Relatório 7 - Compressores

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ
ANA LUÍSA P. R. SILVA
LETÍCIA GRILO SIQUEIRA MARTINS
OTACILIO PEDRO DOS SANTOS FILHO
YASMIM P. T. SUMITANI
EXPERIMENTO DE COMPRESSOR DE ÊMBOLO
ITAJUBÁ-MG
2018
UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ
ANA LUÍSA P. R. SILVA - 2017020970
LETÍCIA GRILO SIQUEIRA MARTINS - 2017020414
OTACILIO PEDRO DOS SANTOS FILHO - 2017014050
YASMIM P. T. SUMITANI - 2017020521
EXPERIMENTO DE COMPRESSOR DE ÊMBOLO
Relatório apresentado, como requisito parcial, para aprovação na disciplina Sistemas Térmicos e Energéticos I, Engenharia de Produção da Universidade Federal de Itajubá.
Professor: Marcelo José Pirani.
ITAJUBÁ- MG
2018
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO................................................................................................................4
OBJETIVOS....................................................................................................................5
EQUIPAMENTOS............................................................................................................6
DESENVOLVIMENTO.....................................................................................................7
MEDIDAS E CÁLCULOS..............................................................................................12
CONCLUSÃO................................................................................................................19
BIBLIOGRAFIA..............................................................................................................20
1. INTRODUÇÃO
	O compressor é um equipamento industrial concebido para aumentar a pressão de um fluido em estado gasoso (ar, vapor de água, hidrogênio, etc. Normalmente, conforme a equação de Clapeyron, a compressão de um gás também provoca o aumento de sua temperatura.
	Os compressores podem ser classificados em 2 tipos principais, conforme seu princípio de operação:
· Compressores de deslocamento positivo (ou Estáticos): Estes são subdivididos ainda em Alternativos ou Rotativos. Nos compressores alternativos a compressão do gás é feita em uma câmara de volume variável por um pistão, ligado a um mecanismo biela-manivela similar ao de um motor alternativo. Quando o pistão no movimento ascendente comprime o gás a um valor determinado, uma válvula se abre deixando o gás escapar, praticamente com pressão constante. Ao final do movimento de ascensão, a válvula de exaustão se fecha, e a de admissão se abre, preenchendo a câmara a medida que o pistão se move. Nos compressores rotativos, um rotor é montado dentro de uma carcaça com uma excentricidade (desnivelamento entre o centro do eixo do rotor e da carcaça). No rotor são montadas palhetas móveis, de modo que a rotação faz as palhetas se moverem para dentro e para fora de suas ranhuras. O gás contido entre duas palhetas sucessivas é comprimido a medida o volume entre elas diminui devido à rotação e à excentricidade do rotor.
· Compressores de Dinâmicos: Estes são subdivididos ainda em centrífugos ou axiais.
	Os compressores atualmente são utilizados em diversas aplicações. A mais simples é a compressão de ar, seja para acionamento e controle de válvulas, alimentação de motores ou turbinas a gás, até aplicações mais complexas, como o transporte de gás natural, injeção de CO2 em reservatórios subterrâneos, ou compressão de hidrocarbonetos em ciclos de refrigeração.
	Nos compressores rotativos, os gases são comprimidos por elementos giratórios. Outras das particularidades destes tipos de compressores são por exemplo as menores perdas mecânicas por atrito, pois dispensam um maior número de peças móveis, a menor contaminação de ar com óleo lubrificante, a ausência de reações variáveis sobre as fundações que provocam vibrações, o fato de a compressão ser feita de um modo continuo e não intermitente, como sucede nos alternativos e a ausência de válvulas de admissão e de descarga que diminui as perdas melhorando o rendimento volumétrico. Outro aspecto muito importante, para os diferentes tipos, prende-se com a economia de energia, com os rendimentos volumétrico, associados a fugas, e mecânico, associado a movimentos relativos entre as peças que constituem a máquina, e com a manutenção dos mesmos.
	Os compressores dinâmicos radias, no qual o escoamento de gás de saída é perpendicular ao eixo, são chamados compressores centrífugos. Há modelos de compressores em que o escoamento do gás é paralelo ao eixo, chamados compressores axiais. A diferença construtiva e de aplicação entre os dois tipos e bastante perceptível. Os compressores centrífugos são adequados a gases venenosos, inflamáveis, em que se precisa comprimir uma grande quantidade de gás a uma alta pressão. Os compressores axiais são adequados a gases menos perigosos, em grandes vazões e cuja pressão de descarga não é tão alta (até 30 bar), embora seja possível obter taxas de compressão duas vezes superiores a dos compressores centrífugos, em uma mesma carcaça.
2. OBJETIVOS
O experimento tem como objetivos:
 
· Conhecer os tipos de compressores e suas finalidades.
· Conhecer operação e funcionamento dos compressores.
· Realização de um ensaio padrão (recepção).
· Traçado do diagrama de energia.
3. EQUIPAMENTOS
	A máquina utilizada no ensaio segue esquematizada na figura a seguir.
3.1 Características da Máquina
Marca: Moto Mil. MAW-40/425i - Motomil
Tipo: Alternativo - 2 estágios, 3 pistões em W, sistema de vedação por anéis, lubrificação
por salpico.
Série: 16/11/13
Volume do reservatório: 425 litros
Série do reservatório: 1588373.
Data fabricação: 15/10/2015
Unidade compressora Em ferro fundido,
Trabalho intermitente (Pressostato)
Peso: 370 kgf
Pressão de operação: Máxima 175 lbf/pol² (12 Bar)
Mínima 135 lbf/pol² (9,3 Bar)
Deslocamento teórico: 40 pés³/min - 1133 litros/min
Transmissão: 3 cilindros em W acionamento por correia. (A87- DU15 – 141)
Rotação da unidade compressora: 710 rpm
Dimensões:
Baixa pressão (1º estágio): Curso 70 mm
Diâmetro: 120,5 mm
Alta pressão (2º estágio): Curso 70 mm
Diâmetro: 82,5 mm
3.2 Características do Motor
Trifásico;
Potência do motor: 10 Hp / 7,5 Kw
Números de pólos do motor: 2
Tensão: 220/380 Volts
Rotação da unidade motora: 3515 rpm
O banco de ensaios consta ainda de manômetros colocados nas saídas e entradas dos elementos do compressor, para leituras de valores necessários aos cálculos, observações e conclusões.
4. DESENVOLVIMENTO
4.1 Técnicas de Ensaio 
No início do experimento, foi apresentado o compressor, com explicações de cada um de seus componentes. Foram listados os objetivos do experimento, além de suas variáveis a serem medidas. Encarregou-se cada aluno de executar uma função no experimento, a fim de garantir um correto funcionamento do mesmo. A partir daí, adotou-se alguns pontos de pressão no reservatório e regulou-se a válvula de abertura, até a manutenção da pressão desejada. Esses pontos de pressão em regime devem ser escolhidos entre zero e a pressão máxima.
 
Finalmente, tiram-se tampas das válvulas e o compressor é mantido funcionando a vazio. Com um amperímetro, mede-se a corrente elétrica para cálculo da potência de atrito. Em seguida, tampam-se as válvulas e regula-se a válvula de abertura até atingir e estabilizar a pressão adotada. As leituras são efetuadas e as medidas de pressão e temperatura anotadas. Através da corrente medida, tem-se, por meio de gráfico, a potência e rendimento. O procedimento foi repetido para as outras pressões.
4.2 Fórmulas
Nesta seção serão apresentadas todas as fórmulas utilizadas no tratamento dos dados da Tabela 1, e assim completar as outras tabelas e fazer os gráficos.
· P eixo
· Vazão em massa
· Expoentes da politrópica
· Grau de fornecimento
· Rendimento isotérmico
· Potência de atrito
· Rendimento mecânico
· Calor retirado da refrigeração
· Consumo específico de energia
· Rendimento global
5. MEDIDAS E CÁLCULOS 
5.1 Grandezas obtidas e calculadas
	A partir do experimento realizado no laboratório, obteve-se os seguintes dados.
Tabela1 - Dados medidos no laboratório
	Com base nos dados e fórmulas fornecidas foram calculados as grandezas dispostas na tabela 2 e 3.
Tabela 2- Dados obtidos com base nas fórmulas e dados medidos
Tabela 3- Dados obtidos com base nas fórmulas e dados medidos
	O valor de Pat obtido foi de 2,8 kW.
5.2 Gráficos
A partir dos dados das tabelas 2 e 3, obteve-se os seguintes gráficos.
Gráfico 1 – Rendimento (%) x Potência do eixo (KW)
Fonte: Autoria própria
O gráfico acima retrata a diferença entre os rendimentos (isotérmico, mecânico e global). Observa-se que o rendimento global é o menor entre os três. Isso ocorre devido a perdas de calor que ocorrem nas válvulas, durante todo o experimento.
Gráfico 2 - Graus de fornecimento x Potência do eixo (KW)
Fonte: Autoria própria
O gráfico acima retrata a diferença entre o grau de fornecimento na admissão (λ1) e o grau de fornecimento na descarga (λ2). Observa-se que o grau de fornecimento na admissão, que é praticamente constante, é menor que na descarga.	
Gráfico 3 - P3, Ce x Potência de Eixo (KW)
Fonte: Autoria própria
Gráfico 4 – Potência do eixo, P’2 x Vazão de massa média (Mn)
Fonte: Autoria própria
O gráfico acima retrata que a pressão aumenta com o aumento da potência do eixo, assim como o consumo específico de energia, ou seja, Ce aumenta com o aumento da potência do eixo.
Gráfico 5 - Grau de fornecimento do 1° estágio
Fonte: Autoria própria
Gráfico 6 - Grau de fornecimento do 2° estágio
Fonte: Autoria própria
Gráfico 7 - Pressão de saída do 2° estágio
Fonte: Autoria própria
Gráfico 8 - Potência do eixo x Fluxo de massa média
Fonte: Autoria própria
Gráfico 9 - Pressão de saída x Fluxo de Massa
Fonte: Autoria própria
Gráfico 10 - Rendimento mecânico x Potência do eixo
Fonte: Autoria própria
Gráfico 11 - Rendimento isotérmico x Potência do eixo
Fonte: Autoria própria
6. CONCLUSÃO 
Através do experimento, dos dados anotados, dos cálculos feitos e gráficos obtidos, foi feito um estudo do compressor de êmbolo. Os resultados, representados nas tabelas e gráficos acima, comprovam o aumento da pressão e diminuição da vazão. Vale destacar as imprecisões na leitura dos valores, a falta de calibração dos instrumentos, e falhas humanas na medição da temperatura, por exemplo, o que contribui para algumas imprecisões nos resultados. Mesmo assim, o experimento foi bem realizado e obteve um resultado positivo. Vale destacar que o compressor deve ser estudado detalhadamente, visto que é utilizado em larga escala nas indústrias.
7. BIBLIOGRAFIA
Compressor. Disponível em: https://pt.wikipedia.org/wiki/Compressor. Acessado em 12/05/2018.		
Como funciona um compressor de ar industrial. Disponível em: https://www.ageradora.com.br/como-funciona-um-compressor-de-ar-industrial/. Acessado em 12/05/2018.