Compressores axiais

Prévia do material em texto

Compressores Axiais
Prof. Crístofer Hood Marques (FURG)
Introdução
 O fluxo de gás é paralelo ao eixo;
 Existem poucos instalados em unidades industriais
de processamento, pois destinam-se a vazões
extremamente elevadas (300.103 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:
o Sopradores de ar de fornos siderúrgicos e fornos
de craqueamento catalítico em refinarias;
o Plantas de oxigênio, liquefação de gás natural,
acetileno, ácido nítrico...
o Centrais públicas de fornecimento de gás para uso
doméstico
Introdução
 Relações de compressão bastante baixas,
compatíveis com grandes vazões, raramente
ultrapassam 600 kPa;
 Potências elevadas, quase sempre superiores a
10.103 kW.
Classificação
 Podem ser classificados de maneira geral em:
o Ventiladores helicoidais;
o Ventiladores tubo-axiais;
o Turbocompressores axiais.
Classificação
 Ventiladores helicoidais
o São constituídos por uma simples hélice,
geralmente destinados a movimentar o ar
ambiente.
Classificação
 Ventiladores tubo-axiais
o São providos de um envoltório que permite a
canalização do fluido, tanto à entrada como à
saída do rotor;
Classificação
 Ventiladores tubo-axiais
o Quando se deseja alto rendimento, são usados
orientadores da veia fluida, tanto à entrada como à
saída do rotor para evitar a giração;
o Normalmente projetados para baixas pressões e
altas vazões;
o Podem atingir rendimentos adiabáticos elevados
(90%);
Classificação
 Turbocompressores axiais
o Funcionam como os ventiladores do mesmo tipo,
mas são constituídos de vários estágios de
compressão;
o 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
Classificação
 Turbocompressores axiais
o 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;
o Apesar de exigir mais estágios de compressão do
que um centrífugo, suas dimensões são mais
reduzidas para iguais pressão e vazão;
o Possui rendimento adiabático elevado, podendo
atingir 85%;
Classificação
 Turbocompressores axiais
o São usados em:
• Instalações de turbinas a gás;
• Turborreatores de aviões;
• Altos-fornos...
Performance
Performance
 A vazão é menos afetada por variações do
trabalho específico do que nos centrífugos;
 A potência consumida é sensivelmente
decrescente com a vazão, ao contrário dos
centrífugos;
Performance
 Vazão de operação
h
ie
ma
DD
cV  .
4
).(
.
22


Performance
 Vazão de operação
o Para um mesmo raio:
• r1=r2=r
• u1=u2=u
• c1m=c2m=cm
u
c
cu
c
tg m
u
m 


11
1
1
u
m
u
m
cu
c
cu
c
tg
222
2
2




k
u
u
pp
c
 ..
12
2


Para p2-p1<=0,1 kg/cm²
Performance
 Rendimentos
Tipo ηk ηh ηm η
Helicoidais 0,30 a 0,60 0,70 a 0,80 0,80 a 0,90 0,20 a 0,42
Tubo-axiais 0,70 a 0,80 0,85 a 0,95 0,85 a 0,95 0,55 a 0,72
Tubo-axiais com 
orientadores
0,75 a 0,85 0,85 a 0,95 0,85 a 0,95 0,60 a 0,76
Tubo-axiais com 
orientadores e difusores
0,80 a 0,90 0,90 a 0,95 0,85 a 0,95 0,65 a 0,80
Turbocompressores
axiais
0,75 a 0,85 0,90 a 0,95 0,85 a 0,95 0,65 a 0,76
Performance
 Número de pás
o É aconselhável adotar-se a relação:
o Observando-se que, respeitada sua área total, quanto menor
seu número, maior o rendimento obtido;
,
)/(1
)/.(6
ei
ei
DD
DD
z


Performance
 Potência consumida
kmh
ka
e
wm
W
 ..
. 
).(/ 12 uuk ccuestágiow 



















1...
1
1
1
k
k
s
d
k
p
p
TR
k
k
w
Performance
 Grau de reação
• Fornece uma medida de quanto o rotor contribui
para o aumento total da pressão estática no
estágio;
estágio no estática entalpia de aumento
rotor no estática entalpia de aumento

Performance
 Grau de reação
Limites Operacionais
 Limite de rotação
 Limite de Stonewall
 Limite de “rotating stall”
 Limite de “surge”
Limites Operacionais
 Limite de “rotating stall”
o 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 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;
o 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”
o Se após o “rotating stall”, prosseguir a redução da
vazão, haverá a ocorrência do “surge” com as
mesmas características descritas para os
compressores centrífugos;
o 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”;
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;
 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;
Controle de Capacidade
Maior área de abrangência vazão x relação de compressão pelo método da 
mudança do ângulo das pás fixas
Bibliografia
• COSTA, Enio Cruz da. Compressores. São Paulo: Edgard
Blucher, 1978.
• RODRIGUES, Paulo Sergio Barbosa. Compressores
Industriais. Rio de Janeiro: EDC, 1991.