compressor centrífugo

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PREFCIO Essecursotemcarterinformativoobjetivandoforneceraosparticipantes noessobreoscompressorescentrfugosutilizadosnasplataformasdaBaciade Campos. A partir desse trabalho os participantes podero ter acesso aos treinamentos de familiarizaoespecficosparacadatipodecompressordemaneiramaisfcil, permitindoummelhorentendimentoquepossaconduzi-losnofuturooperaoe manuteno desses equipamentos. Agradecemos a todos que direta ou indiretamente colaboraram para realizao desse trabalho e estamos ao inteiro dispor para sugestes e esclarecimentos. Maca, 02 de abril de 2002. Tcnico de Operao Cleuber Pozes Valado 155349-0 UN-RIO/ATP-MLS/TBM jm66 "A PRODUTIVIDADE ALCANADA COM A EQUIPE TREINADA,INTEGRADA EMOTIVADA UN-RIO / ATP-MLS / TBM COMPRESSORES CENTRFUGOS 1 TURBOCOMPRESSORES INTRODUO Osturbocompressoressoequipamentosdestinadosapromovero aproveitamentodogsnaturalproduzidonasplataformas,quersejaparaa utilizao do gs na elevao artificial (gas lift), gs combustvel para o consumo na plataforma e exportao para distribuio no mercado consumidor (industrias e residncias). So constitudos por quatro partes bsicas: - Turbina a gs (mquina motriz) - Compressor centrfugo (mquina operatriz) - Cabine de controle- Sistemas auxiliares Deacordocomacapacidadevolumtrica,pressodesuco,pressode descargaedaspropriedadesdogsdefinidoapotncianominalnecessria paraacompressoesobreestesparmetrosefetuadoumestudotcnico econmicosobreomodeloefabricantetantodaturbinacomodocompressor, onde podemos destacar alguns instalados na Bacia de Campos: - HISPANO / DEMAG - NUOVO PIGNONE - DRESSER / CLARCK- COOPER- ROLLS / DEMAG - SOLAR CENTAUR - SOLAR MARS / ELLIOT - SOLAR TAURUS / DRESSER - GE / NUOVO PIGNONE

TERMODINMICA BSICA 1.1 - Termodinmica bsica UN-RIO / ATP-MLS / TBM COMPRESSORES CENTRFUGOS 2 Para uma perfeita compreenso do princpio de funcionamento, definiremos, a seguir, alguns conceitos de termodinmica bsica: Grandezas VELOCIDADE-umagrandezaquecorresponderelaoentreoespao percorridoetempogastoparapercorr-lo.divididaemvelocidadeescalare vetorial.Aescalarexpressaovalor,enquantoavetorialexpressaovaloreo sentido. rvet= ACELERAO-agrandezavetorialquecorrespondevariaoda velocidade no tempo. ravt= TEMPERATURA-asensaodequenteoufrio.Representaograude agitao das molculas. MASSA - a quantidade de matria. IMPULSO-oprodutodamassapelavelocidade.apropriedadedeum corpo em movimento que determina o perodo de tempo requerido para traz-lo condio de repouso sob ao de uma fora constante. FORA - um agente capaz de produzir ou cessar um movimento. PRESSO-arelaoentreumaforaeareanaqualelaestatuando. Tambm pode ser definida como sendo o nmero de choques das molculas nas paredes de um recipiente por unidade de tempo. Leis de Newton 1.LEI - Um corpo em repouso tende a permanecer em repouso, um corpo em movimento tende a permanecer em movimento. Aresultantedeforasemumcorpoigualazero(zero)quandoocorpo estiver em repouso ou em movimento retilneo uniforme. 2.LEI - A fora agindo sobre um corpo produz uma acelerao cuja direo a mesmadaforaaplicadaesuaamplitudeproporcionalforaeinversamente proporcional a massa do corpo. rraFm= 3 .LEI- A toda ao corresponde uma reao, igual, mas oposta. Energia UN-RIO / ATP-MLS / TBM COMPRESSORES CENTRFUGOS 3 acapacidadederealizartrabalho.Divide-seemenergiacinticaeenergia potencial. ENERGIACINTICA(Ev)-aenergiaqueumcorpopossuiquandoem movimento. ENERGIAPOTENCIALDEALTURA(Eh)-aenergiaqueumcorpopossui em funo da altura em que ele se encontra. ENERGIA POTENCIAL DE PRESSO (Ep) - a energia que um fluido possui quando submetido a uma presso. ENERGIAINTERNA(u)-aenergiapotencialdofluidoassociadaasua temperatura. TRABALHO(W)-aenergiaassociadaaodeslocamentodeumapartcula. Todo deslocamento de um corpo necessita de trabalho para se realizar. CALOR(Q)-Energiatrmicaemtrnsitonosentidodamaiorparamenor temperatura. ENTALPIA (h) - o nvel energtico em que um fluido se encontra. Podemos dizer que a soma da energia de presso com a energia interna. ENTROPIA(S)-umavarivelmatemticaqueexpressaaenergia relacionadaaograudeafastamentoemqueumprocessoserealizaem comparao a idealidade. Propriedades do Fludo MASSA ESPECFICA (r) - a relao entre a massa e volume do fluido. = mv VISCOSIDADE()-apropriedadequerepresentaamaioroumenor facilidade do fluido em escoar. PESO MOLECULAR (PM) - a massa de um mol de uma substncia (um mol equivale a 6,023 x 1023 molculas). Um mol de qualquer gs ocupa 22,4 litros nas Condies Normais de Temperatura e Presso (C.N.T.P.) (0 oC e 1 atm). FATORDECOMPRESSIBILIDADE(Z)-ofatorempregadoparacorrigiro volume do gs real com relao ao volume do gs ideal, nas mesmas condies de presso e temperatura. ZV rV i= CALOR ESPECFICO (c) - o coeficiente que indica o grau de dificuldade de troca trmica. o calor necessrio para que um grama de um fluido varie de 14,5 oC para 15,5 oC. Para a gua, o calor especfico 1 cal/g oC. UN-RIO / ATP-MLS / TBM COMPRESSORES CENTRFUGOS 4 Para o gs, tm-se dois calores especficos: - Calor especfico a volume constante (cv) - o calor necessrio para que um grama de um gs varie 1C, mantendo seu volume constante. - Calor especfico presso constante (cp) - o calor necessrio para que um grama de um gs varie 1C, mantendo sua presso constante. Ao se aquecer um gs a volume constante a temperatura sobe mais rpido do que a presso constante, pois neste caso, alm da temperatura subir, uma parte do calor cedido transformado em trabalho no deslocamento das molculas para se manter a presso. Com isso a variao de temperatura menor. Sendo assim ocalornecessrioparaaquecerumgsapressoconstantemaiordoquea volume constante. C Cp v> COEFICIENTE ISOENTRPICO (K) - a relao entre o cp e o cv. Expressa a maior ou menor facilidade que um gs tem em ser comprimido. Quanto maior o K mais trabalho demandado para a compresso. kccpv= NOTA Aspropriedadesdofluidosealteramaoseremalteradasascondies de presso e temperatura, sendo que o peso molecular o nico que no se altera. Equao universal dos gases A presso do gs em um recipiente diretamente proporcional temperatura, ou seja, quanto maior a temperatura maior a presso e vice-versa. Ex:Aosedeixarumbotijodegsexpostoaosol,suatemperaturair aumentar, proporcionando o aumento da presso. Apressodogsinversamenteproporcionalaovolume,ouseja,quanto maior o volume menor a presso e vice-versa. Ex: A bomba manual utilizada para encher pneu de bicicleta. Ao ser reduzido o volume para deslocar o ar, a presso sobe. Apressodogsdiretamenteproporcionalaonmerodemolculas(n)em um dado recipiente. Analisando-se conjuntamente as trs condies temos: Presso (P) diretamente proporcional ao produto de n e da temperatura (T) e inversamente proporcional ao volume especfico (V). UN-RIO / ATP-MLS / TBM COMPRESSORES CENTRFUGOS 5 Paraobtermosumaequaotemosqueutilizarumaconstanteparacorreo das unidades, a constante universal dos gases (R), que possui vrios valores, a depender das unidades utilizadas. Pn R TVP V n R T = =. .. . . NOTA As unidades de presso e temperatura utilizadas devem estar em valores absolutos. . Equao da continuidade A vazo de um fluido em escoamento o produto da seo transversal (S) com a velocidade do fluido (v). Q S = v . . Com base nesta equao podemos concluir que para uma vazo constante, se ocorrerumareduodaseotransversalavelocidadeaumentadaevice-versa. Leis da termodinmica LEI ZERO DA TERMODINMICA Retrataaexistnciadatemperaturaeestabeleceozeroabsoluto,ondeas molculas se encontram inertes. So as escalas kelvin (K) e Rankine (R). 1 LEI DA TERMODINMICA Retrata a conservao da energia, onde fica esclarecido que a energia total do fluido no se altera sem interao com o meio. E o meio somente interage com o sistema(fluido)atravsdocaloroutrabalho.Podemosdizer,queaoseaquecer um fluido e o mesmo realizar trabalho (est recebendo calor e cedendo trabalho) a diferena entre o calor recebido e o trabalho cedido a variao da energia total do fluido. o que fica efetivamente com o fluido. Q W Et Et + = 2 1 Sendo Et Ep Ev u Eh = + + + Como exemplo temos, que, ao se aquecer isobaricamente o gs num cilindro, a temperatura ir aumentar e o gs ir se expandir realizando trabalho ao deslocar UN-RIO / ATP-MLS / TBM COMPRESSORES CENTRFUGOS 6 ombolo.Adiferenaentreocalorrecebidoeotrabalhorealizadopelogsa variao da energia total do gs. 2 LEI DA TERMODINMICA Retrataaexistnciadamquinatrmica,ondeficaestabelecidoquesepode extrairtrabalhodeumamquinaquepossuaumafontequente(alta temperatura ) e uma fonte fria ( baixa temperatura ). Quanto maior a diferena de temperatura entre as duas fontes, maior ser o trabalho extrado. Efeito difusor e efeito bocal Parafluxosubsnico,aoseanalisaroescoamentodeumfluidonuma tubulao, verifica-se que onde a seo transversal aumentada, a velocidade reduzidaevice-versa.Nestassituaes,aoseanalisarasenergiasdofluido, verifica-seque,seaenergiadevelocidadeaumentada,outrotipodeenergia temqueserreduzida,poisasomadasparcelasdeenergiadevelocidade, presso,alturaetemperaturanosealteram,combasenaprimeiraleida termodinmica.Issosignificaqueofatodareduoouampliaodaseo transversaldatubulao,naqualofluidoescoa,noprovocanenhumadecalor ou trabalho, mantendo-se constante a energia total. Como exemplo analisaremos o escoamento de um lquido numa tubulao num mesmo plano horizontal, onde se tem uma reduo da seo transversal. Neste caso: Q S = v . .

Para lquidos varia pouco e como S foi reduzida, a velocidade aumentada, pois a vazo constante. Analisando a equao de conservao de energia: Et Ep Ev u Eh = + + + Onde Et permanece inalterada e considerando que: u constante, pois no h alterao da temperatura, Eh constante, pois no h alterao da altura, Ev aumenta, pois a velocidade aumentou, Conclumos que: Ep diminui, ou seja, a presso cai. UN-RIO / ATP-MLS / TBM COMPRESSORES CENTRFUGOS 7 Fig. 3 - Efeito do Escoamento Processo de compresso Existem vrias formas de se aumentar a presso de um fluido atravs de uma compresso: Isotrmica. Com resfriamento. Adiabtica. Po