3. Compressores Alternativos de Pist+úo

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Compressores Alternativos de 
Pistão 
Fernanda Mazuco Clain 
fernanda clain@furg.br 
Definição 
• São constituídos fundamentalmente de um 
receptor cilíndrico, em cujo interior se 
desloca, em movimento retilíneo alternativo, 
um êmbolo ou pistão. 
• A entrada e saída do fluido, no receptor, são 
comandadas por válvulas, localizadas na 
tampa, no cilindro ou no próprio êmbolo ou 
pistão. 
Definição 
• Um sistema de transmissão tipo biela-
manivela, articulado diretamente ou por meio 
de haste e cruzeta com o pistão, permite a 
transformação do movimento rotativo do 
motor de acionamento em movimento 
alternativo do pistão (ou êmbolo). 
Definição 
Classificação 
• De simples ou duplo efeito; 
• De um ou mais estágios; 
• De um ou mais cilindros; 
• De baixa, média ou alta pressão; 
• Refrigerados a ar ou água; 
Classificação 
Simples ou duplo efeito 
 
Classificação 
Simples ou duplo efeito 
 
Classificação 
Simples ou duplo efeito 
 
Cruzeta Válvulas 
Mancal 
tipo Bucha 
Carcaça de Ferro Fundido 
Porta de 
Inspeção 
Mancais tipo 
Casquilho 
Classificação 
Simples ou duplo efeito 
• Vantagens do duplo-efeito 
– Maior vazão para um certo volume da câmara de 
compressão; 
– Maior regularidade no funcionamento; 
– Maior rendimento mecânico do compressor; 
– Menor desgaste dos anéis de segmento. 
 
Classificação 
Um ou mais cilindros 
 
Classificação 
Um ou mais estágios 
 
Classificação 
Baixa, média, alta e altíssima pressão 
 
• Baixa pressão, até 1000 psi (68 atm); 
• Média pressão, de 1000 a 2500 psi (68 a 170 
atm); 
• Alta pressão, 2500 a 8000 psi (170 a 544 atm); 
• Altíssima pressão, da ordem de 10000 psi (680 
atm). 
 
Classificação 
Refrigerados a ar ou a água 
 
• O resfriamento a ar é feito por meio de aletas 
colocadas externamente nas paredes e nas 
tampas dos cilindros. 
• O resfriamento a água consiste em fazer 
circular água em cavidades situadas nas 
paredes e nas tampas dos cilindros. 
Classificação 
Refrigerados a ar ou a água 
 
Classificação 
Refrigerados a ar ou a água 
 
Componentes 
• Cilindro; 
• Cabeçote; 
• Válvulas de sucção e de descarga; 
• Pistão; 
• Biela; 
• Eixo de manivelas; 
• Cárter. 
Componentes 
Cilindro 
 
• Executado em material resistente tanto a 
ruptura quanto ao desgaste, dispõe ou não de 
elementos especiais de arrefecimento (aletas 
ou camisa d’água). 
• Ferro fundido cinzento (até 7000 kPa) 
• Ferro fundido nodular (até 10000 kPa) 
• Fundidos ou forjados em aço (até 17000 kPa) 
Componentes 
Cabeçote 
 
• É a tampa do cilindro, de construção 
igualmente reforçada, mantém contra o 
cilindro, perfeita vedação. 
Componentes 
Válvulas de sucção e descarga 
 
• Podem ser de disco, de canal, de palhetas, 
tipo poppet, etc. 
Componentes 
Válvulas de sucção e descarga 
 
Componentes 
Válvulas de sucção e descarga 
 
• As de guias assemelham-se às de MCI e eram 
adotadas em compressores antigos. 
• As de canal e de disco são usadas 
principalmente por fabricantes de 
compressores de grande potência. 
• As de palhetas são usadas normalmente em 
compressores de pequena potência. 
Componentes 
Válvulas de sucção e descarga 
 
Elemento de vedação tipo retangular Elemento de vedação tipo canal 
Componentes 
Válvulas de sucção e descarga 
 
• Na quase totalidade dos casos são acionadas 
pela diferença de pressão. 
 
• Localizam-se no cabeçote, na parede do 
cilindro ou ainda no pistão (compressores de 
amoníaco). 
 
Componentes 
Válvulas de sucção e descarga 
 
• Em compressores pequenos de Freon, a 
aspiração é feita através do cárter. 
 
• Obturadores e sede fabricados normalmente 
em aço inox. 
 
Componentes 
Pistão 
 
• Geralmente oco de duralumínio ou de ferro, 
com ou sem anéis de segmento (anéis de 
compressão e de óleo), quando há 
necessidade de redução de peso; 
• Fabricados em ferro fundido cinzento, nodular, 
alumínio ou aço. 
 
Componentes 
Pistão 
Componentes 
Biela 
 
• Liga o pistão ao eixo de manivelas ou à haste do 
pistão por intermédio da cruzeta; 
 
• Dispõe de uma bucha, geralmente de bronze, 
onde se aloja o pino do pistão e de uma bucha 
bipartida (casquilhos) de metal antifricção, 
removível ou não, onde se conecta ao eixo de 
manivelas. 
 
Componentes 
Biela 
 
Componentes 
Biela 
 
Componentes 
Eixo de manivelas 
 
• Transforma o movimento rotativo do motor de 
acionamento no movimento alternativo do 
pistão. 
• Forjado em aço, é sustentado por mancais de 
deslizamento. 
• Pequenas máquinas (até 150 kW) utilizam em 
geral eixos fundidos e mancais de rolamento. 
 
Componentes 
Eixo de manivelas 
 
Componentes 
Cárter 
 
• Invólucro totalmente fechado que isola o 
conjunto de peças móveis do compressor 
alternativo do exterior. 
• Serve de depósito para o lubrificante, 
permitindo a lubrificação do sistema que pode 
se dar por salpicos (pescador) ou por 
circulação forçada (bomba de engrenagens). 
 
Componentes 
Cárter 
 
• Serve de proteção; 
• Em alguns casos especiais, a lubrificação do 
cilindro é feita por meio do próprio fluido que 
antes de ser admitido recebe uma injeção de 
óleo lubrificante. 
Aspectos Construtivos Gerais 
Selagem da Câmara de Compressão 
• Impedir o vazamento de fluido entre o cilindro 
e o pistão e entre a haste e o fundo do 
cilindro; 
• Anéis de selagem; 
• Na maioria dos casos utilizam-se 3 anéis de 
selagem no pistão; 
• Cada elemento de selagem da haste é 
formado por um par de anéis tri-partidos. 
 
Aspectos Construtivos Gerais 
Selagem da Câmara de Compressão 
• Em compressores lubrificados (cilindros) são 
de bronze ou teflon, em não-lubrificados são 
de teflon. 
 
Aspectos Construtivos Gerais 
Sistemas de Arrefecimento 
 
• Poder adotar, no projeto estrutural, maiores 
tensões admissíveis para o material do 
cilindro; 
 
• Reduzir a temperatura de descarga do gás; 
Aspectos Construtivos Gerais 
Sistemas de Arrefecimento 
 
• Arrefecimento da câmara de compressão: 
– Camisas com circulação forçada; 
– Camisas com circulação natural; 
– Camisas com líquido não-circulante; 
– Cilindros aletados para resfriamento a ar. 
Aspectos Construtivos Gerais 
Sistemas de Lubrificação 
 
• Lubrificação dos anéis de selagem (cilindros) por 
bomba alternativa dotada de múltiplos pequenos 
cilindros, cada qual suprindo independentemente 
um ponto de lubrificação. Esse sistema não tem 
retorno e o óleo sai arrastado pelo gás; 
 
• Lubrificação do bloco do compressor (mancais 
dos elementos de acionamento: eixo, biela, 
cruzeta...) por bomba rotativa (de engrenagens); 
 
Aspectos Construtivos Gerais 
Sistemas de Lubrificação 
 
• Se a contaminação do gás é intolerável 
recomenda-se compressores sem lubrificação 
dos anéis de selagem (cilindros). 
 
Aspectos Construtivos Gerais 
Sistemas de Lubrificação 
 
• Em compressores com lubrificação nos 
cilindros é possível a utilização de anéis 
metálicos (bronze, ferro fundido...) e em 
compressores não lubrificados usam-se anéis 
não-metálicos (teflon). 
Aspectos Construtivos Gerais 
Amortecedores de Pulsação 
 
• Devido à flutuação de pressão: 
– Vibrações das tubulações conectadas ao 
compressor; 
– Deterioração da performance do compressor; 
– Instabilidades e erro nas medições. 
• Alternativas: 
– Amortecedores de pulsações; 
– Projeto adequado do traçado das linhas. 
Aspectos Construtivos GeraisAmortecedores de Pulsação 
 
Aspectos Construtivos Gerais 
Volantes Reguladores 
 
• Aumentam a inércia proporcionando maior 
regularidade da operação, no entanto 
dificultam a partida do compressor, havendo a 
necessidade de verificar se o acionador possui 
sobra de conjugado suficiente para acelerar o 
conjunto. 
Compressão em Múltiplos Estágios 
• A temperatura de descarga é um fator 
limitante no projeto, notadamente para o 
sistema de lubrificação do cilindro e a 
utilização de termoplásticos compostos na 
vedação do pistão, válvulas e haste; 
 
• O arrefecimento do gás dentro do cilindro é 
limitado; 
Compressão em Múltiplos Estágios 
• A relação de compressão por cilindro não 
deve ser superior a 4 para a temperatura não 
ultrapassar 150°C (API Standard 618) e os 
compressores de 4 estágios são os mais 
utilizados (atendem a maior parte da 
demanda). 
• Proporciona menores temperaturas de 
descarga e possibilita o uso de menores 
relações de compressão por cilindro. 
 
Compressão em Múltiplos Estágios 
• Vantagens 
– Permite o uso de materiais de menor custo nas 
vedações; 
– Reduz os esforços mecânicos; 
– Permite um projeto mais compacto, pois há um 
aumento da massa específica do gás (Ta mais 
baixa) e um aumento na eficiência volumétrica (r 
mais baixa); 
Compressão em Múltiplos Estágios 
• Vantagens 
– Permite o uso de cilindros não lubrificados; 
– Melhora a lubrificação das vedações; 
– Minimiza a degradação do lubrificante; 
– Redução do consumo de energia na compressão. 
 
Compressão em Múltiplos Estágios 
Redução do consumo de energia na compressão 
 
Compressão em Múltiplos Estágios 
• Desvantagens 
– Custo de fabricação mais elevado (tubulações, 
trocadores de calor, vasos separadores, 
acessórios...); 
 
– Possibilidade de formação de condensado 
(resfriamento excessivo) reduzindo a eficiência de 
lubrificação e consequentemente a vida útil das 
vedações; 
 
Compressão em Múltiplos Estágios 
• Desvantagens 
– Maior complexidade do projeto das tubulações 
(maior peso do conjunto, menores frequências; 
maiores amplitudes de vibração natural); 
 
– Perda de pressão no sistema de inter-
resfriamento. 
 
Controle de Capacidade 
• Parada e partida do acionador; 
• Recirculação; 
• Variação de rotação; 
• Estrangulamento na sucção; 
• Alívio das válvulas de sucção; 
• Variação do volume morto; 
• Variação do n° de cilindros no 1° estágio; 
• Variação do curso efetivo de compressão; 
• Emprego de um compressor booster; 
 
Controle de Capacidade 
Parada e partida do acionador 
• O compressor é desligado quando a pressão 
de descarga atinge um limite superior e 
religado quando é atingido o limite inferior de 
pressão; 
• Satisfatório apenas para sistemas que 
apresentam demanda intermitente ou muito 
baixa e admitam uma variação relativamente 
ampla da pressão de descarga. 
 
 
Controle de Capacidade 
Recirculação 
• A vazão que excede à demanda do sistema é 
resfriada e reconduzida à sucção através de 
uma linha de reciclo. 
• É o mais anti-econômico de todos, pelo 
desperdício de potência e pela introdução de 
um custo adicional referente ao resfriamento 
do gás recirculado. 
 
 
Controle de Capacidade 
Recirculação 
• O gás da descarga deve passar por um 
resfriador antes de recircular para a admissão 
para não haver elevação da temperatura de 
admissão com perda de qualidade da 
lubrificação do cilindro e redução da vida útil 
das vedações. 
• Possibilita a regulagem contínua do 
compressor. 
 
 
Controle de Capacidade 
Recirculação 
 
Controle de Capacidade 
Variação da Rotação 
• A implementação é relativamente simples e 
conduz a satisfatórios resultados econômicos 
para qualquer tipo de acionador, exceto os 
motores elétricos de corrente alternada; 
• Há a possibilidade de se operar numa rotação 
que induz a um elemento qualquer da 
instalação entrar em ressonância; 
• Alto conjugado requerido para aumentar a 
rotação. 
 
 
Controle de Capacidade 
Estrangulamento da Sucção 
• O fechamento parcial de uma válvula de 
controle, colocada na sucção, provoca queda 
na pressão de aspiração do compressor, 
fazendo cair o rendimento volumétrico, a 
massa específica do gás e, consequentemente, 
a vazão mássica. 
• Extremamente simples e possibilita a 
regulagem contínua da vazão. 
 
Controle de Capacidade 
Estrangulamento da Sucção 
• Com o aumento da relação de compressão, há 
um aumento na potência consumida, na 
temperatura de descarga do gás e na carga de 
pressão sobre a haste do compressor (devido 
ao maior Δp entre as duas faces do pistão). 
• Raramente é utilizado em processamento 
industrial. 
 
 
Controle de Capacidade 
Alívio das Válvulas de Sucção 
• Ação mecânica (descarregador) sobre os 
obturadores das válvulas de sucção do 
compressor, mantendo-as abertas, impedindo 
a elevação da pressão no interior do cilindro, 
assim a vazão cai a zero (operação em vazio). 
 
 
Controle de Capacidade 
Variação do Volume Morto 
• Variação artificial do volume morto do 
compressor através de uma ligação deste com 
um volume adicional externo, alterando-se o 
rendimento volumétrico e, 
consequentemente, a vazão. 
• Instalação de vasos de pressão com volumes 
previamente calculados para aumentar o 
volume morto. 
 
 
Controle de Capacidade 
Variação do Volume Morto 
• Instalação de um êmbolo metálico acionado 
por um sistema rosqueado. 
 
 
Controle de Capacidade 
Variação do Nº de Cilindros no 1° Estágio 
• Consiste em remover as válvulas de admissão 
do cilindro que se deseja eliminar a vazão, ou 
mesmo remover o cilindro; 
 
• No caso de se manter o cilindro é necessário 
manter a lubrificação; 
 
 
Controle de Capacidade 
Variação do Nº de Cilindros no 1° Estágio 
• No caso da remoção do cilindro, um 
contrapeso deve ser corretamente 
dimensionado e instalado para manter o 
balanceamento; 
• Este método só se aplica em compressores 
que possuam mais de um cilindro no 1° 
estágio. 
 
 
Controle de Capacidade 
Variação do Curso Efetivo de Compressão 
• É realizada através de um atuador hidráulico, 
com atuação proporcional à demanda de 
vazão; 
• Um CLP controla em que ponto do curso do 
pistão a válvula de admissão deve ser fechada; 
• Este método ainda apresenta um custo 
elevado em função de sua complexidade. 
 
 
Controle de Capacidade 
Utilização de Compressor Booster (auxiliar) 
• A inserção de um booster tem a função de elevar 
a pressão de admissão do compressor 
alternativo, reduzindo sua razão de compressão, 
aumentando sua eficiência volumétrica e, 
consequentemente, sua capacidade. 
• Na maioria das aplicações o booster tem sido do 
tipo dinâmico, mas o compressor de parafusos 
também tem sido empregado com sucesso. 
 
 
 
Controle de Capacidade 
• Todos os métodos devem ser bem avaliados, 
pois operar o compressor fora da sua 
capacidade nominal será sempre um fator de 
redução de sua eficiência energética. 
 
• Os métodos mais utilizados são o alívio das 
válvulas de sucção e a variação do volume 
morto, inclusive de forma combinada.