Compressores Dinâmicos SURGE e STONEWALL

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Aspectos Operacionais de Aspectos Operacionais de 
Compressores DinâmicosCompressores Dinâmicos
Limite de Surge Limite de Surge -- Limite de Limite de StonewallStonewall e e 
Velocidades CrVelocidades Crííticasticas
FTESM FTESM –– Engenharia Mecânica Engenharia Mecânica –– TecalTecal--IIII
2011 / 012011 / 01
Compressores CentrCompressores Centríífugos fugos 
�� Os compressores centrOs compressores centríífugos possuem dois elementos mecânicos principais: o fugos possuem dois elementos mecânicos principais: o 
Impelidor e o Difusor.Impelidor e o Difusor.
Compressores CentrCompressores Centríífugosfugos
�� O impelidor ou rotor O impelidor ou rotor éé o elemento mecânico rotativo equipado por po elemento mecânico rotativo equipado por páás que s que 
transfere ao gtransfere ao gáás a energia recebida do acionador (ms a energia recebida do acionador (mááquina motriz), a qual se quina motriz), a qual se 
faz em parte na forma cinfaz em parte na forma cinéética e em outra parte na forma de entalpia. Em tica e em outra parte na forma de entalpia. Em 
seguida, o fluxo do gseguida, o fluxo do gáás estabelecido pelo impelidor s estabelecido pelo impelidor éé direcionado para o direcionado para o 
Difusor, que Difusor, que éé um elemento fixo, onde a velocidade decresce e a pressão um elemento fixo, onde a velocidade decresce e a pressão 
aumenta. aumenta. 
Compressores CentrCompressores Centríífugosfugos
�� A funA funçção do Difusor ão do Difusor éé promover a transformapromover a transformaçção da energia cinão da energia cinéética (alta tica (alta 
velocidade) em entalpia, com conseqvelocidade) em entalpia, com conseqüüente ganho de pressão, na medida em ente ganho de pressão, na medida em 
que a que a áárea do difusor vai aumentado em direrea do difusor vai aumentado em direçção a descarga.ão a descarga.
SurgeSurge
�� Os compressores centrOs compressores centríífugos podem apresentar um sfugos podem apresentar um séério problema rio problema 
operacional operacional àà medida que a relamedida que a relaçção de compressão aumenta, isto ão de compressão aumenta, isto éé, a rela, a relaçção ão 
entre a pressão do gentre a pressão do gáás na descarga e a pressão na sucs na descarga e a pressão na sucçção do compressor com ão do compressor com 
vazão reduzida.vazão reduzida.
�� Com uma relaCom uma relaçção de compressão elevada e vazão reduzida esta vazão tornaão de compressão elevada e vazão reduzida esta vazão torna--se se 
seriamente instseriamente instáável e pode atvel e pode atéé reverter completamente no interior do reverter completamente no interior do 
compressor.compressor.
�� Esta condiEsta condiçção ão éé chamada de chamada de ““surgesurge””. Ela perturba o equil. Ela perturba o equilííbrio de forbrio de forçças as 
dentro do compressor, podendo landentro do compressor, podendo lanççar as partes rotativas contra as fixas, ar as partes rotativas contra as fixas, 
causando danos ao seu redor.causando danos ao seu redor.
�� O surge em pequena escala pode reduzir a eficiência da maquina, O surge em pequena escala pode reduzir a eficiência da maquina, danificando danificando 
a selagem interna da mesma.a selagem interna da mesma.
SurgeSurge
�� Razoes que podem levar o compressor ao surge:Razoes que podem levar o compressor ao surge:
�� > Queda de pressão na suc> Queda de pressão na sucçção do compressor por falha no abastecimento;ão do compressor por falha no abastecimento;
�� > Estrangulamento excessivo da entrada do compressor;> Estrangulamento excessivo da entrada do compressor;
�� > Compressor recebe g> Compressor recebe gáás de outro compressor que parou;s de outro compressor que parou;
�� > Queda da rota> Queda da rotaçção do compressor;ão do compressor;
�� > Queda no peso molecular do g> Queda no peso molecular do gáás a ser comprimido;s a ser comprimido;
�� > Aumento na temperatura do g> Aumento na temperatura do gáás a ser comprimido;s a ser comprimido;
�� > Sujeira interna ao compressor;> Sujeira interna ao compressor;
�� > Vazamento na selagem interna entre os est> Vazamento na selagem interna entre os estáágios do compressor;gios do compressor;
�� > Presen> Presençça de la de lííquidos nos caminhos interquidos nos caminhos inter--estestáágios de compressão.gios de compressão.
SurgeSurge
�� De todas as razões anteriormente citadas, a mais critica De todas as razões anteriormente citadas, a mais critica éé a queda da rotaa queda da rotaçção ão 
do conjunto rotativo, em caso de pressão de sucdo conjunto rotativo, em caso de pressão de sucçção e de descarga constantes.ão e de descarga constantes.
StonewallStonewall
�� Compressores centrCompressores centríífugos industriais são projetados para funcionar em fugos industriais são projetados para funcionar em 
regime de escoamento subsônico.regime de escoamento subsônico.
�� Se a vazão de operaSe a vazão de operaçção ão éé elevada a um valor excessivo, a velocidade de elevada a um valor excessivo, a velocidade de 
escoamento do gescoamento do gáás pode atingir o valor sônico em algum ponto no interior do s pode atingir o valor sônico em algum ponto no interior do 
compressor, geralmente na entrada das pcompressor, geralmente na entrada das páás do impelidor, caracterizando o que s do impelidor, caracterizando o que 
se denomina limite de se denomina limite de ““StonewallStonewall””..
�� Essa condiEssa condiçção operacional resulta na impossibilidade de aumentar a vazão a ão operacional resulta na impossibilidade de aumentar a vazão a 
partir desse ponto, alpartir desse ponto, aléém de uma acentuada queda na eficiência do processo de m de uma acentuada queda na eficiência do processo de 
compressão.compressão.
�� O limite de O limite de ““StonewallStonewall”” não representa ameanão representa ameaçça a àà integridade do compressor, integridade do compressor, 
mas pode se constituir em um grave inconveniente caso venha ocormas pode se constituir em um grave inconveniente caso venha ocorrer dentro rer dentro 
da faixa de vazão necessda faixa de vazão necessáária ria àà operaoperaçção do sistema.ão do sistema.
StonewallStonewall
�� ServiServiçços com gases dotados de alto os com gases dotados de alto ““peso molecularpeso molecular”” ou ou ““em baixas em baixas 
temperaturastemperaturas”” merecem especial atenmerecem especial atençção, quanto a esse aspecto, pois a ão, quanto a esse aspecto, pois a 
velocidade sônica nessas condivelocidade sônica nessas condiçções no gões no gáás s éé baixa, sendo alcanbaixa, sendo alcanççada em vazões ada em vazões 
mais reduzidas.mais reduzidas.
�� Ao contrario, quando se trabalha com gases leves e aspirados em Ao contrario, quando se trabalha com gases leves e aspirados em 
temperaturas normais, o limite de temperaturas normais, o limite de ““StonewallStonewall”” pode estar muito pode estar muito àà direita do direita do 
grgrááfico de desempenho do compressor, correspondendo a vazões totalmfico de desempenho do compressor, correspondendo a vazões totalmente ente 
fora das perspectivas de utilizafora das perspectivas de utilizaçção do compressor e por isso nem mesmo, ão do compressor e por isso nem mesmo, 
sendo inclusendo incluíído na representado na representaçção das curvas caracterão das curvas caracteríísticas.sticas.
Limites OperacionaisLimites Operacionais
�� RestriRestriçções impostas ao funcionamento dos compressores centrões impostas ao funcionamento dos compressores centríífugos sob fugos sob 
determinadas circunstanciais acabam por delimitar uma determinadas circunstanciais acabam por delimitar uma áárea rea úútil de operatil de operaçção ão 
sobre o conjunto de curvas caractersobre o conjunto de curvas caracteríísticas, conforme figura abaixo:sticas, conforme figura abaixo:
Limites de RotaLimites de Rotaççãoão
�� A mA mááxima rotaxima rotaççãoem regime continuo de operaão em regime continuo de operaçção ão éé definida em fundefinida em funçção do ão do 
nníível de esforvel de esforçços a que os a que éé submetido o conjunto rotativo, enquanto a rotasubmetido o conjunto rotativo, enquanto a rotaçção ão 
mmíínima deve se situar acima da primeira velocidade critica de vibrnima deve se situar acima da primeira velocidade critica de vibraaçção.ão.
Velocidades CrVelocidades Crííticas e Fundamentaisticas e Fundamentais