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 (300.103m3/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 600

kPa;

Potências elevadas, quase sempre superiores a 10.103kW.

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%);

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;

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%;

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;

Vazão de operação

Performance

Grau de reação

• Fornece uma medida de quanto o rotor contribui para o aumento total da pressão estática no estágio;

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”

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;

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