7. Compressores Axiais

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Compressores Axiais 
Introdução 
• O fluxo de gás é paralelo ao eixo; 
• Existem poucos instalados em unidades 
industriais de processamento, pois destinam-se a 
vazões extremamente elevadas (300000 m³/h); 
• Com custo de aquisição pouco mais elevado que 
o centrífugo, seu único concorrente, opera com 
eficiências bem maiores, produzindo um rápido 
retorno em termos de custo operacional; 
 
Introdução 
• A maior parte dos instalados possuem ar 
como fluido de trabalho: 
– Sopradores de ar de fornos siderúrgicos e fornos 
de craqueamento catalítico em refinarias; 
– Plantas de oxigênio, liquefação de gás natural, 
acetileno, ácido nítrico... 
– Centrais públicas de fornecimento de gás para uso 
doméstico. 
 
Introdução 
• Relações de compressão bastante baixas, 
compatíveis com grandes vazões, raramente 
ultrapassam 600kPa; 
• Potências elevadas, quase sempre superiores 
a 10000 kW. 
 
Classificação 
• Ventiladores helicoidais; 
 
• Ventiladores tubo-axiais; 
 
• Turbocompressores axiais. 
 
Classificação 
• Ventiladores helicoidais 
 
– São constituídos por uma simples hélice, 
geralmente destinados a movimentar o ar 
ambiente. 
 
Classificação 
• Ventiladores tubo-axiais 
 
– São providos de um envoltório que permite a 
canalização do fluido, tanto à entrada como à 
saída do rotor; 
 
Classificação 
• Ventiladores tubo-axiais 
– Quando se deseja alto rendimento, são usados 
orientadores da veia fluida, tanto à entrada como 
à saída do rotor para evitar a giração; 
– Normalmente projetados para baixas pressões e 
altas vazões; 
– Podem atingir rendimentos adiabáticos elevados 
(90%); 
 
Classificação 
• Turbocompressores axiais 
– Funcionam como os ventiladores do mesmo tipo, 
mas são constituídos de vários estágios de 
compressão; 
– Dispõem de uma série de pás móveis (rotor), 
intercaladas entre pás fixas, que servem de 
difusor para o rotor precedente e de distribuidor 
para o seguinte; 
 
Classificação 
• Turbocompressores axiais 
– Para velocidades periféricas da ordem de 200 a 
250 m/s, a relação de compressão obtida para o 
ar, em cada rotor, é da ordem de 1,08; 
 
Classificação 
• Turbocompressores axiais 
– Apesar de exigir mais estágios de compressão do 
que um centrífugo, suas dimensões são mais 
reduzidas para iguais pressão e vazão; 
– Possui rendimento adiabático elevado, podendo 
atingir 85%; 
 
Classificação 
• Turbocompressores axiais 
São usados em: 
 
– Instalações de turbinas a gás; 
– Turborreatores de aviões; 
– Altos-fornos... 
 
Controle de Capacidade 
• As variações de rotação requeridas para 
proporcionar os ajustes necessários ao 
sistema são nesse caso muito mais amplas 
que nos compressores centrífugos, o que 
pode acarretar um conflito entre as 
necessidades do controle e as limitações de 
rotação; 
• O método de variação da rotação não é 
muitas vezes o mais adequado; 
 
Controle de Capacidade 
• Emprega-se a mudança do ângulo das pás 
fixas do compressor, alterando a geometria do 
escoamento e produzindo uma ampla gama 
de possibilidades operacionais sem perdas 
significativas de eficiência; 
• A desvantagem reside na dependência de um 
mecanismo capaz de variar simultânea e 
identicamente a posição de todas as pás; 
 
Controle de Capacidade 
• Em alguns compressores o ajuste é efetuado 
apenas sobre as pás dos primeiros estágios, 
mas isso limita a possibilidade de controle a 
uma faixa estreita; 
 
Limites Operacionais 
• Limite de “rotating stall” 
– A maior perda de eficiência ocorre devido ao 
“profile drag” (arrasto de forma), um efeito tão 
mais intenso quanto maior o ângulo de incidência 
(i) do fluxo nas pás. A situação mais desfavorável é 
a incidência positiva (vazão inferior a de projeto 
na rotação considerada), que a partir de um certo 
valor pode provocar o deslocamento da camada 
limite de escoamento, fenômeno conhecido como 
“stall”. 
Limites Operacionais 
• Limite de “rotating stall” 
Limites Operacionais 
• Limite de “rotating stall” 
– O “stall” provoca um súbito e acentuado aumento 
da resistência ao escoamento comprometendo a 
eficiência do desempenho do compressor e 
induzindo, possivelmente, um movimento 
vibratório das palhetas; 
– Manifestando-se inicialmente como um fenômeno 
localizado, costuma se transferir as pás vizinhas 
criando uma onda perturbadora rotativa em torno 
do eixo; 
Limites Operacionais 
• Limite de “surge” 
– Se após o “rotating stall”, prosseguir a redução da 
vazão, haverá a ocorrência do “surge” com as 
mesmas características descritas para os 
compressores centrífugos; 
– Nas rotações mais reduzidas ou quando a 
capacitância do sistema é pequena, é maior a 
probabilidade de ocorrência de “rotating stall”, ao 
passo que na situação inversa o limite operacional 
se estabeleceria em função do “surge”; 
Performance 
• Em termos de especificação, projeto, 
montagem e manutenção tem um tratamento 
semelhante aos compressores centrífugos; 
• A vazão é menos influenciada pelas variações 
no head que nos centrífugos; 
• A potência consumida é sensivelmente 
decrescente com a vazão, ao contrário dos 
centrífugos. 
Performance 
Performance 
• O limite operacional à direita da curva de 
performance é o “stonewall”; 
 
• À esquerda (limite inferior de vazão) pode 
ocorrer o “rotating stall” e, com a vazão ainda 
menor, o “surge”. 
Performance 
• Potência consumida 
𝑊 𝑒 =
𝑚 𝑎 . 𝑤𝑘
η𝑘 . η𝑚 .η𝑣
 
 
 
 
 
 
 
• wk = trabalho adiabático 
Performance 
• Grau de reação 
– Fornece uma medida de quanto o rotor contribui 
para o aumento total da pressão estática no 
estágio 
 
𝜎 =
𝐴𝑢𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙𝑝𝑖𝑎 𝑒𝑠𝑡á𝑡𝑖𝑐𝑎
𝐴𝑢𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙𝑝𝑖𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
 
 
Referências Bibliográficas 
• RODRIGUES, Paulo Sergio Barbosa. 
Compressores Industriais. Rio de Janeiro: EDC, 
1991. 
 
• COSTA, Enio Cruz da. Compressores. São 
Paulo: Edgard Blucher, 1978.