ESCOLA SUPERIOR DE TECNOLOGIA DE SETBAL

Curso de Especializao Tecnolgica Instalaes Elctricas Manuteno e AutomaoAno 2010 2011

Equipamentos Electromecnicos Compressores Centrfugos

Trabalho de GrupoCarlos Santos Manuel Calado Noel Ventura Entregue em: 100271002 100271005 100271023

ndiceIntroduo .................................................................................................................. 2 O que o ar? .......................................................................................................... 2 Ar comprimido. ...................................................................................................... 4 Leis e caractersticas do ar comprimido. ............................................................... 5 Objectivos .................................................................................................................. 7 A produo do ar comprimido ............................................................................... 7 Classificao dos compressores ............................................................................. 9 Compresso volumtrica........................................................................................ 9Compressores alternativos de pisto ................................................................................ 10 Compressores alternativos de membrana, ....................................................................... 11 Compressor rotativo de alhetas ........................................................................................ 12 Compressor rotativo Roots ............................................................................................... 13 Compressor de rotativo de anel lquido ............................................................................ 14 Compressor rotativo de parafuso ..................................................................................... 16 Compressor rotativo de dentes......................................................................................... 18 Compressor de espiral....................................................................................................... 19

Compresso dinmica .......................................................................................... 20Compressores axiais .......................................................................................................... 21 Compressores centrfugos................................................................................................. 22

Concluso................................................................................................................. 25 Bibliografia .............................................................................................................. 31 Anexos ..................................................................................................................... 32

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IntroduoQual ter sido a primeira utilizao do ar comprimido? Se pensarmos um pouco nisso, poderemos imaginar um nosso antepassado remoto utilizando a forma mais bsica de ar comprimido - o prprio sopro - como ferramenta para uma infinidade de utilizaes no seu quotidiano: soprar para atear um fogo, assobiar como forma de comunicao, ou qualquer uma outra aplicao que surgisse naturalmente no seu meio ambiente. O ar existe em abundncia no nosso planeta e a sua utilizao como ferramenta na forma mais bsica no estranha nossa prpria natureza.

O que o ar?Quinhentos anos antes de Cristo o filsofo grego Anaximenes considerava o ar como um dos quatro elementos a partir dos quais toda a matria seria feita. Passaram-se sculos at que na Irlanda R. Boyle (1627 1691) o descreve no como um elemento mas como um agregado confuso de eflvios, um material multielementar. Ficaria porm a dever-se a A. Lavoisier (1743 1794) a descoberta da composio bsica do ar e a atribuio de nomes aos dois principais elementos do mesmo, nomes pelos quais ainda hoje so conhecidos: o Oxignio e o Azoto ou Nitrognio. Por essa altura vrios investigadores trabalharam na definio das propriedades qumicas e composio do ar. No final do sculo XVIII estavam identificados os gases maioritrios e o estudo do ar atmosfrico ter sido o grande veculo impulsor para o desenvolvimento das primeiras leis da qumica. Esse perodo iniciou-se com a Lei da Conservao da Massa de Lavoisier Nada se perde, nada se ganha, tudo se transforma e propagou-se pelo sculo XIX. Na primeira metade do sculo XX o interesse pelo estudo do ar centrou-se na qumica e fsica da Alta Atmosfera com descobertas importantes no domnio da aeronutica e das cincias aeroespaciais. Voltou a nascer o interesse pelo estudo da Qumica Atmosfrica das camadas inferiores na segunda metade do sculo, evidenciando a importncia dos gases raros, dos aerossis e da precipitao hmida. A relao entre a Qumica atmosfrica e as Cincias do Ambiente continua a ter uma importncia crescente na actualidade.

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A composio do ar atmosfrico constante nos seus constituintes maioritrios (N2, O2) at aos 100 km de altitude (homosfera). Acima dessa altitude a atmosfera rarefeita composta principalmente por N2, O, O2, H e He. A composio relativamente aos constituintes minoritrios do ar varia com a altitude e tambm de ponto para ponto na superfcie terrestre. Alguns constituintes minoritrios importantes so: H2O, CO2, O3 entre outros. A nvel local pode ocorrer a presena de outros constituintes resultantes quer de processos naturais quer da actividade humana (SO2, NO2, benzeno e outras molculas orgnicas volteis). A tabela apresentada a seguir mostra os elementos que compem o ar atmosfrico.% Volume = 102x 78.08* 20.95* 0.4 na troposfera 4 0.93* 0.0365=365 ppm** 18 ppm 5 ppm 1.6 ppm*** 0.01-10 ppm

Gs N2 O2 H2O Ar CO2 Ne He CH4 O3

Distribuio vertical Homognea Homognea Diminui com a altitude na troposfera; muito pouco abundante na estratosfera Homognea Homognea Homognea Homognea Na troposfera

Observaes Respirao Efeito de estufa; tambm presente nos estados lquido e slido (nuvens) Efeito de estufa Efeito de estufa

Efeito de estufa, Mximo na estratosfera (10 ppm a 30 km); tambm presente na troposfera Filtro UV, oxidante *para o ar seco. **aumenta 0.5% (1.5 ppm) por ano. ***aumenta 0.9% por ano.

H ainda a presena de espcies em quantidades nfimas mas mesmo assim de grande importncia para a qumica atmosfrica, so os radicais OH, HO2, NO3... Existe tambm na atmosfera a presena de aerossis e vrios tipos de partculas. As partculas podem ser slidas (poeiras, fumos, cristais de gelo), ou lquidas (gotculas de gua com ou sem NaCl). As partculas slidas podem ainda ser orgnicas (fuligem e plen) ou inorgnicas (cloreto de sdio e sulfatos resultantes da oxidao do SO2) O estudo cabal das caractersticas qumicas e fsicas da atmosfera terrestre foge certamente ao mbito deste trabalho, porm parece correcto inicia-lo desta forma pois as propriedades qumicas e fsicas de um fluido de trabalho so muito importantes para o projecto de uma mquina ou processo termodinmico. 3

Ar comprimido.Existem vrios tipos de fluidos de trabalho, no presente caso trata-se do ar, porm qualquer gs pressurizado poder basicamente ser utilizado como fluido de trabalho, dependendo das aplicaes; poder tambm ser utilizado um lquido pressurizado. Na verdade o que est em causa so trocas de energia permitindo realizar uma determinada tarefa, ou trabalho. Neste caso o ar comprimido ser o veculo utilizado para transportar a energia necessria a um determinado processo. H a notar o seguinte: o ar comprimido, que permite realizar trabalho no ocorre por si s... necessrio fornecer-lhe energia aumentando a sua presso. Posteriormente esse ar comprimido pode ser usado para realizar uma tarefa especfica retirando energia ao mesmo efectuando trabalho contra o ambiente circundante. O ar comprimido tem tido um grande nmero de aplicaes desde o aparecimento do fole h milhares de anos, movido pela fora de braos ou p nas antigas forjas e na arcaica metalurgia dos metais at aos nossos dias. Hoje o ar comprimido usado para diversos fins industriais, como o sistema de controlo de processos ou o accionamento de mquinas-ferramenta com diversas finalidades, bem como climatizao e ventilao. A opo pelo ar comprimido como fluido transmissor de energia tem algumas vantagens: no existe o risco de incndio nem de choques elctricos; os sistemas so mais leves se comparados com os hidrulicos; so desnecessrias linhas de retorno nas instalaes; o ar comprimido pode ser facilmente armazenado, o que no acontece com os lquidos devido a serem praticamente incompressveis; a armazenagem de energia elctrica de concretizao mais complexa e onerosa com baterias de acumuladores; o ar comprimido uma energia limpa. H porm algumas desvantagens tambm: na transmisso de presses h um maior tempo de resposta relativamente aos sistemas hidrulicos com todas as implicaes que isso pode acarretar para um processo industrial; geralmente um sistema pneumtico apresenta mais fugas do que um sistema hidrulico, onde as fugas so mais facilmente detectveis e passveis de serem reparadas eficazmente; alm disso, embora o ar seja abundante na natureza, o ar comprimido est longe de ser uma forma de energia econmica pois necessrio um grande investimento inicial em equipamento de compresso e purificao do ar a fim de conseguir as caractersticas desejadas ao processo em que ser aplicado. Um processo industrial que exija um ar de 4

grande qualidade pressupe um investimento bem mais considervel do que uma simples ventilao. Porm, o ar comprimido a segunda forma de energia mais utilizada na indstria transformadora.

Leis e caractersticas do ar comprimido.Sendo uma mistura de diversos gases, o ar ocupa volume e tem peso. O ar compressvel e expansvel assemelhando-se no seu comportamento aos gases perfeitos tericos e as leis dos mesmos so utilizadas para os clculos em ar comprimido dentro de uma gama de presses e temperaturas normais. Assim, supondo que a presso de um gs permanece constante (isobrica) durante uma mudana no estado do mesmo, ento o volume do gs ir variar directamente com a variao da temperatura absoluta do gs segundo a expresso: volume (m3) e T = Temperatura absoluta (K) - (lei de Charles) *1. Se o volume de um gs permanece constante (isovolmica) durante uma mudana de estado do mesmo, ento a sua presso absoluta varia directamente com a temperatura: , (lei de Gay-Lussac)*1. , onde V =

Tambm se a temperatura de um gs mantida constante (isotrmica) durante uma mudana de estado no mesmo expanso ou compresso, ento a presso absoluta do gs ir variar inversamente com o volume do mesmo: , (lei de Boyle) *1. Uma relao tambm importante refere-se a um processo termodinmico compreendendo expanso ou compresso de um gs sem que exista troca de energia trmica do sistema com o exterior. Isto aproximadamente conseguido num sistema isolado ou em casos em que o processo suficientemente rpido para que no existam trocas de calor com o meio externo. A este tipo de transformao em que no h troca de calor com o meio exterior chama-se processo adiabtico. Admitindo um modelo de gs ideal, um sistema sofrendo um processo de transformao adiabtica, com calores especficos constantes est sujeito lei de Laplace: *2. ou

*1 Scaumans Outlines of Theory and Problems of College chemistry, pag. 62, 63 *2 Introduccin a la Termodimica en Ingeniera Qumica, pag. 73

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Onde V o volume do gs em m3, P a presso em Pa e y o ndice adiabtico do gs. O ndice adiabtico o coeficiente entre o calor especfico a presso constante, CP, e o calor especfico a volume constante, CV, tal que: Os calores especficos dependem da temperatura e podem ser retirados das tabelas dos gases perfeitos *3. Por outro lado, temos a situao oposta ao processo adiabtico, em que teoricamente toda a energia trmica em jogo num processo de compresso passaria livremente para o meio exterior sendo completamente dissipada. A temperatura do gs comprimido no subiria, permaneceria constante. A este tipo de transformao d-se o nome de processo isotrmico. Na realidade, num processo de compresso de ar no se ir trabalhar sobre nenhuma destas duas curvas de funcionamento. A figura abaixo mostra uma outra curva, a politrpica, que se situa entre as duas referidas anteriormente. O processo politrpico expe uma relao funcional especial entre presso e volume durante um processo. H muitas relaes possveis e considerar um determinado processo de compresso depende do resultado de uma anlise termodinmica ao mesmo. Pode dizer-se que a curva de funcionamento real, politrpica, se aproxima geralmente mais da adiabtica, embora se tomadas as convenientes medidas no projecto de um sistema de compresso essa tendncia possa ser contrariada.

*3 Consultar anexos

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Assim, dever ter-se em conta que preferencialmente a curva de funcionamento de um compressor dever aproximar-se o mais possvel da curva de funcionamento isotrmica pela economia de trabalho que isso proporciona ao sistema.

ObjectivosPretende-se com o presente trabalho apresentar algumas mquinas utilizadas para a produo de ar comprimido, alguns tipos de compressores e equipamentos auxiliares usados para melhoramento da qualidade do ar produzido. Iremos deter-nos mais sobre a compresso dinmica e no desenvolvimento sobre compressores centrfugos dando um exemplo de aplicao na prtica de um destes tipos de compressores. Este procurar ser o objectivo principal do trabalho.

A produo do ar comprimidoNa indstria, falando em termos tecnolgicos, a produo de ar comprimido realizada por compressores, sendo estes por sua vez accionados por motores elctricos. Aps a compresso e tratamento de ar no que concerne a pureza e percentagem de humidade do mesmo, segue-se um outro componente importante de uma instalao de ar comprimido, a rede de distribuio, que deve ser convenientemente projectada e abranger localizaes estratgicas de forma a suprir satisfatoriamente a parte final de uma cadeia de ar comprimido, os diversos pontos de consumo. Os sistemas de ar comprimido, para alm do investimento inicial, representam uma parcela significativa no consumo energtico de uma instalao industrial. Nota-se na prtica que nem sempre os sistemas de ar comprimido recebem os cuidados devidos tornando-se, sobretudo em instalaes de grande porte, uma fonte constante de fugas e consequentemente de desperdcio energtico facto a considerar quando se tem conscincia que essa energia tem de se pagar. Devido relao existente entre o volume do ar e a temperatura do mesmo, o calor um grande inimigo no que se refere a um maior grau de rendimento no processo de compresso do ar. Uma forma prtica de retirar calor ao ar durante a fase de compresso dividir esta por dois ou mais andares com um arrefecimento adequado entre cada andar de compresso. A refrigerao feita por refrigeradores a ar ou gua, e como entre os andares de compresso a presso do ar constante, resulta daqui uma 7

aprecivel reduo do volume do ar o que se traduz por sua vez numa economia de trabalho nos andares subsequentes de compresso. A par disto consegue-se tambm devido a este processo de refrigerao uma diminuio parcial do teor de gua presente no ar comprimido. Existem vrios tipos de compressores e a escolha do compressor adequado para cada aplicao especfica depende de alguns factores, como sejam, a qualidade do ar requerida, a presso e o caudal ou a vazo pretendidas. Todas estas questes so importantes, a presso e o caudal fornecidos pelo compressor dependem das especificaes da mquina escolhida segundo as necessidades de consumo, porm a qualidade do ar exigido pode ser um pouco mais complexa. A compresso de ar envolve a presena de partculas slidas, sejam elas poeiras ou ferrugem; a presena de gua; a presena de leo proveniente da lubrificao. Cada equipamento que consome ar comprimido tem exigncias prprias que devem ser tomadas em considerao: o ar para decapagem industrial no tem exigncias especiais e ir ser misturado com areias, porm o ar para pintura deve ser seco, isento de leos e limpo; o ar para a instrumentao e controlo de processos dever ser extremamente limpo e lubrificado estrategicamente antes de alguns pontos de consumo, enquanto noutros deve permanecer isento de qualquer tipo de contaminantes. Estes cuidados a ter com a qualidade do ar comprimido comeam desde logo por garantir a melhor qualidade de ar possvel na entrada do compressor, garantindo uma boa filtragem prvia do ar e uma correcta localizao da aspirao de ar, longe de contaminantes atmosfricos bem como um processo posterior de arrefecimento, secagem e filtragem do ar comprimido.

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Classificao dos compressores

Compresso volumtricaA compresso volumtrica ou de deslocamento positivo, funciona por aspirao de um determinado volume de ar para uma ou mais cmaras que so depois fechadas na compresso. Gradualmente o volume de cada cmara diminui e o ar assim comprimido internamente devido diminuio desse volume, ou seja, o ar v a sua presso aumentada devido a uma reduo forada do volume onde o mesmo est contido. Quando a presso atinge um determinado valor para o qual o equipamento foi especificado, uma vlvula ou passagem de descarga aberta e o ar comprimido descarregado no sistema devido continua reduo do volume da cmara de compresso. Veremos de seguida alguns compressores que funcionam segundo este princpio.

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Compressores alternativos de pisto H uma grande variedade de tipos de compressores alternativos disponveis comercialmente. So usados para aplicaes envolvendo presses e volumes externos elevados. tambm o mais comum de todos os compressores utilizados na indstria. Pode ser do tipo de aco simples, de dupla-aco e ainda com vrios andares de compresso, com lubrificao a leo ou em variaes sem leo lubrificante hoje em dia, com os pistes e paredes dos cilindros revestidas a carbono ou teflon. Pode ter vrios cilindros em diversas configuraes mas o mais comum a configurao em V apesar de existirem pequenos compressores de um s cilindro vertical.Compressor alternativo com um pisto, de aco simples.

Configurao de um compressor de pistes com dois andares de compresso.

Compressor de dupla-aco, sem leo

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Compressores alternativos de membrana, Os compressores de membrana, ou diafragma formam um outro grupo dentro dos compressores de tipo alternativo, podem ser utilizados como compressores ou como bombas de vcuo. O diafragma do compressor actuado de forma semelhante do pisto, atravs de uma haste, para aplicaes de baixa presso e baixas potncias. Quando utilizado em aplicaes de alta presso, este tipo de compressor tem o seu diafragma actuado por energia hidrulica.

Compressor de membrana. Quando um motor acciona o veio, a haste transmite movimento ao diafragma, de funcionamento semelhante ao de pisto de aco simples.

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Compressor rotativo de alhetas Os compressores rotativos em geral, funcionam segundo o princpio de deslocamento positivo, o mesmo princpio de funcionamento dos compressores alternativos. Porm os rgos que compem internamente os compressores rotativos so completamente diferentes. Nos compressores rotativos o ar comprimido por elementos giratrios e no pelo deslocamento de mbolos como tnhamos visto antes nos compressores alternativos. No compressor rotativo de alhetas, um rotor no qual foram escavadas cavas preenchidas por lminas ou alhetas deslizantes montado num estator de forma excntrica ao eixo deste ltimo. Quando o rotor gira, as alhetas so pressionadas contra as paredes do estator devido fora centrifuga. O ar arrastado para dentro do compressor quando o espao entre o rotor e o estator maior, fica aprisionado pela rotao e vai sofrendo uma diminuio de volume, sendo descarregado na sada com a continuao do movimento de rotao do rotor.

Princpio de funcionamento de um compressor de alhetas

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Compressor rotativo Roots O compressor Roots no efectua uma compresso no seu interior, ao contrrio do que se poderia pensar... Este compressor no possui vlvulas e o aumento de presso dse quando a cmara, na qual se encontra o ar entra em contacto com a sada do compressor. A cmara onde j se encontra um determinado volume de ar invadida pelo ar j comprimido na sada do compressor e um posterior aumento na presso acontece quando o volume da cmara do compressor reduzido ainda em contacto com a sada do compressor, devido ao movimento de rotao. um compressor com baixo rendimento e bastante ruidoso. Podem ser usados como bombas de vcuo ou em transportadores de baixas presses (por exemplo sopragem de cereais).

Princpio de funcionamento de um compressor Roots

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Compressor de rotativo de anel lquido So compressores que pelas suas caractersticas podem tambm funcionar como bombas de vcuo com muito boas prestaes, alis comum encontrar na indstria este tipo de aplicao. O seu funcionamento ser explicado nas figuras seguintes.1 A rotao no sentido dos ponteiros do relgio.

2 - O ar, representado pelos pontos brancos entra no compressor; as cmaras do rotor funcionam como cilindros, o liquido como pisto.

3 O ar sugado atravs da parte interna da janela de entrada conforme criado vcuo nas cmaras devido ao movimento do rotor.

4 Cada cmara ao passar pela janela de entrada lava uma quantidade de ar confinada entre o cone e o anel de lquido.

5 Quando o liquido converge para o cone da cmara, o ar comprimido

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6 Ao rodar, cada cmara passa pela janela de descarga, por onde se escapa o gs comprimido

7 O ar passa pela passagem interna e sai sem pulsaes pela descarga do compressor.

8 O ar comprimido sai continuamente pela descarga, isso equivale a formar vcuo na entrada do compressor se esta se encontrar ligada a um tanque fechado.

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Compressor rotativo de parafuso Este tipo de compressor foi desenvolvido durante os anos trinta, no sculo passado. Tornara-se necessrio um compressor capaz de altos caudais fornecidos de forma estvel sob variadas condies de presso de trabalho. Estes compressores possuem dois rotores em forma de parafuso, um macho e outro fmea que rodam em sentidos opostos transportando e comprimindo o ar desde a entrada at a descarga do compressor. Tecnicamente, existe a possibilidade de no terem lubrificante na cmara de compresso, no existindo contacto entre os parafusos nem entre estas e a carcaa do compressor, isto possvel devido a um funcionamento muito equilibrado permitindo baixas tolerncias e reduzidas perdas por retorno de ar na cmara de compresso. Ao funcionar sem lubrificao dentro da cmara, so chamados de compressores secos e proporcionam ar completamente livre de leo,

1 O ar entra no espao entre os dois rotores pela entrada do compressor; 2 a 4 o ar aprisionado comprimido medida que o volume entre os rotores diminui, a presso aumenta.

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Compressor de parafusos, lubrificado a leo, vista de parte do motor de accionamento e acoplamento ao compressor

Moderna unidade integrando compressor lubrificado a leo e motor de accionamento do mesmo

Rotores sem leo de lubrificao, carcaa refrigerada a gua, selagem de ar e leo em ambas as extremidades e engrenagens de sincronizao dos rotores permitindo tolerncias mnimas nas pequenas distncias entre estes.

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Compressor rotativo de dentes Tal como os compressores de parafusos, os compressores de dentes possuem um rotor macho e um rotor fmea que rodam em sentidos opostos, existem engrenagens que os sincronizam e mantm afastados com distncias mnimas e tolerncias muito rigorosas, no h portanto contacto metlico entre os rotores, tal como referido para os compressores de parafuso. Nos compressores de dentes os rotores tm a forma de dente. O processo de compresso d-se ao ser arrastado ar para a entrada do compressor at uma altura em que o rotor bloqueia essa entrada, segue-se a fase de compresso propriamente dita, em que a cmara de compresso diminui de volume medida que os rotores rodam. A descarga do compressor est bloqueada por um dos rotores durante todo o processo de compresso, enquanto a entrada do compressor se abre a fim de deixar entrar novo ar a ser comprimido na seco oposta da cmara de compresso. A descarga d-se quando um dos rotores desbloqueia a sada do compressor, o ar comprimido ento forado para fora.

Rotores de um compressor de dentes.

Princpio de funcionamento de um compressor de dentes

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Compressor de espiral Tem um princpio de funcionamento simples, embora pouco usual. composto por uma espira fixa e por uma outra que roda excentricamente em relao primeira aprisionando o ar em cmaras entre as duas espiras, ao rodar o volume das cmaras diminui continuamente e o ar comprimido em direco ao centro, onde a descarga do compressor tem uma vlvula anti-retorno. O processo relativamente silencioso e livre de vibraes, por contraste com outros tipos de compressores, nomeadamente o de pisto.

Ilustrao do princpio de funcionamento

Compressor de espiral e corte mostrando o interior

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Compresso dinmicaNa compresso dinmica o ar arrastado entre as ps rotativas girando a alta velocidade de cada andar impulsor e acelerado a velocidades muito altas. O ar depois descarregado atravs de um difusor, onde a energia cintica transformada em presso quando o ar forado a desacelerar sob expanso. A maior parte dos compressores dinmicos so turbo-compressores com sadas radiais ou axiais, dependendo da direco do caudal de sada e projectados para mover grandes volumes de ar. Quando comparados com os compressores volumtricos, os compressores dinmicos tm a particularidade de uma pequena variao na presso de trabalho resultar numa grande variao do caudal de sada, conforme a figura ao lado. Os turbo-compressores so mquinas com caractersticas de caudal e presso variveis enquanto os compressores volumtricos tm como caracterstica um caudal praticamente constante e uma presso varivel, ou seja: a compresso volumtrica proporciona uma presso elevada, mesmo a baixas velocidades, na compresso dinmica so basicamente proporcionados elevados caudais. Nestes compressores a velocidade de cada andar impulsor tem que ser mantida dentro de dois valores: um limite superior, quando o ar atinge a velocidade snica e a partir do qual o sistema entra em cavitao, na prtica deixando de comprimir; e um limite inferior abaixo do qual a contra-presso se torna maior do que a presso criada pelo andar impulsor dando origem a retorno de ar para dentro do compressor (stall). Isto pode resultar, e geralmente resulta se no existirem vlvulas anti-retorno, em pulsaes, rudo elevado e risco de avaria mecnica sria. A capacidade de desempenho de um compressor dinmico bastante afectada por condies externas, por exemplo mudanas na temperatura do ar de entrada.

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Compressores axiais O compressor tipo axial apresenta um deslocamento de caudal de ar paralelo ao seu veio de accionamento. Tem andares de compresso compostos por filas alternadas de ps mveis e ps fixas capazes de imprimir altas velocidades ao ar comprimido. Podem ter at vinte andares de compresso, cada um composto por uma fila de ps mveis e outra de ps fixas. Desta forma, o ar progressivamente acelerado pelas ps mveis enquanto ao mesmo tempo as ps fixas convertem a energia cintica em presso. Os compressores axiais so geralmente mais pequenos e mais leves do que o seu equivalente compressor centrfugo e normalmente operam a velocidades mais elevadas. So usados para elevados caudais a volume constante em presses moderadas, nomeadamente em sistemas de ventilao. Dada a sua alta velocidade de rotao, so ideais para acoplamento a turbinas a gs para gerao de electricidade ou para a propulso de aeronaves. Devido s altas velocidades que estas mquinas atingem, especial cuidado dado aos mancais, chumaceiras, rolamentos e respectiva lubrificao.

O compressor axial

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Compressores centrfugos O primeiro dispositivo que se acredita ter funcionado como um impulsor centrfugo tinha 10 ps de curvatura dupla em madeira e foi datado aproximadamente como sendo do sc. V. Foi encontrado em Portugal em 1772 numa mina de cobre abandonada perto de So Domingos. Ningum sabe como era usado.*4 Um compressor centrfugo caracteriza-se por possuir uma descarga de ar radial. O ar aspirado ao centro de um impulsor rotativo com ps radiais e acelerado para fora em direco ao permetro do impulsor devido fora centrfuga. A acelerao radial do ar resulta simultaneamente no aumento da energia cintica e no aumento da presso. Antes de o ar ser conduzido ao centro do impulsor seguinte, ou prximo andar de compresso, passa por um difusor e uma voluta onde a energia cintica do ar comprimido convertida em presso por desacelerao e aumento deImpulsor (aberto) de um compressor centrfugo5

volume. Em cada andar d-se um novo

aumento de presso at atingir a presso para a qual a mquina foi projectada. Em mquinas de aplicao industrial o mximo ganho de compresso de cada andar no excede usualmente a taxa de 3: 1. Maiores razes de compresso num andar reduzem a eficincia. Compressores de baixa presso de um nico andar so usados por exemplo em estaes de tratamento de guas residuais (E.T.A.R.).

*4 (traduo); In: mechanical engineering From the Crystal Palace to the pump room, by Abraham Engeda - http://www.memagazine.org/backissues/membersonly/february99/features/crystal/crystal.html5

Recursos de: http://www.nmit.ac.nz/

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Mltiplos estgios de compresso podem ser montados em srie num nico veio de baixa rotao. Para estas aplicaes uma caixa redutora integrada entre os andares do compressor permitindo rodar os impulsores a alta velocidade; comum esta tcnica ser usada na indstria petrolfera (leo e gs). O ganho de compresso em cada andar baixo, mas o aumento de andares por compressor, ou vrios compressores montados em srie produz os resultados de presso desejados na sada. Dois impulsores podem ser montados em cada ponta do mesmo veio para contrariar as cargas axiais causadas pelas diferenas de presso. Normalmente 2 ou 3 andares com refrigerao entre eles podem ser usados em aplicaes tpicas de ar comprimido. Alm disso, as aplicaes como vrios andares permitem tcnicas de refrigerao do ar entre os mesmos, aumenta-se a eficincia e reduzindo o consumo de energia. O impulsor destes compressores pode basicamente ser de dois tipos, tipo aberto (j mostrado na pagina anterior), ou tipo fechado. O impulsor de tipo aberto o mais usado quando se trata de altas velocidades no deslocamento do ar. Existem porm compressores centrfugos de menores potncias e menores velocidades, normalmente conhecidos como sopradores ou insufladores onde o tipo de impulsor fechado pode ser usado com vantagem pois nesse tipo de aplicao permite menores perdas. Nos compressores de grandesSoprador elctrico Long Chang mod. LXFT e Impulsor fechado utilizado no mesmo6 Compressor centrfugo com 3 andares e caixa redutora

potncias porm, o impulsor do tipo aberto e construdo em ligas especiais

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Cortesia de: http://www.lc742.com/

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de ao inoxidvel ou alumnio. A velocidade do veio do impulsor deste tipo de compressores muitssimo elevada quando comparada com a velocidade de outros tipos de compressores, so comuns velocidades de 15.000 a 100.000 rpm7. Isto significa que as peas mveis do compressor, rolamentos, veios e engrenagens requerem cuidados especiais. As peas rodando a alta velocidade no o fazem utilizando rolamentos comuns de esferas, mas sim rolamentos de pelcula de leo, mancais hidrodinmicos, usados tambm em turbinas onde as altas velocidades so normais. Em alternativa podem ainda ser usados mancais de almofada de ar ou magnticos numa mquina a funcionar sem leo, compressor seco. Os avanos recentes da tcnica permitem construir compressores centrfugos em configuraes onde motores elctricos de ultra-alta velocidade so usados para mover directamente os impulsores. Esta tecnologia cria compressores compactos, sem necessidade de caixas de engrenagens e os respectivos sistemas de lubrificao, permitindo assim compressores completamente isentos de leo. Cada compressor centrfugo deve ser convenientemente selado a fim de reduzir fugas ao longo do veio, onde este passa pela carcaa do compressor. Diversos tipos de retentores de selagem so usados e os tipos mais avanados encontram-se nos compressores de altas velocidades, concebidos para altas presses. Os retentores mais comuns deste tipo so os de labirinto, retentores de anel (geralmente de grafite) e os retentores mecnicos.

Compressor centrfugo de alta velocidade com accionamento directo

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Fonte: Compressed Air Manual 7th edition - Atlas Copco Airpower NV, Belgium, 2010

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ConclusoEsclarecimento e aviso legal: a parte do trabalho que se segue foi concebida como sendo um reflexo da actividade pessoal e profissional dos intervenientes neste trabalho. Foi inserida aqui exclusivamente como parte de um trabalho curricular, didctico, fazendo parte do Curso de Especializao Tecnolgica I.E.M.A. da Escola Superior de Tecnologia de Setbal, Instituto Politcnico de Setbal. A referncia a terceiros, quer a sua nomeao, quer a exposio da propriedade de terceiros no dever sair fora do mbito deste trabalho e da sua restrita rea didctica sob nenhuma circunstncia. Mais se faz saber que se de alguma forma o trabalho que se segue se reflectir como violando os direitos privados de alguma entidade, que seja contactado qualquer dos intervenientes na execuo deste trabalho pelos detentores desses direitos, a fim de que a parte nele envolvida possa ser retirada do presente trabalho. Poder obviamente qualquer parte interessada, se detentora de direitos sob esta obra optar por deixar o trabalho como est devido ao seu objectivo ser unicamente de carcter didctico no se pretendendo a sua reproduo sob nenhuma forma.

Apresenta-se como concluso deste trabalho um exemplo a que tivemos acesso de aplicao prtica dos compressores centrfugos. O local situa-se na zona industrial da Mitrena, em Setbal, mais concretamente na fbrica de pasta, complexo fabril da Portucel Industrial. O equipamento encontra-se montado na E.T.A.R. e proporciona caudal de ar para arejamento no reactor biolgico de tratamento de todo o efluente industrial lquido proveniente do complexo fabril, o que inclui a Portucel - fbrica de pasta, a antiga fbrica de papel INAPA e a nova fbrica de papel (CHP) recentemente construda, na altura a maior fbrica de papel da Europa. Verificmos na ocasio o volume do caudal de descarga para o Rio Sado do efluente aps o seu tratamento na E.T.A.R. e lemos um valor de efluente tratado que oscilava entre 495 e os 520 litros por segundo!!! Este valor varia conforme as condies do processo. O fabricante do equipamento em causa a HV TURBO, Elsingor, Denmark, presentemente integrada no grupo SIEMENS. O modelo do compressor o KA22S, esto duas unidades montadas no local com os nmeros de srie 2850 e 2851. Existe uma terceira unidade de um modelo diferente, mais recente como apoio de reserva, tambm um compressor centrfugo semelhante. Iremos cingir-nos aos dados das unidades mais antigas neste trabalho. Pelas folhas de caractersticas do equipamento, o ano de fabrico foi 1991 e pesam aproximadamente 6750 kg cada unidade. 25

Para este tipo de compressor o caudal mnimo de entrada de 9.000 m 3/h, o que tem a ver com a velocidade mnima permitida do equipamento antes de entrar em sttal, e o caudal mximo de 20.000 m3/h. A presso do ar de entrada de 1,013 bar abs. E a presso de descarga de no mximo 1,803 bar abs. A temperatura normal de entrada de 20C e a mxima admissvel de 41C. Funcionam a uma rotao constante de 11.840 rpm com um consumo de potncia de 492,8 kw na aspirao mxima, a temperatura e presso normais. Possuem uma caixa de engrenagens HV TURBO, modelo GA250 com uma relao de 3,9697, com uma demanda de leo de 82 litros/min.

direita, parcialmente visvel o filtro de entrada do compressor e manmetro de coluna lquida indicando estado do filtro; Ao centro o compressor e redutor com manmetro de presso de leo e termmetro, esquerda vista parcial do painel de controlo, por baixo do qual alguma instrumentao. O cilindro branco ao centro o motor elctrico actuador das alhetas mveis do difusor varivel de controlo de caudal de ar comprimido.

O accionamento composto por um motor EFACEC tipo AT2-500S. O peso do motor 3250 kg, tem uma classe de isolamento IP 23, a sua potncia nominal de 560kw, a frequncia de trabalho so 50 Hz, a tenso de alimentao 6.000 V, trifsico, roda a 3.000 rpm (sem considerar o escorregamento) e a alimentao ao motor feita 26

por atravs

arranque de

directo contactor

especifico para a tenso e corrente empregadas. O acoplamento do motor caixa redutora um Flender Arpex tipo NAN 205. Este compressor possui a particularidade de permitir o controlo de caudal de ar comprimido dentro deMotor de accionamento do compressor

limites bem definidos usando uma tecnologia de difusor varivel composto por alhetas mveis junto da sada radial do impulsor. As alhetas so comandadas por motor elctrico externo. Isto permite exercer controlo sobre as condies de processo, variando o volume de ar sem alterar a velocidade de funcionamento do compressor. O controlador da posio das alhetas do difusor um actuador linear accionado por motor elctrico Magnetic AG. Liestal, do tipo LC 18.6, com uma fora de trabalho linear de 3.500N, um brao de actuao de 84 mm, uma velocidade de 1,2 mm/s, com um grau de proteco IP 44, frequncia de trabalho deAlhetas mveis do difusor varivel junto do impulsor

50Hz, 220V, monofsico, acoplado a um potencimetro de 1.000 para permitir

referncia de posio ao sistema de controlo de processos/instrumentao. A queda de presso na entrada do compressor deve-se ao filtro: VILEDON; tipo: Filterbags; EU class DIN 24185: EU4; com manmetro de indicao 5100 mm H2O e recomendao para limpeza/substituio de filtro aos 30 mm H2O. Estas unidades possuem uma bomba de leo para lubrificao da caixa de engrenagens, um filtro de leo e um refrigerador de leo como equipamento auxiliar.

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O filtro de leo um ARLON Filtertech, Holand. Tipo TTF 2, com uma capacidade de 170 a 300 ( ); um elemento de filtro de 10 micron. A bomba de leo AB Imo-Industry, Sweden, tipo E4T-032N, com capacidade de 82 lit./min. O motor da Bomba um ABB, tipo MT 90 L de 2,2Motor da bomba de leo entre a caixa redutora e o motor de accionamento do compressor.

kW de potncia, um ndice de proteco IP 54, frequncia nominal de 50Hz, 380V trifsicos, 3000 rpm. O tanque de leo tambm funciona como base para o compressor e possui uma capacidade para 300 litros. Existe um sistema a ar para arrefecimento do leo composto por um permutador Bugge, Wassenaar, Holland, tipo 009.100. O motor do ventilador do permutador de Rotor; AP100-L4; 1410 rpm; IP 55; 50 Hz; 380V; 3kw. A presso mnima do leo 1,0 bar, normais deve do e e em de ser leo em condies

funcionamento A no temperatura reservatrio

aproximadamente 2 a 3 bar. Mxima admissvel 70C funcionamento normal deve ser de 45 a 55 C na entradaPermutador de arrefecimento do leo situado num piso acima da sala dos compressores

da caixa de engrenagens.

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Instrumentao para controlo e proteco do compressor

Quadro local de controlo do compressor

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Vista parcial do tanque de arejamento, reactor de tratamento biolgico da E.T.A.R., onde se pode verificar o turbilho provocado pelo ar enviado a partir de dois compressores como o apresentado trabalhando em simultneo. O nvel de oxigenao pretendido situa-se entre os 2 e os 4 ppm de O2 dissolvido e existem dois analisadores para garantir estes valores a partir de uma cadeia de controlo automtico de processos.

Exceptuando pelas notas de rodap este trabalho apresenta uma contagem de palavras total de: 6.250 palavras

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Bibliografia Folhas de Qumica Com os ps na terra e a cabea no ar- Maria Filomena Cames. Composio Qumica e Estrutura da Atmosfera Terrestre M.N.M.S Berban e Santos Centro de Qumica-Fsica Molecular Instituto Superior Tcnico, Maio de 2006. Schumans Outlines of Theory and Problems of College Chemistry Eighth Edition Jerome L. Rosenberg, Ph.D.; Lawrence M. Epstein, Ph.D. McGRAW-HILL, 1997. Introductin a la Termodinmica en Ingeniera Qumica Quinta edicion J. M. Smith; H. C. Van Ness; M. M. Abbot / Traduccin: Edmundo G. Urbina Medal; Maria del Consuelo Hidalgo Mondragn / Revisn Tcnica: Ing. Jos Clemente Reza Garca - McGRAW-HILL/INTERAMERICANA EDITORES, S.A DE C.V. (Mxico, 1996) Tecnologia de ar comprimido BOSCH (09/2008) Compressed Air Manual 7th edition - Atlas Copco Airpower NV, Belgium, 2010 Ar comprimido Escola Superior Agrria de Coimbra, 03/03/2009 http://pt.wikipedia.org/w/index.php?oldid=22509142 http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Archivo:Thermally_Agitated_Molecule. gif Compressors for Air, type KA5-KA100, Flow: 3.000-125.000m3/h HV-TURBO A/S, Allgade 2, DK-3000 Helsingr, Dennmark.

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Anexos

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Compressores Centrfugos

Escola Superior de Tecnologia de Setbal, 01, 2011

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