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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. Politrpica. Analisaremos esses processos com auxlio dos grficos P x V e T x S abaixo. Fig. 4 - Grficos P x V eT x S NogrficoPxVverificadooaumentodapressocomaquedadovolume especfico,enogrficoTxSverificadoacompressocomoaumentoda temperatura. Oprocesso1-2representaacompressoisotrmica,ondenogrficoTxS verifica-sequeatemperaturaconstante.Esteprocessospossvelem laboratrio,efetuando-seumacompressolenta.oprocessoquedemandade menortrabalhoparaserrealizado,poissomenteaenergiadepresso aumentada. UN-RIO / ATP-MLS / TBM COMPRESSORES CENTRFUGOS 8 O processo 1-3 uma compresso rpida com resfriamento. empregada nos compressoresalternativos,ondepormeioderesfriamentodoscilindrosse consegue reduzir o trabalho necessrio para compresso. Oprocesso1-4umacompressoadiabticaouisentrpica.aempregada paracompressoresdinmicos(centrfugoseaxiais).Naprticaesses compressoresefetuamoprocesso1-5,quepolitrpico,poisaentropia, inevitavelmente, aumentada. COMPRESSOR Compressoressomquinasoperatrizesutilizadasparaproporcionarema elevao da presso de um gs ou seu escoamento. Podem ser requeridas para as mais variadas condies de operao, de modo quetodaasuasistemticadeespecificao,projeto,operao,manuteno depende, fundamentalmente, da aplicao. Um compressor, como qualquer equipamento de fluxo, tem seu comportamento influenciado pelas caractersticas do processo no qual ele est inserido. No caso doscompressores,todaessainflunciapodeserprecisamenterepresentadapor quatro parmetros denominados caractersticas do servio (ou sistema), que so: - Presso de suco (P1) - Temperatura de suco (T1) - Natureza molecular do gs (composio) - Presso de descarga (P2) Assim,possvelconsiderarqueosvaloresinstantaneamenteassumidospor essesparmetrosdefinemtodasasgrandezasassociadasaodesempenhodo compressor, dentre as quais podemos citar: - Vazo de operao (volumtrica ou mssica) - Potncia de compresso (N) - Temperatura de descarga (T2) UN-RIO / ATP-MLS / TBM COMPRESSORES CENTRFUGOS 9 - Eficincia - Intensidade dos esforos Existemvrios tipos de compressores, diferenciados para suas aplicaes em funo dos parmetros envolvidos, que so: - Vazo de operao (Qo) - Razo de compresso (P2 / P1) - Composio do gs - Potncia de compresso (N) Os tipos mais comuns de compressores podem ser assim classificados:

COMPRESSORES VOLUMTRICOSDINMICOS ALTERNATIVOSROTATIVOSCENTRFUGOS AXIAIS PALHETAS/PARAFUSOS/LBULOS COMPRESSORES VOLUMTRICOS Noscompressoresvolumtricosoudedeslocamentopositivo,aelevaode presso conseguida atravs da reduo do volume ocupado pelo gs. Operam em um ciclo de funcionamento, onde se tem diversas fases para atingir a elevao de presso e manter o escoamento. Trata-se, pois, de um processo intermitente, noqualacompressopropriamenteditaefetuadaemsistemafechado,isto, sem qualquer contato com a suco e a descarga. COMPRESSORES DINMICOS So tambm chamados de compressores cinticos ou turbo compressores. Comprimemogspelaaodinmicadepalhetasouimpulsoresrotativos (impelidores), que imprimem velocidade e presso ao gs. Nessescompressoresaelevaodepressoobtidapelavariaode UN-RIO / ATP-MLS / TBM COMPRESSORES CENTRFUGOS 10 velocidade de um fluxo continuo de gs. Soindicadosparaamovimentaodegrandesvolumes,abaixaoumdia razodecompresso(relaoentreapressodedescargaeapressode suco). Operamaaltarotaoesogeralmenteacionadospormotoreseltricosou turbinas a gs. Existemsomentedoistiposdecompressoresdinmicos:oscentrfugoseos axiais, ambos rotativos. COMPRESSORES CENTRIFUGOS So tambm chamados de radiais. Possuem um impelidor (ou uma srie de impelidores - fig. 2.0) montado em um eixoedotadodepalhetasquesedispemnadireodoraiodoimpelidor, geralmente encurvadas no sentido inverso ao da rotao do eixo. Soboefeitodarotao,forma-seumacorrentedegsqueaspiradopela partecentraldoimpelidoreprojetadoparaaperiferia,nadireodoraio,pela ao da fora centrfuga, alcanando os difusores. Emfunodasdiferenasentreseusprincpiosdefuncionamentos,as caractersticasconstrutivassobastantediferentesproporcionandoumas diferenasparasuasaplicao,quantofaixadevazo,pressodesucoe presso de descarga.Conformevimosanteriormenteasfaixasdeaplicaoentreostiposde compressores so diferentes, sendo para este a faixa de utilizao compreendida entre: Presso de descarga mxima - 100 a 700 bar Razo de compresso por estgio - 3 a 4,5 Vazo de suco - 3,3 Mm3/h a 330 Mm3/h 1 - COMPONENTES Oscompressorescentrfugossoconstitudosporcomponentesestacionrios e rotativos.O grupo rotativo constitudo pelos impelidores, eixo, pisto de balanceamento e anel de escora. O grupo estacionrio constitudo pela carcaa, bocais de suco e descarga e diafragma, sendo neste composto de condutos como o difusor, curva de retorno e canal de retorno. 1 - PRINCPIO DE FUNCIONAMENTO 1.1 - Generalidades Compressorescentrfugos,tambmchamadosderadiaispossuemum impelidor(ouumasriedeimpelidores)montadoemumeixoedotadode palhetas que se dispem na direo do raio do impelidor, geralmente encurvadas no sentido inverso ao da rotao do eixo. Soboefeitodarotao,forma-seumacorrentedegsqueaspiradopela partecentraldoimpelidoreprojetadoparaaperiferia,nadireodoraio,pela ao da fora centrfuga, alcanando os difusores. UN-RIO / ATP-MLS / TBM COMPRESSORES CENTRFUGOS 11 Fig. 33 - Fluxo do Fluido no Rotor , Os difusores so um conjunto de condutos estacionrios, que envolvem o rotor econduzemogsemumatrajetriaradialeespiralparaaperiferia.Dessa UN-RIO / ATP-MLS / TBM COMPRESSORES CENTRFUGOS 12 maneira a rea de passagem aumentada gradativamente, pois o escoamento dedentroparafora,fazendocomqueogsaoatravess-losofrauma desacelerao, de que resulta um aumento de presso (efeito difusor). Oefeitodosdifusoresopostoaodosbocaiseorifcioscomoosdos medidores de fluxo, que provocam uma queda de presso do gs ao passar pela restrio, em virtude do aumento da velocidade de fluxo. Os difusores constam geralmente: do difusor principal, situado logo em seguida aoimpelidor,dosdiafragmas,quenoscompressoresdemaisdeumestgio dirigem o gs axialmente para o olhal da parte central do impelidor seguinte e da voluta, de forma espiral, que no ltimo estgio orienta o gs para a tubulao de descarga. Nos compressores centrfugos, portanto, o gs acelerado no impelidor e sua velocidade ento transformada em presso adicional por desacelerao gradual nodifusor,ouseja,oimpelidortransfereenergiaaogseodifusorconvertea energia de velocidade em presso. Oscompressorescentrfugossoidnticossbombascentrfugas,possuindo ambos as mesmas partes bsicas. Contudo pode-se distinguir uma bomba de um compressorcentrfugodevriosestgiospelavariaodaespessurados impelidoresdoscompressores,aopassoqueosimpelidoresdasbombastema mesmaespessuraemtodososestgios.Istoporqueosgases,contrariamente aos lquidos, so compressveis, portanto sofrem uma reduo de volume a cada pressurizao. UN-RIO / ATP-MLS / TBM COMPRESSORES CENTRFUGOS 13 Os compressores, a cada rotao corresponde um limite de reduo da vazo, abaixodoqualaoperaosetornainstvel,apresentandovibraeserudo caracterstico ("surging" ou"pumping"). Na figura abaixo temos um esquema que procura ilustrar a trajetria do gs no interior de um compressor centrfugo de mltiplos estgios. Fig. 34 - Fluxo do Fluido no Compressor Ogsaspiradoatravsdobocaldesucodocompressordesloca-se radialmente at a entrada do primeiro impelidor. Nele o gs acelerado e expelido radialmentedevoltaspartesestacionriasdamquina.Recebidonumapea anulardelarguranormalmenteconstante,denominadadifusor,oescoamento continua a se processar, s que agora livremente e no mais impulsionado, numa trajetriaespiraladaquelhepropiciarumacertadesacelerao,com conseqente ganho de presso. Ao atingir as partes mais externas da mquina, o escoamento captado pela curva de retorno, que o conduz ao canal de retorno e daaoprximoestgiodecompresso.Naturalmente,acurvaeocanalde retorno nunca podero apresentar seo transversal decrescente para no anular o processo de difuso. Na figura abaixo, podem ser vistos, detalhadamente, os componentes internos do compressor centrfugo. UN-RIO / ATP-MLS / TBM COMPRESSORES CENTRFUGOS 14 Fig. 35 - Componentes Internos UN-RIO / ATP-MLS / TBM COMPRESSORES CENTRFUGOS 15 A carcaa nada mais do que uma casca envoltria para o compressor, na qualsoinseridaspeassemicircularesdenominadasdiafragmas,osdifusores soformadospelassuperfcieslateraisdecadapardediafragmasvizinhos.As curvasderetornosoefetuadasnosespaosexistentesentreabordados diafragmaseacarcaa,enquantooscanaisderetornoocupampropriamenteo interior dos diafragmas. Nacircunfernciainternadosdiafragmassoinstaladosanisdepsguias. Soconjuntosdepsfixasquecaptam,atravsdesuaperiferia,oescoamento proveniente dos canais de retorno, defletindo-o de maneira suave para a direo axial. Oeixodocompressoreosdiversosimpelidoresquelhesoacoplados constituemapartemveldamquina,denominadaconjuntorotativoeilustrado abaixo. 1.2 - MANCAISRADIAIS O conjunto rotativo sustentado nas duas extremidades por mancais radiais do tipo de deslizamento. H duas configuraes usadas: tipo limo e segmentado. Devidoaosproblemasdedinmicadorotor,aseleoadequadadomancalse torna de grande importncia. O tipo limo possui o corpo de ao de um revestimento interno (casquilho) de metalmacio,chamadometalpatenteoubabbit.Oconjuntobipartidopara facilitar a desmontagem. Osmancaiscompastilhassegmentadas,pivotadasassimetricamente, externamente,formandoumapoiooscilantecontraacaixadomancal,permitem umacompensaoparapequenosdesviosangularesdorotor,almde preveniremacirculaodacunhadeleoaoredordoeixofenmenoconhecido comoinstabilidadedeleoqueprovocafalhadosmancaisvibrao.otipo maisusadoparacompressoresdealtarotao(maisde8000RPM)ou compressoresondeacargadosmancaispequenaouquandocomprimidos gases de alto peso molecular. Modernamente, nas mquinas de grande porte, os mancaiscompastilhassegmentadastemusogeneralizado.Aspastilhasso feitasemaorevestidasinternamentedemetalpatente.Oconjuntoformado porcincopastilhas sendoarranjadatalqueoeixo,quandoestacionado,repousa sobreumadelas,isto,hduaspastilhasnametadesuperioretrsnametade inferior. 1-Corpo do mancal 2-Pastilha 3-Anel de reteno de leo 4-Idem UN-RIO / ATP-MLS / TBM COMPRESSORES CENTRFUGOS 16 AXIAIS Oposicionamentoaxialdoconjuntomantidopelomancaldeescoraou mancal axial. O mancal de escora do tipo de deslizamento, sendo formado por um estojo de ao, bipartido para permitir a desmontagem, provido internamente de pastilhaspivotadasparatolerarpequenosdesviosangulares.Aspastilhastm revestimento, em sua face, de metal patente, uma liga metlica macia e de baixo coeficiente de atrito.Normalmente usado mancal axial de dupla ao, ou seja, o colar axial, fixo ao eixo,trabalhaentreduassuperfciesdeempuxoaxialnaspartidas/paradasou quandoocompressor,indevidamente,entreemsurge.Nagrandemaioriados casos o mancal de escora combinado com o mancal radial. 1-Corpo do mancal 2-Anel de reteno 3-Pastilhas do mancal axial 4-Anis de apoio 5-Parafuso regulador 6-Anelderetenodoleo (anel radial) 7-Pastilhas do mancal radial

, UN-RIO / ATP-MLS / TBM COMPRESSORES CENTRFUGOS 17 UN-RIO / ATP-MLS / TBM COMPRESSORES CENTRFUGOS 18 SISTEMA DE SELAGEM Essesistematemafinalidadedeminimizarasfugasdegsinternae externamenteaocompressor,entreaspartesrotativaseestacionriasdo compressor.Asfugasinternasproporcionamaquedadeeficinciade compressodevidorecirculaonosimpelidores.Asfugasexternaspodem acarretar desequilbrio no pisto de balanceamento, acesso de gs nos mancais e fuga para a atmosfera local.Divide-se em selagem interna e selagem externa. SELAGEM INTERNA Aselageminternadeumcompressorcentrfugousadanospontosondeo gs,procurandosempreasregiesdemaisbaixapresso,tentapassarpelas pequenasfolgasentreoconjuntorotativoeaspartesestacionrias.Assimso montadas sobre o impelidor, na borda do olho (na sua face dianteira) e prximo ao eixo, sobre o cubo (na face traseira). Aselageminternaminimizaarecirculaointernadogs.Logo,est diretamente associada ao rendimento do compressor. Os dispositivos utilizados na selagem interna so sempre os anis de labirintos, fixadosspartesestacionriasdocompressor.umselosemcontato,cujas facastemfolgamnimaemrelaoaorotor.Oprincpiodefuncionamentodos labirintosconsisteemsubmeteroescoamentodefugaamudanasdedireo sucessivas,criandoumagrandeperdadecarga,minimizando,assim,avazo. Para evitar um eventual dano ao rotor, no caso de contato fsico com os labirintos, estes so fabricados em metal macio, geralmente ligas de alumnio.UN-RIO / ATP-MLS / TBM COMPRESSORES CENTRFUGOS 19

Osanisdelabirintossoencaixadosnasextremidadesdosdiafragmase servemtambmparaefetuaravedaodopistodebalanceamento.So fabricadosemmetalmacio,usualmentealumnios,quesedeformamaomenor contatocomoeixo,demodoanointroduzircarregamentotransversalsobreo mesmo. UN-RIO / ATP-MLS / TBM COMPRESSORES CENTRFUGOS 20 SELAGEM EXTERNA A selagem externa tem como finalidade impedir o vazamento do gs atravs da passagem entre o eixo e a carcaa. O dispositivo de selagem do lado do bocal de sucoatuasujeitopressoetemperaturadesucodosistemaenquantodo ladodadescargaverifica-seumapressoligeiramentesuperiordesuco (devido linha de balanceamento) e uma temperatura prxima da temperatura de descargadocompressor.Essesparmetros,almdanaturezadogs comprimido, definem as caractersticas da selagem a ser utilizada. H quatro tipos de selagem externa para compressores centrfugos: - selo de labirintos - selo de anis de carvo - selo de anis flutuantes ou de filme de leo - selo mecnico - selo seco ou a gs O usual o emprego de anis de labirintos associados a cmaras adjacentes e em conjunto, um dos selos especiais citado acima. SISTEMA DE BALANCEAMENTO AXIAL Nos compressores centrfugos o gs descarregado pelos impelidores ocupa o espao existente entre os prprios impelidores e os diafragmas gerando um campo de pressestalcomomostradonafigura2.10.Comopodeservistoadistribuiodas pressesresultaumaforaaxialnosentidodadescargaparaasucodo compressor.Osomatriodasforasatuantessobrecadaimpelidorcorrespondeao que denominado empuxo axial. UN-RIO / ATP-MLS / TBM COMPRESSORES CENTRFUGOS 21 O posicionamento axial do conjunto rotativo mantido pelo mancal de escora eobomfuncionamentodestedispositivoexigequeoempuxoaxialsejamoderado, sem o que teramos rpido desgaste das pastilhas e elevada dissipao de energia em perdasmecnicas.Paracontornarisso,osprojetistasdevemoptarporumdos seguintes recursos: - Uso de pisto ou tambor de balanceamento - Uso de fluxo em duplo sentido Opistodebalanceamentoumapeacilndricafixadaaoconjuntorotativo logo aps o ltimo impelidor com a finalidade de gerar uma fora contrria ao empuxo axial. A face interna do pisto de balanceamento fica naturalmente exposta presso dedescarga,enquantoaoutrafaceficasubmetidapressodesucoatravsde umacmaraligadasucodocompressorporumatubulaoexternadenominada delinhadebalanceamento.Origina-se,portanto,sobreopistoumaforaque correspondeaoprodutodareadesuasfacespeladiferenaentreaspresses atuantesemcadaumadasfaces.Tendoumadasfacesexpostaspressode descarga e outra a presso de suco, conforme pode ser observado na figura 2.11 geradaumaforacontrriaedeaproximadamentemesmaintensidadeaoempuxo axial, promovendo o deslocamento do eixopara um determinado sentido, geralmente dadescargaparasuco.Atravsdadeterminaodareatransversaldopistode balanceamentoqueoprojetistapodecompensaroempuxoaxialnamedida desejada. Estemtodooempregadonocompressordealtapresso,ondepodeser observada a linha de balanceamento axial de trs . Ooutrorecursoconsisteemestabelecerdoisconjuntosdeimpelidoresno mesmo eixo, de modo que eles sejam percorridos em sentidos opostos pelo gs, comoocasodocompressordebaixapresso.Nestecasoaanulaodo empuxoaxialnoabsoluta,tomando-senecessrioainstalaodopistode balanceamentodemenorporte,emrelaoaoempregoanteriormentecitado. Esse pisto encontra-se instalado no lado oposto ao acionamento (suco do 20 estgio), com a face submetida a maior presso (suco do 2o estgio) no lado interno e a outra face submetida presso da suco do 1o estgio. UN-RIO / ATP-MLS / TBM COMPRESSORES CENTRFUGOS 22 ACOPLAMENTOS Os acoplamentos interconectam os vrios estgios de um compressor entre si e ao acionador. Comonormalmenteoacionadoreocompressorpossuemseusprprios mancaisdeencosto,devem-seusaracoplamentosflexveisdotipoengrenagens ou de lminas flexveis ou de diafragmas, para permitir a dilatao dos eixos com oaumentodatemperatura.Estesacoplamentostambmtoleramcertadeflexo angular e desalinhamento radial. Antesdainstalaodosacoplamentosnecessriaaverificaodo alinhamentodoseixosaseremacoplados.Estealinhamentofeitocomas mquinasparadas(frias)edevelevaremcontaqueasmquinassofrem dilataes diferenciais quando em trabalho. Assim o processo deve ser feito de tal formaapromoveroalinhamentodoseixoscomasmquinasemoperao (quentes). Osacoplamentosdeengrenagenssofeitoscomdentesconvexosque requeremfabricaocompreciso.Necessitamsuprimentocontnuodeleo lubrificante.Socompostosdedoiscubos,queseprendemspontasdeeixoa acoplar(presosporchavetasouporinterferncia,quandosomontadasas quentes ou utilizando dilatao por meio hidrulicos), duas luvas e um carretel. Osinconvenientesdosmancaisflexveis,principalmenteosdeengrenagens (mais usados) so:- Possibilidade de falha total, se houver falha de lubrificao; -Problemasassociadosaotravamentodosdentesdoacoplamento,fazendo com que o esforo axial sobre os mancais de encosto seja aumentado. Isto se d devido formao de pitting nos dentes das engrenagens.Poressesinconvenienteseconsiderandoadificuldadedeseencontrarno mercadoacoplamentosflexveisparagrandespotnciaserotaes,alguns fabricantesusamacoplamentosrgidos.Evidentemente,nestecaso,haveria somente um manual axial para todo o trem de mquinas, para permitir que o rotor possa se dilatar em um sentido. PLANTA DE PROCESSO Aplantadeprocessodegstemafinalidadederesfriarogsapsos processosdecompressoparareduzirapotnciarequeridanacompresso seguinteeevitardanosaoscomponentesmecnicosdocompressor(selosde labirintos);reteredescartarcondensadoqueseformaapsoresfriamento; permitir o alinhamento do gs na suco e descarga e promover o alvio do gs de forma segura. Parataltorna-senecessrioainstalaodeequipamentosquepermitiro executar tais tarefas, que so: - resfriadores - depuradores de gs - vlvulas automticas de alinhamento e alvio de gs Osresfriadorespodemserdotipocasco-tuboutilizandoguaparao resfriamentodogsoudotipoaircooler.Oprimeiropodeutilizarguanos tubosounocasco.Oscritriosparaaescolhasoaquantidadede contaminantesnogsenaguaeonveldepressodogs.Oobjetivo passarpelostubosofluidoquetivermaiscontaminantes,umavezquesetem maior facilidade de limpeza. UN-RIO / ATP-MLS / TBM COMPRESSORES CENTRFUGOS 23 J quando as presses do gs forem altas, este passar pelos tubos, devido a consideraes de resistncia mecnica. Os resfriadores so intercalados entre estgios de compresso e na descarga do trem de compresso, sendo algumas vezes usados na suco, a depender da temperatura do gs. Aps os trocadores so instalados vasos para remoo de condensado(depuradores)queutilizammtodosinerciais(eliminadoresde nvoa) para separao lquido-gs, controlando a umidade do gs comprimido. Na parada do turbocompressor a planta de processo pode ficar pressurizada oudespressurizada,deacordocomaclassificaodoeventoqueprovocara parada, que pode ser os eventos associados integridade dos equipamentos e segurana operacional ou os associados somente a integridade do equipamento. Comoexemplodoprimeirocasotemosadetecodefogo,gs,falhano sistema de selagem externa. Nocasodeparadasproporcionadaspeloseventosassociadosaoprimeiro caso,aparadaserdespressurizada,sendoaplantadeprocessoaliviadaa pressoatravsdaaberturadasvlvulasautomticasdealvioparaoflare (BDV). J para o segundo caso a planta permanecer pressurizada.

UN-RIO / ATP-MLS / TBM COMPRESSORES CENTRFUGOS 24 TERMODINMICA APLICADA Acompressodeumgsemumcompressorcentrfugosemresfriamento internoumprocessoaproximadamenteadiabtico(semtrocadecalorcomo meio).desconsideradooganhodecalorpelogsdevidoasperdasinternas, comoatritoechoqueseacompressopodeseranalisadacomoumprocesso ideal, adiabtico e reversvel, e portanto isentrpico. Dessamaneiraotrabalhoporunidadedemassarealizadopelocompressor sobre o gs pode ser determinado aplicando-se a 1alei da termodinmica. QW h h + = 2 1, sendo Q = 0 restaW h h = 2 1 Este trabalho por unidade de massa entregue ao gs denominado de HEAD (H) e podemos expressar que: H h h = 2 1T, para gases perfeitos pode-se desenvolver. h h cp2 1 = . ;cKKRp=1.; logo T T TPPKK= =|\

|.|2 1211 HKKR TPPKK=|.||\

((

111211. . . sendo k o coeficiente isentrpico. Contudoasperdasacontecem,eatransformaosofridapelogs sensivelmente irreversvel, diferente de uma isentrpica. Parasimplificarotratamentotericodoproblema,sesupequeogssofre uma transformao reversvel, com ganho de calor do meio, do tipo politrpico. HnnR TPPnn=|.||\

((((111211. . . sendo n o coeficiente politrpico. UN-RIO / ATP-MLS / TBM COMPRESSORES CENTRFUGOS 25 Essaexpressoadmitequeogsperfeitoequeesseheadoabsorvido pelogs,poisoheadcedidopelocompressormaioreessaparcelaamais equivaleaocalorcedidoaogsduranteoprocesso.Podemosresumirdizendo que o head cedido pelo compressor determinado pela variao de entalpia entre os bocais de suco e descarga e o head absorvido pelo gs determinado pela frmulaabaixo.Adeterminaodavariaodeentalpiatrabalhosaonde envolve todos os componentes do gs. Para a determinao do head politrpico do gs real deve-se compensar a no idealidadedogs,utilizando-seofatordecompressibilidade"Z",quedevesera mdia aritmtica dos fatores de compressibilidade da suco e descarga. Ento o "HEAD" fica assim expresso: HnnRPM TPPZ Znn=|.||\

((((|\

|.|

+11212111 2. . . lembrando queR =RPM Aeficinciadacompressopodeserdeterminadaatravsdarelaoentreo head absorvido pelo gs e a sua variao de entalpia. (constante molecular dos gases) (peso molecular) =Hh Anlise do Head em funo das variveis Sendo o "HEAD" a energia por unidade de massa absorvida pelo gs durante o processo de compresso no compressor centrfugo, vamos analisar essa energia em funo das alteraes das variveis, segundo o quadro abaixo: VARIVEISCONSTANTESHEAD TSaumentaRc, PM.aumenta TS diminuiRc, PMdiminui RCaumentaTS, PMaumenta RCdiminuiTS, PMdiminui PM aumentaTS, RCdiminui PM diminuiTS, RCaumenta onde : Ts Temperatura do gs na suco do compressor Rc Razo de compressoPd / Ps PM Peso molecular UN-RIO / ATP-MLS / TBM COMPRESSORES CENTRFUGOS 26 Exemplo:Simulamosumaumentodatemperaturadogsnasucodo compressor, mantendo-se constantes a razo de compresso e o peso molecular. Observando-seafrmulado"HEAD"vemosqueomesmodiretamente proporcional temperatura de suco, ou seja, se a temperatura de suco sobe e os demais parmetros se mantm constante, a energia necessria para manter o escoamento do gs aumenta. Podemos fazer a mesma anlise para a razo de compresso e para o peso molecular. Anlise adimensional do Head SendooHeadotrabalhocedidoacadaunidadedemassadofluidono processo de compresso: HNg m=. Onde:N potnciacedida ao fluido durante a compresso m vazo em massa de fluido g acelerao da gravidade ParaumsistemadeunidadeMLT(porexemplo:kg,m,s)ouFLT(por exemplo: kg*, m, s), resulta : H L = ou seja, a grandeza head tem a dimenso de um comprimento. Usando-seumsistemadeunidadesFMLT(porexemplo:kg*,kg,m,s),para que se tenha H como um comprimento, a equao deve ter a forma: H gc Ngm= . OgcofatordetransformaodaunidadedeforadosistemaFLTparaa unidadedeforadosistemaMLT,entendendo-sequeessessistemasso aqueles cujas unidades compem o sistema FMLT usado. Por exemplo, usando o sistema FMLT (kg*, kg, m, s). gckg m skg= 9 82,. /* Em um sistema FMLT, portanto, dado que para os problemas comuns: gc g = numericamente a equao para o head ficaria H N = / m Essa equao a empregada nos problemas de engenharia. UN-RIO / ATP-MLS / TBM COMPRESSORES CENTRFUGOS 27 SISTEMA DE CONTROLE ANTI-SURGE E CAPACIDADE INTRODUO Oscompressorescentrfugosapresentamrestriesimpostasaosseus funcionamentosquandosubmetidoadeterminadascircunstncias,assimfica delimitado a rea til de operao sobre o conjunto de curvas caractersticas. A envoltria dessa rea formada pelos limites superior e inferior, respectivamente correspondentes mxima e mnima rotao permissvel em operao contnua, e mais os limites esquerda e direita, definidos pela ocorrncia de fenmenos aerodinmicos conhecidos respectivamente como surge e stonewall. Vejamos o significado de cada um desses limites. Limites de rotao A mxima rotao em regime contnuo de operao definida em funo do nveldeesforosaquesubmetidooconjuntorotativo,enquantoarotao mnimadevesesituaracimadaprimeiravelocidadecrticadevibrao.De acordocomostandard617doAPI,queregulamentaaconstruode compressorescentrfugosparaindstriasdepetrleo,esseslimitesdevem corresponderrespectivamentea105%damaiorrotaoe85%damenor rotao requeridas pelas condies especficas para a mquina. UN-RIO / ATP-MLS / TBM COMPRESSORES CENTRFUGOS 28 Limite de surge Osurgeumfenmenocaracterizadopelainstabilidadedopontode operao e ocorre quando a vazo que o sistema se mostra capaz de absorver inferior a um certo valor mnimo. Manifesta-se atravs de oscilaes de vazo e pressesdosistemaemgeralacompanhadosdeforterudoeintensavibrao do compressor, podendo levar rapidamente a uma falha mecnica.Umaexplicaosimplificadaparaosurgepodeserobtidaassociando-oao ponto mximo da curva HEAD x VAZO, que teria uns ramos virtuais acedente, representados em linha tracejada na figura. Dizemos virtual porque esse trecho constitudo por condies instveis de funcionamento. Consideremos,porexemplo,osistemanoqualumcompressorcentrfugo sucedido por um reservatrio e uma vlvula de controle a jusante. Um pequeno fechamento dessa vlvula proporciona imediata queda na vazo quepassaatravsdelaeimprimeumatendnciadeelevaonapressodo reservatrio,aumentandooheadtermodinmicorelativoaosistema.Admitindo queocompressoroperenoramoestveldesuacurva,ocorrerum deslocamento do ponto de operao para a esquerda, buscando um novo ponto deequilbrio.Prosseguindonofechamentodavlvula,haverummomentoem queapressodedescargae,conseqentemente,oheadrelativoaosistema atingiro um valor superior ao que o compressor capaz de desenvolver, e que vem corresponder ao limite de surge ponto B da figura. Incapaz de descarregar ogssobessascondies,ocompressoradmitirumpequenorefluxoC suficienteparafazercairpressonadescarga,retornandoaseguiro funcionamento normal. O abaixamento da presso de descarga D far com que ocompressor,deincio,operecomavazomuitoelevadaE.Notendosido desfeitaamanobraquelevouinstabilidade,isto,mantidaaposioda vlvula, o sistema no ser capaz de absorver toda essa vazo, e o compressor caminhar de novo em direo ao surge, dando continuidade ao funcionamento cclico que caracteriza o fenmeno. UN-RIO / ATP-MLS / TBM COMPRESSORES CENTRFUGOS 29 Resumindopodemosdizerqueosurgeumfenmenoaerodinmicoque ocorrenoscompressorescentrfugosquandosubmetidoaoperarcomuma vazomnima,quecorrespondeaumheadmximo.Essefenmenose caracterizapelassucessivasinversesereversesdefluxoecomo conseqnciaocorreochoqueentreasmassasdegspromovendovibraes, empenodoeixo,destruiodosistemadeselagemedoimpelidor.Deveficar claroqueparacadarotaoexisteumavazomnimaequetantomenor quanto menor for a rotao. Limite de stonewall Compressorescentrfugosindustriaissoprojetadosparafuncionarcom regimedeescoamentosubsnico.Seavazodeoperaoelevada,no entanto, possvel que a velocidade de escoamento do gs atinja o valor snico emalgumpontonointeriordocompressor,usualmentenaentradadaspsdo impelidor,caracterizandooquesedenominalimitedestonewall.Oresultado prtico desse fato a impossibilidade de aumentar a vazo a partir desse ponto, alm de uma acentuada queda na eficincia do processo de compresso. Olimitedestonewallnorepresentanenhumaameaaintegridadedo compressor,maspodeseconstituirnumgraveinconvenientecasovenhaa ocorrer dentro da faixa de vazo necessria operao do sistema. SISTEMA DE CONTROLE ANTI-SURGE Omtododecontroleanti-surgeempregadoodarecirculaodogsda descarga para a suco do compressor centrfugo, atravs da instalao de uma delinhacomvlvuladecontroleautomtico.Ocontroladoranti-surgedeveser programadoparaqueaoseaproximardopontodesurge,sejacomandadaa aberturadavlvulademodoqueavazonocompressorfiqueacimadavazo mnima. UN-RIO / ATP-MLS / TBM COMPRESSORES CENTRFUGOS 30 Veremosaseguirasmalhasdecontroleanti-surgequepodemser empregadas de acordo com a instalao do compressor centrfugo. Compressor centrfugo acionado por motor eltrico Nestecasooacionador(motoreltrico)operacomrotaoconstanteeo compressor possui a seguinte curva: Sabendo-se que a vazo de operao deve ser maior do que a vazo mnima, estimado um desvio de ~10% a direita desta para ser o ponto de ajuste na qual aFVdeveriniciaraabertura.Amalhaentodeveconstardeumelemento primrio de fluxo (placa de orifcio) na suco do compressor, um transmissor de fluxo (FT), um controlador indicador de fluxo (FIC) e uma vlvula de recirculao (FV) conforme o esquema abaixo. UN-RIO / ATP-MLS / TBM COMPRESSORES CENTRFUGOS 31 Oelementoprimriodefluxo(FE)enviaosinaldoDPnaplacaparao transmissor de fluxo (FT), este o converte para um sinal de sada em miliamper enviandoparaocontroladorindicadordefluxo(FIC).Essecontroladortemo pontodeajustecorrespondenteaumavazo10%acimadavazomnimade operao, que corresponde ao ponto de surge. Durante a operao se em algum momento ocorrer uma queda da vazo e atingir a vazo de ajuste o controlador comanda o inicio da abertura da FV de modo que a vazo fique igual ao valor de ajuste. Compressor centrfugo acionado por turbina a gs Nestecasooacionadorpermiteaoperaocomumagamaderotaeseo compressor centrfugo apresenta as seguintes curvas: Nesse caso para cada rotao existe um ponto limite de surge, ento um FIC noatendemaisocontrole,poisopontodeajustenopodesernico.Como UN-RIO / ATP-MLS / TBM COMPRESSORES CENTRFUGOS 32 podeservisto,comaintercessodospontoslimitesdesurgeobtidoalinha limitedesurge.Ocontroleagoradeveseratravsdeumalinhaparalelaea direita da linha limite de surge, denominada linha de controle de surge.

dessa linha de controle que deve ser extrado o ponto de ajuste da vazo de controle Qa, que para cada rotao corresponde a uma vazo, ou seja, o ponto deajustedeveserdeterminadoacadacondiooperacionaldocompressor, equivalenteaohead.Obtendo-seoheaddeterminadoopontodeintercesso comalinhadecontroledesurgeetraando-seumalinhaparalelaaoeixodo head passando pelo ponto de intercesso obtida a vazo de ajuste "Qa" para aquelacondiooperacional,conformepodeservistonogrficoabaixo.com essa vazo de ajuste que a FV dever abrir, quando a vazo de operao "Qo" assumir esse valor. Aimplementaodeumamalhadecontrolequerealizeestafunodeve determinar o head e process-lo para obter a vazo de ajuste Qa. A vazo de operaoQocomparadacomavazodeajuste,casoQosejamaiorque UN-RIO / ATP-MLS / TBM COMPRESSORES CENTRFUGOS 33 QaaFVdeverficarfechada,ouseja,condionormaldeoperao.Na condio de Qo ficar igual ou menor que Qa a FV dever abrir, mantendo-se a vazo na suco do compressor igual vazo de ajuste.Umavezsabendoqueoheaddiretamenteproporcionalarazode compresso(P2/P1)eosdemaisparmetrospraticamentesoconstantes(n, PM,ReT1)instaladoumtransmissordepressonasucoeoutrona descarga do compressor. Os sinais desses transmissores so enviados para um ControladorAnti-SurgeCAS,ondesoprocessadosparaobteravazode ajuste. No CAS implementada a equao da linha de controle de surge, que para simplificar podemos ilustrar como sendo uma reta, cuja equao : Y = aX + b ", onde " Y " a razo de compresso, " X " a vazo de ajuste, "a" o coeficiente angular e " b " o ponto de intercesso da reta com o eixo Y. Ocontrolador,aoreceberossinaisdaspressesdesucoedescarga, efetua o clculo da diviso entre P2 e P1 (Y), processa esse valor na equao e obtm a vazo de ajuste (X). O controlador tambm recebe o sinal da vazo na sucodocompressorQo,quecomparadacompontodeajusteQa.No caso de operao normal Qo deve ser maior que Qa, pois em outra condio fica caracterizado que o ponto de operao est prximo ao surge. Nesse caso a FVdeveseencontrarabertadeformaamanteravariveligualaopontode ajuste,ouseja,casoavarivelseencontrarigualoumenorqueavazode ajusteaFVdeverseencontrarabertaosuficienteparamanteravazona suco do compressor igual ao ponto de ajuste.Deacordocomodescritivoacimaamalhadecontroleficarepresentada conforme o esquema a seguir. SISTEMA DE CONTROLE DE CAPACIDADE UN-RIO / ATP-MLS / TBM COMPRESSORES CENTRFUGOS 34 O controle de capacidade tem a finalidade de efetuar o ajuste da vazo de gs do processo com a curva de desempenho do compressor, de modo que a vazo comprimida fique dentro das condies de oferta e demanda de gs do sistema. De acordo com a curva de head x Q abaixo temos o ponto de interseo ( A ) entre a curva do sistema ( r ) com a curva de desempenho do compressor ( N1 ), que corresponde a vazo QA e Head HA. NocasodeumanovavazodegsQB,comopoderemosefetuara intercesso da curva do sistema coma curva de desempenho do compressor? Existem dois mtodos, a saber: 1 - Alterao da curva do sistema, que so: a) Uma vlvula na suco que nesse caso poderia ser parcialmente fechada de modoaalteraracurvadosistemapara(t),ondeobteramosopontode intercesso com a curva de performance em B. b) Uma vlvula na descarga que poderia fechar parcialmente de modo a alterar a curva do sistema conforme o item anterior. 2 - Alterao da curva do compressor, que so: a)Reduzirarotaodocompressordemodoaseobterumanovacurvade desempenho(N2),quepromovaaintercessocomacurvadosistema(r)no ponto C. b)Paracompressoresaxiaistemostambmapossibilidadedeatravsde mecanismodeacionamento,proverdepalhetasmveisosprimeirosestgios estatores, de forma a proporcionar novas curvas de desempenho, que podem ser correlacionadas variao de rotao. Dopontodevistaenergticoomtodo1promoveumaperdadeenergiaem funodasquebrasdepresso.Omtodo2melhor,poispermiteumajuste econmicodapotnciarequeridacomanecessriaparaosistema,ficaento sendoaempregadaparaocontroledecapacidadeparaoscompressores centrfugos. UN-RIO / ATP-MLS / TBM COMPRESSORES CENTRFUGOS 35 Conformeogrficoabaixo,temosvriascurvasdedesempenho,sendouma para cada rotao: Filosofia de controle Afilosofiadecontroleconstaemimplementarumacurvadosistema conveniente para o processo e isso proporcionado com a instalao de um PIC no coletor de suco, um PIC no coletor de descarga e um seletor de menor sinal entre os sinais dos PICs da suco e descarga que envia o sinal de sada para oacionador de modo a possibilitar os ajustes dos pontos de operao das presses desucoedescarga,quedeverosermantidaspelavariaodarotaodo compressor,detalmaneiraqueopontodeoperaosedesloqueemcimada curva do sistema implementada. A condio normal de operao fica estabelecida com: - Presso do coletor de suco igual ao ponto de ajuste no PIC da suco. -PressonocoletordedescargaigualaopontodeajustedoPICda descarga. - No PIC do coletor de descarga o ponto de ajuste deve ficar acima da presso de gas lift, ficando configurado como uma presso limite. -Ocontroladordepressodocoletordesucocomandaaaceleraoe desaceleraoeocontroladordapressodocoletordedescargacomandaa desacelerao e permite a acelerao do compressor. Deve ficar claro que existe umaprioridadedadesaceleraosobreaacelerao(menorsinal).Destemodo podemos expor a seguinte situao: - PIC de suco no h comando de acelerao e desacelerao. - PIC de descarga tem-se um comando que permite acelerao. - Nesse caso prevalece o sinal do PIC da suco. Casoacorraumaquedanavazodegsapressodesucoircair, acarretandoumerronoPICdasucocomandandoadesaceleraodo compressor e em caso contrrio ir acarretar a acelerao. UN-RIO / ATP-MLS / TBM COMPRESSORES CENTRFUGOS 36 UN-RIO / ATP-MLS / TBM COMPRESSORES CENTRFUGOS 37 COMPRESSOR AXIAL Ocompressordearo componentedaturbinaresponsvel peloaumentodapressodoarno cicloBraytoneacionadopela turbina do gerador de gs. Ocompressoraxialempregado nestescasosporserespecificado paramaioresvazesdoqueos centrfugos com relao ao porte. Seu princpio de funcionamento o daaceleraodoarcomposterior transformaoempresso. composto por uma seo estacionria, ondeseencontraminstaladosos aniscomaletasestatoraseaseo rotativacompostaporumconjuntode rotores com palhetas. Cada estgio de compressocompostoporumrotor com palhetas e um anel com aletas estatoras. O rotor com palhetas responsvel pelaaceleraodoar,comoumventilador.nestaetapaqueoarrecebe trabalhoparaaumentaraenergiadepresso,velocidadeetemperatura.Oanel de aletas estatoras tem a finalidade de direcionar o ar para incidir com um ngulo favorvel sobre as palhetas do prximo estgio rotor e promover a desacelerao do fluxo de ar para ocorrer a transformao da energia de velocidade em presso. Essasmquinassoprojetadasparaqueavelocidadenaentradadecadarotor seja a mesma para a condio de mxima eficincia. Este processo repetido nos estgios subseqentes do compressor sendo que cada estgio promove um pequeno aumento de presso. Ofluxodearnocompressorsedparaleloaoeixo(axial)numatrajetria helicoidal, e a seo de passagem reduzida da admisso para descarga, com o propsito de se manter a velocidade do ar constante dentro da faixa de operao, umavezqueapressosobeacadaestgioerespectivamenteamassa especfica (veja a equao da continuidade). O ganho de presso e as variaes de velocidade a cada estgio podem ser vistos na figura abaixo. Fig. 8 - Relao Presso/Velocidade durante Compresso Fig. 9 - Diagrama Presso e Velocidade UN-RIO / ATP-MLS / TBM COMPRESSORES CENTRFUGOS 38 Asaletasestatorasdoltimoestgioagemcomopsguiasdesada(OGV- OutletGuideVanes),quedirecionamoaremumfluxoaxialestabilizadoparaa carcaa traseira do compressor e seo de combusto. Ocompressorprojetadoparaoperarcomaltaeficinciaemaltasrotaes. Paramanterofluxodearestabilizadobaixarotao,tem-seinstalado,na entradade ar,umconjuntodealetasmveisguiasdeentrada(IGV-InletGuide Vanes),queautomaticamente,alteraongulodeataquedaspalhetasparao primeiro rotor. A eficincia gradualmente aumentada de acordo com o aumento darotao.Asvlvulasdesangriaestoinstaladasparaprevenirosurgeem baixas rotaes. O conjunto I.G.V evlvulas de sangria fazem parte do sistema de controle do fluxo de ar da turbina. A proteo quanto ao surge se d atravs de vlvulas de alvio instaladas nos ltimosestgios,queficamabertasaliviandoparaatmosferaduranteafasede acelerao e parada do compressor. UN-RIO / ATP-MLS / TBM COMPRESSORES CENTRFUGOS 39


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