6. Compressores Centr+¡fugos

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Compressores Centrífugos 
Definição 
• Máquinas rotativas geradoras destinadas a 
aumentar a energia utilizável dos fluídos elásticos 
pelo aumento de sua pressão dinâmica ou 
cinética. 
• O fluído é impulsionado por meio de um rotor 
provido de pás, do qual sai com pressão e 
velocidades elevadas para ser coletado por uma 
série de canais difusores ou caixa em forma de 
caracol (voluta) onde a energia cinética é 
transformada, quase totalmente, em pressão. 
Classificação 
• Ventiladores Centrífugos 
 
• Compressores Centrífugos 
 
• Turboventiladores 
 
• Turbocompressores 
Classificação 
• Ventiladores Centrífugos 
– Possuem um único estágio de compressão (1 
rotor); 
– Produzem diferenças de pressão inferiores a 700 
kgf/m²; 
Classificação 
• Ventiladores Centrífugos 
– Baixa pressão: diferenças de pressão inferiores a 
150 kgf/m²; 
– Média pressão: diferenças de pressão entre 150 e 
250 kgf/m²; 
– Alta pressão: diferenças de pressão superiores a 
250 kgf/m²; 
Classificação 
• Compressores Centrífugos 
– Possuem um único estágio de compressão (1 
rotor); 
– Produzem diferenças de pressão superiores a 700 
kgf/m²; 
– Utilizados em transporte pneumático e na 
aspiração de gases quentes em indústrias 
químicas; 
Classificação 
• Compressores Centrífugos 
– Pressão máxima limitada pela resistência dos 
materiais é de 5500 kgf/m²; 
– Pressão máxima limitada por considerações de 
ordem econômica é de 3500 kgf/m². 
Classificação 
• Turboventiladores 
– Vários estágios de compressão; 
– Diferenças de pressão não muito elevadas (0,25 a 
1 kg/cm²). 
Classificação 
• Turbocompressores 
– Vários estágios de compressão; 
– Pressão final superior a 3 kgf/cm², o que justifica o 
uso de refrigeração intermediária simples ou 
múltipla, se o número de estágios for elevado; 
Classificação 
• Turbocompressores 
– Construção difícil, exigindo acabamento mecânico 
perfeito; 
– Número máximo de estágios adotado é de 12, 
com os quais são atingidas, para rotações de 6000 
rpm e diâmetros da ordem de 600 mm, pressões 
superiores a 10 kgf/cm². 
Classificação 
• Turbocompressores 
Componentes 
• Os compressores centrífugos são constituídos 
essencialmente de uma entrada, ou 
distribuidor, de um ou mais impulsores, ou 
rotores, providos de pás e montados sobre um 
eixo comum, e de uma caixa coletora, 
amortecedora, ou difusor. 
 
Componentes 
• Distribuidor (D) 
– Guia o fluido de maneira uniforme para os canais 
móveis do rotor; 
– Forma de tronco de cone, com o raio da base 
menor igual ao raio interno do rotor; 
 
Componentes 
• Distribuidor (D) 
– Usado para reduzir o atrito na entrada, as vezes é 
dotado de palhetas diretrizes que podem ser fixas 
ou móveis. 
 
Componentes 
• Rotor (R) 
– É constituído de uma série de canais fixos entre si 
que giram em torno de um eixo; 
– Ao entrar no rotor a velocidade absoluta do fluido 
é a resultante das velocidades tangencial e 
relativa; 
 
u = velocidade tangencial do rotor 
w = velocidade do fluido em relação ao rotor 
c = velocidade absoluta do fluido 
Componentes 
• Rotor (R) 
 
u = velocidade tangencial do rotor 
w = velocidade do fluido em relação ao rotor 
c = velocidade absoluta do fluido 
Componentes 
• Rotor (R) 
– O espaço compreendido entre os raios interno e 
externo é denominado de coroa; 
– Pode ser construído em metal fundido 
(turbocompressores) ou simplesmente em chapa 
cravada ou soldada (ventiladores); 
 
Componentes 
• Rotor (R) 
– A separação dos diversos canais do rotor é feita 
por meio das pás; 
– As pás podem ser inclinadas para trás, em sentido 
contrário ao da rotação (β<90°); 
– As pás podem ser inclinadas para frente, no 
sentido da rotação (β>90°); 
 
Componentes 
• Rotor (R) 
– Quanto maior β, maior a transferência de energia, 
porém é mais comum utilizar β<90° porque: 
• Quanto maior o β, menor a eficiência do compressor; 
• O aumento do β causa uma redução na faixa de 
operação estável do compressor. 
 
Componentes 
• Rotor (R) 
– O ângulo β1 costuma ser inferior a 90° para que o 
fluido aspirado seja admitido com o mínimo de 
choque, exceto em alguns exaustores industriais 
de partículas; 
– O número mínimo de pás (z) deve ser o suficiente 
para que haja uma boa orientação no 
escoamento, o que é conseguido com ângulos de 
divergência total de 10 a 12°; 
 
Componentes 
• Rotor (R) 
– Em alguns casos é interessante dobrar o número 
de pás na saída do rotor; 
 
 
 
 
 
 
– De um modo geral, é sempre aconselhável o 
maior número possível de pás. 
 
Componentes 
• Difusor (C) 
– Transforma a energia cinética atribuída ao fluido 
pelo rotor em energia de entalpia; 
 
– Pode ser dos seguintes tipos: 
• Coroa de palhetas diretrizes; 
• Anel diretor liso; 
• Caixa coletora amortecedora. 
Componentes 
• Difusor (C) 
– Coroa de palhetas diretrizes 
• Constitui-se de uma série de palhetas formando canais 
divergentes; 
Componentes 
• Difusor (C) 
– Anel diretor liso 
• É formado por duas paredes divergentes colocadas no 
prolongamento da periferia do rotor; 
 
Componentes 
• Difusor (C) 
– Caixa coletora amortecedora 
• Caixa coletora com largura variável; 
 
Limites Operacionais 
Restrições impostas ao funcionamento 
 
• Limites de rotação; 
• Limite de “surge”; 
• Limite de Stonewall. 
 
Limites Operacionais 
• Limites de rotação 
– A rotação máxima é definida em função do nível 
de esforços a que é submetido o conjunto 
rotativo; 
– A rotação mínima deve se situar acima da 1° 
velocidade crítica de vibração; 
– De acordo com o standard 617 do API, esses 
limites devem corresponder respectivamente a 
105% da maior rotação e 85% da menor rotação 
requeridas pelas condições especificadas para a 
máquina. 
Limites Operacionais 
• Limite de “surge” 
– Caracterizado pela instabilidade do ponto de 
operação, ocorre quando a vazão que o sistema se 
mostra capaz de absorver é inferior a certo valor 
mínimo; 
– Manifesta-se através de oscilações de vazão e 
pressões do sistema em geral acompanhadas de 
forte ruído e intensa vibração do compressor, 
podendo levar rapidamente a uma falha 
mecânica. 
 
Limites Operacionais 
• Limite de “surge” 
 
Limites Operacionais 
• Limite de Stonewall 
– Ocorre quando a vazão é elevada a ponto de a 
velocidade do escoamento atingir o valor sônico 
em algum ponto no interior do compressor 
(usualmente na entrada das pás do impelidor); 
– O resultado prático é a impossibilidade de 
aumentar a vazão a partir desse ponto, além de 
uma acentuada que da na eficiência do processo 
de compressão. 
 
Controle de Capacidade 
• É utilizado para manter constante o valor de uma 
variável de processo mediante atuação no 
compressor; 
• A variável controlada é quase sempre escolhida 
entre a pressão de sucção, a pressão de descarga 
e a vazão mássica; 
• Os métodos mais empregados são: 
– Variação da rotação; 
– Estrangulamento na sucção; 
– Mudança no ângulo das pás guias. 
 
Controle de Capacidade 
• Variação de rotação 
 
– É o método mais utilizado, exceto quando o acionador 
é um motor elétrico de corrente alternada; 
– Comparativamente, os compressores centrífugos 
mostram grande sensibilidade da vazão às variações 
de rotação e isso é favorável pois permite que os 
acionadores operem em condições de elevada 
eficiência e em uma faixa a salvo das velocidades 
críticas de vibração; 
 
Controle de Capacidade 
• Estrangulamento na sucção 
 
– É o método mais utilizado quando o acionadordo 
compressor apresenta qualquer dificuldade com 
relação a variação de rotação; 
– O controle se realiza através da atuação em uma 
válvula instalada na tubulação de sucção do 
compressor; 
 
Controle de Capacidade 
• Mudança do ângulo das pás guias 
 
– Alguns compressores centrífugos possuem, na 
entrada do 1° estágio (distribuidor), um 
dispositivo de pás fixas com ângulo de orientação 
variável no sentido de produzir uma pré-rotação 
do escoamento e obter assim variação da 
capacidade; 
– Conforme a pré-rotação seja no mesmo sentido 
da rotação ou em sentido contrário, haverá 
respectivamente diminuição ou aumento da 
energia transferida ao gás. 
 
Controle Anti-surge 
• Impedir que o compressor seja levado a uma 
condição de operação instável devido a uma 
redução na vazão requerida pelo sistema; 
• É empregado tradicionalmente um esquema 
de recirculação; 
Performance 
• Rendimento volumétrico 
– Depende essencialmente de seu acabamento e 
limites de pressão; 
– É a relação entre as vazões mássicas de fluido 
comprimido que deixa o compressor e a que passa 
pelo rotor. 
Performance 
• Rendimento adiabático 
Entalpia x Entropia 
Performance 
• Rendimento mecânico 
– Usado para compensar as perdas mecânicas por 
atrito que se verificam entre os órgãos móveis: 
Mancais; 
Vedação; 
Retentores; 
Gaxetas. 
Performance 
• Potência consumida 
𝑊 𝑒 =
𝑚 𝑎 . 𝑤𝑘
η𝑘 . η𝑚 .η𝑣
 
 
 
 
 
 
 
• wk = trabalho adiabático 
Performance 
• Grau de reação 
– A transferência de energia do acionador para o 
gás, referida à unidade de massa recebe o nome 
de head (H). 
– Head estático (Hs) – é incorporado pelo gás na 
forma de entalpia; 
– Head dinâmico (Hd) – é incorporado pelo gás na 
forma de energia cinética; 
 
𝐻 = 𝐻𝑠 + 𝐻𝑑 = ∆ℎ + 
∆𝐶2
2
 
Performance 
• Grau de reação 
– No difusor ocorre a transformação da carga 
dinâmica em estática; 
– Grau de reação é a relação entre o aumento de 
entalpia estática no impelidor e o aumento de 
entalpia total. 
 
𝜎 =
𝐻𝑠
𝐻
 
 
Performance 
• Grau de reação 
 
– Como há degradação de energia associada ao 
processo de difusão, no sentido de se obter 
elevada eficiência, é aconselhável trabalhar com 
impelidores de alto grau de reação. 
 
Referências Bibliográficas 
• RODRIGUES, Paulo Sergio Barbosa. 
Compressores Industriais. Rio de Janeiro: EDC, 
1991. 
 
• COSTA, Enio Cruz da. Compressores. São 
Paulo: Edgard Blucher, 1978.