusos de acionamento montados em
uma carcaça com pouquíssima folga,
sincronizados. A relação de compressão depende
da geometria da máquina e da natureza do gás
PALHETAS DESLIZANTES
Um cilindro montado excêntrico na carcaça, com
cavidades radiais, onde são montadas palhetas
retráteis. O gás é admitido no lado de maior
folga, sendo levado pelas palhetas e comprimido
à medida que a folga diminui, até a descarga
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COMPRESSORES 22
RESUMO
REFRIGERAÇÃO
Água de resfriamento que passa pelo
encamisamento nas carcaças (em grandes
compressores), ou refrigeração a ar (para
pequenos compressores). Em múltiplos
estágios, resfriadores no interestágio.
Resulta em melhores condições de operação,
aumentando sua vida útil. Melhora o rendimento
da compressão, resultando em economia de
energia e baixa temperatura de descarga
11
CARACTERÍSTICAS DO
COMPRESSOR CENTRÍFUGO
Limite mínimo de capacidade, abaixo do
qual o compressor entra em pulsação e
começa a vibrar, apresentando ruído. Devido à
compressibilidade do gás, com capacidades abaixo
do limite mínimo, o compressor não satisfaz à
pressão do sistema no qual está descarregando.
Isto causa uma série de escoamentos alternados.
O compressor fornece gás ao sistema e depois
recebe o mesmo gás de volta
CONTROLECONTROLECONTROLECONTROLECONTROLE
Instalação de válvula de escape
para o meio ambiente na linha de
descarga para sopradores de ar
Instalação de desvio para reciclo
Regulagem da vazão
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SISTEMAS
DE VEDAÇÃO
Gaxetas e selos mecânicos
Anéis de carvão
Labirintos
Selagem por injeção de gás
Selagem por contato
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LUBRIFICAÇÃO
Necessária para os mancais e em alguns casos
para os elementos de vedação
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