profmec mecflu compressor

SENA I – P E T R O B RAS211

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Monitoramento e controle de processos

CompressoresCompressores

omo as bombas, os compressores são máquinas acionadas que aumen-

tam a pressão do fluido. Têm construção e funcionamento semelhantes,

sendo as diferenças entre eles decorrentes das distinções de comportamen-

to e propriedades entre líquidos, fluidos incompressíveis, e gases, fluidos

compressíveis. As diferenças são de dimensões dos equipamentos, siste-

mas de vedação e velocidades de operação, que decorrem da menor den-

sidade e da compressibilidade dos gases.

A compressão pode ser entendida como a ação de forçar uma determi-

nada massa de gás confinado, em um volume cada vez menor. Ela produz

um aumento de pressão, acompanhado por uma elevação de temperatu-

ra (aumento da energia interna do gás).

Utilização em refinarias

Compressores para serviços ordinários

São fabricados em série, visando ao baixo custo inicial. Exemplos: servi-

ços de jateamento, limpeza, pintura, acionamento de pequenas máquinas

pneumáticas etc.

Compressores para sistemas industriais

Destinam-se às centrais encarregadas do suprimento de utilidades, como,

por exemplo, de ar, de serviço e de instrumentos. Embora possam chegar

a ser máquinas de grande porte e custo aquisitivo e operacional elevados,

são oferecidas em padrões básicos pelos fabricantes. Isso é possível por-

Unidade 2

CC


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que as condições de operação dessas máquinas costumam variar pouco

de um sistema para outro, com exceção da vazão.

Compressores de gás ou de processo

São requeridos para diferentes gases e para as mais variadas condições

de operação, de modo que sua especificação, operação e manutenção

dependem fundamentalmente da aplicação. Inclui-se nessa categoria,

entre outros, sopradores de ar para regeneradores, compressores de ga-

ses de fracionadoras para envio a unidades de recuperação de gases, com-

pressores de gás de reciclo de reforma catalítica etc. Tratam-se normal-

mente de máquinas de grande vazão e potência.

Compressores de refrigeração

São desenvolvidos especificamente para essa aplicação. Operam com flui-

dos bastante específicos e em condições de sucção e descarga pouco va-

riáveis, possibilitando a produção em série e até mesmo o fornecimento,

incluindo todos os demais equipamentos do sistema de refrigeração. En-

tretanto, nos sistemas de grande porte, compressores de refrigeração são

tratados como um compressor de processo, em que cada um dos compo-

nentes é individualmente projetado. É o caso, por exemplo, dos sistemas

de refrigeração a propano, comuns em refinarias.

Compressores para serviços de vácuo (bombas de vácuo)

São máquinas que trabalham em condições bem peculiares. A pressão de

sucção é subatmosférica, a pressão de descarga é quase sempre atmosfé-

rica e o fluido de trabalho normalmente é o ar.

Na indústria do petróleo estes compressores são usados principalmen-

te com as seguintes finalidades:

Estabelecimento de pressões necessárias a certas reações químicas

Transporte de gases em pressões elevadas

Armazenamento sob pressão

Controle do ponto de vaporização (processos de separação, refrigeração etc.)

Conversão de energia mecânica em energia de escoamento (sistemas

pneumáticos, fluidização, elevação artificial de óleo em campos de explo-

ração etc.)


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Classificação dos compressores

Compressores de deslocamento positivo

Baseiam-se fundamentalmente na redução de volume. Volumes de gás são

admitidos sucessivamente pelo compressor, que os comprime pela ação

de suas partes móveis, aumentando a pressão e liberando para a descar-

ga. São ainda divididos em dois grupos, de acordo com o movimento: al-

ternativos e rotativos.

O impelidor é um pistão que se desloca dentro de um cilindro com movi-

mento alternativo. Este movimento é conseguido pela conversão do mo-

vimento rotativo do acionador em alternativo por sistema biela-manivela.

No curso de aspiração diminui-se a pressão na câmara, abre-se a vál-

vula direcional de entrada e o gás é admitido. Em seguida, no curso de

retorno do pistão o gás é comprimido e a pressão aumenta, até que se abra

a válvula direcional de saída. O ciclo se repete, mantendo o escoamento,

sendo que o fluxo é pulsativo.

Devido ao funcionamento automático das válvulas, o compressor al-

ternativo aspira e descarrega o gás nas pressões existentes na tubulação

de sucção e na tubulação de descarga, respectivamente (é natural ha-

ver uma certa diferença entre as pressões interna e externa ao cilindro

durante a aspiração e a descarga, em função da perda de carga no escoa-

mento). Como uma máquina de deslocamento positivo, produz o mesmo

volume contra qualquer pressão, dentro dos limites de resistência me-

cânica do conjunto, sendo a vazão do compressor proporcional à ve-

locidade da máquina.Têm grande aplicação em refinarias para baixas

vazões e altas pressões. Trabalham com baixa velocidade, sendo conse-

qüentemente grandes em volume, e necessitam de lubrificação. Sua fle-

xibilidade operacional permite que uma instalação possa ser utilizada para

diferentes condições ou diferentes produtos.

Geralmente o cilindro é de ação dupla e refrigerado, para reduzir as di-

latações e absorver parte do calor produzido na compressão. Na compres-

são em vários estágios, cada cilindro em separado representa um estágio, e

o gás é resfriado entre os vários estágios. A compressão em vários estágios

resulta em um menor consumo de energia e também em redução de tem-

ALTERNATIVOS


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peratura. Uma temperatura elevada provoca problemas de lubrificação.

O controle dos compressores alternativos pode ser feito de várias maneiras:

Recirculação descarga/sucção (recomendado para situações esporádi-

cas por desperdiçar muita energia)

Variação da velocidade do êmbolo pela variação da rotação do acionador

Variação do volume admitido, quando a máquina permite a variação

do curso do êmbolo

Válvula na linha de sucção (para compressores pequenos)

Com a variação do curso do êmbolo, podemos variar a capacidade do

compressor alternativo. No final do curso de descarga, uma massa de gás

é retida no espaço da folga entre o êmbolo e o cilindro. No curso de suc-

ção, este gás que estava na pressão de descarga tem que se expandir até

a pressão de sucção, para que haja a abertura das válvulas de admissão.

Durante este processo o êmbolo perde percurso útil, reduzindo o volume

admitido e a eficiência do conjunto. Quando o gás para sucção do com-

pressor é regulado por uma válvula a fim de controlar a vazão, a pressão

de sucção diminui; logo, a densidade do gás na sucção é menor, então a

massa de gás descarregado em cada percurso é menor, a razão de com-

pressão aumenta e a temperatura de descarga sobe.

Principais componentes:

GARRAFA OU VASO DE SUCÇÃO

CORPO

Comporta o sistema de acionamento (biela-manivela), os mancais do eixo,

carter, bombas para os sistemas de lubrificação, mancais da haste e vedação

HASTE

Liga o sistema de acionamento ao êmbolo com movimento retilíneo alter-

nativo

CILINDRO

Recipiente onde o gás é confinado e comprimido pelo êmbolo. Possui ca-

misas para refrigeração


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ÊMBOLO OU PISTÃO

Conectado à haste, percorre o cilindro em contato pelos anéis de segmento,

admitindo e comprimindo o gás

CABEÇOTE

Fecha o cilindro, comportando as válvulas de admissão e descarga e seus

bocais

VÁLVULAS

Normalmente atuam de forma automática pela pressão no cilindro como

válvulas de retenção

GARRAFA OU VASO DE DESCARGA

Recebe o gás comprimido à pressão de descarga, amortece pulsações e

recolhe condensado

As partes móveis do compressor possuem movimento rotativo. A vazão

destes compressores é praticamente contínua e sem pulsação. Têm pou-

ca aplicação em refinarias.

Lóbulos

Consistem em dois lóbulos montados em uma carcaça com pouquíssima

folga, que giram em sentidos opostos. Indicados para baixas pressões e

vazões moderadas. São simples, de baixo custo inicial, não necessitam de

lubrificação por não haver contato entre as partes móveis e a carcaça,

porém têm baixa eficiência devido à recirculação nas folgas.

Parafusos

Consistem em dois parafusos de acionamento sincronizados, montados em

uma carcaça com pouquíssima folga. A conexão do compressor com o sis-

tema é feita através das aberturas de sucção e descarga, diametralmente

opostas. O gás é admitido na sucção e ocupa os intervalos entre os filetes

dos rotores. A partir do momento em que há o engrenamento, o gás nele

contido fica confinado entre o rotor e as paredes da carcaça. A rotação faz

com que o ponto de engrenamento se desloque para frente, reduzindo o

ROTATIVOS


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FIGURA 34 COMPRESSOR ROTATIVO

volume disponível para o gás e provocando a sua compressão, até ser al-

cançada a descarga. A relação de compressão depende da geometria da

máquina e da natureza do gás, podendo ser diferente da relação entre as

pressões do sistema. Não necessitam de lubrificação por não haver con-

tato entre as partes móveis e a carcaça, porém perdem eficiência devido

à recirculação nas folgas.

Palhetas deslizantes

Consistem em um cilindro montado

excêntrico na carcaça, com cavidades

radiais, onde são montadas palhetas

retráteis. O gás é admitido no lado de

maior folga, sendo levado pelas pa-

lhetas e comprimido à medida que a

folga diminui, até a descarga.

Contam com a vantagem de não

necessitar de tolerâncias de monta-

gem refinadas como outros tipos com

partes em contato, tendo assim vida

útil maior. São indicados para baixas

vazões e pressões, tendo baixo rendi-

mento e necessidade de injeção de óleo lubrificante na sucção para lubri-

ficação das palhetas. Ver Figura 34.

De palhetas deslizantes

Compressor alternativo


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Compressores dinâmicos

Os compressores dinâmicos possuem dois componentes principais: impe-

lidor ou rotor e difusor. O impelidor é a parte rotativa ligada ao eixo de

acionamento, munida de pás que transferem ao gás a energia em forma

cinética. O escoamento estabelecido no impelidor é recebido pela parte

estacionária denominada difusor, cuja função é promover a transformação

da energia cinética, com conseqüente ganho de pressão. Os compresso-

res dinâmicos efetuam o processo de compressão de maneira contínua.

Os compressores de rotores centrífugos impelem o gás em sentido per-

pendicular ao eixo. Os compressores de rotores de fluxo axial impelem o

gás em sentido paralelo ao eixo. Podem ser de um ou mais estágios.

Compressores centrífugos

O gás é empurrado pela alta rotação do impelidor e lançado através de um

difusor radial. Os compressores centrífugos podem ter um ou mais está-

gios. São indicados para capacidades variáveis com pressão constante.

Entre os compressores centrífugos que desenvolvem elevadas pressões de

descarga, os tipos mais usados são de rotor fechado, de vários estágios com

difusores na carcaça.

São constituídos por um rotor com

pás inclinadas como uma turbina.

Um estágio do compressor de fluxo

axial consiste em duas fileiras de lâ-

minas, uma rotativa e outra estacio-

nária. As lâminas rotativas do impe-

lidor transmitem energia cinética

(velocidade) ao gás, e a velocidade é

transformada em pressão nas lâmi-

nas estacionárias. São indicados para

capacidades constantes elevadas,

com pressões variáveis, trabalhando

com velocidades superiores aos cen-

trífugos de mesma capacidade.

COMPRESSORES DE FLUXO AXIAL

Compressor axial


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Características do compressor centrífugo

Uma característica peculiar ao compressor centrífugo é a existência de um

limite mínimo de capacidade, abaixo do qual o compressor entra em pul-

sação e começa a vibrar, apresentando ruído. Devido à compressibilida-

de do gás, com capacidades abaixo do limite mínimo, o compressor não

satisfaz à pressão do sistema no qual está descarregando. Isto causa uma

série de escoamentos alternados.

O compressor fornece gás ao sistema e depois recebe o mesmo gás de

volta. Quanto mais pesado o gás e quanto mais estágios possui o compres-

sor, mais elevado é o limite mínimo de capacidade. Deste modo, quanto

mais pesado o gás e maior o número de estágios, mais estreita é a faixa

de capacidade para operação estável.

Compressor axial centrífugo


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Entre os métodos utilizados para a eliminação da pulsação, encontra-

mos os seguintes:

Instalação de válvula de escape para o meio ambiente na linha de des-

carga para sopradores de ar

Instalação de desvio para reciclo

Regulagem da vazão

Com acionador de velocidade variável, a regulagem da velocidade do

rotor resulta em várias condições estáveis de operação. Quando o aciona-

dor é de velocidade constante, a regulagem pode ser feita na sucção (me-

nores perdas de energia, sem alteração das condições de descarga), ou na

descarga (não aconselhada).

Sistemas de vedação

A vedação é de importância crítica para um compressor. Os vários ti-

pos de vedação já mencionados para turbinas a vapor e bombas são em-

pregados.

GAXETAS E SELOS MECÂNICOS

Para vedação de eixos e hastes

ANÉIS DE CARVÃO

Consiste em um ou mais anéis de carvão em seções, mantidos junto ao eixo

com pequena folga, por meio de molas. Usados em compressores de me-

nor capacidade ou em conjunto com outros dispositivos de selagem

LABIRINTOS

O gás é obrigado a passar por diminutas folgas anulares entre as partes

móveis e estacionárias, acarretando uma grande perda de carga que ini-

be o escoamento. Instalado entre estágios de compressores dinâmicos e

na saída dos eixos destes

SELAGEM POR INJEÇÃO DE GÁS

Injeta-se um gás, por exemplo hidrogênio, entre dois elementos de veda-

ção. O gás é injetado a uma pressão superior à manipulada pelo compres-

sor, de forma que penetra no interior do compressor e não vaza para o meio.


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Outro tipo de selagem também utilizado nos compressores centrífugos

é um equivalente ao selo mecânico, chamado de selagem por contato, que

acarreta uma vedação severa. Em alguns casos, estes tipos de vedação são

empregados em conjunto.

Lubrificação

A lubrificação nos compressores dinâmicos é necessária para os mancais

e em alguns casos para os elementos de vedação. Quando o compressor

utiliza a lubrificação apenas para os mancais, o sistema de lubrificação é

relativamente simples.

Os compressores de palhetas deslizantes necessitam de pulverização

de lubrificante na sucção para o contato entre as palhetas e a carcaça, além

dos mancais. Os compressores alternativos necessitam de lubrificação para

o sistema biela-manivela e seus mancais, para os mancais da haste e para

o contato entre os anéis de segmento do pistão e o cilindro.

Refrigeração

De modo geral, é realizada por água de resfriamento, passando pelo en-

camisamento nas carcaças (em grandes compressores), ou refrigeração a

ar (para pequenos compressores). Em compressores de múltiplos estági-

os pode-se refrigerar o gás com resfriadores instalados entre a descarga

de um estágio e a sucção do estágio seguinte.

A refrigeração dos compressores elimina calor gerado pela operação

da máquina e pela própria compressão do fluido. Resulta em melhores

condições de operação do equipamento, aumentando sua vida útil. Com

a redução da temperatura dos gases comprimidos e conseqüente aumen-

to da densidade, melhora-se o rendimento da compressão, resultando em

economia de energia e baixa temperatura de descarga.


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TIPOS DECOMPRESSORES

COMPRESSORES PARA SERVIÇOS ORDINÁRIOSServiços de jateamento, limpeza, pintura,acionamento de pequenas máquinas pneumáticas

COMPRESSORES PARA SISTEMAS INDUSTRIAISCentrais encarregadas do suprimentode utilidades

COMPRESSORES DE GÁS OU DE PROCESSORequeridos para diferentes gases e paraas mais variadas condições de operação

COMPRESSORES DE REFRIGERAÇÃODesenvolvidos especificamentepara essa aplicação

COMPRESSORES PARA SERVIÇOS DE VÁCUOBombas de vácuo

1 CONTROLE DOSCOMPRESSORES ALTERNATIVOS

Recirculação descarga/sucção

Variação da velocidade do êmbolo pelavariação da rotação do acionador

Variação do volume admitido,quando a máquina permite a variação docurso do êmbolo

Válvula na linha de sucção(para compressores pequenos)

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COMPRESSORES 11RESUMO

DEFINIÇÃO

São máquinas acionadas que aumentam a pressão de gases, fluidos compressíveis.A compressão pode ser entendida como a ação de forçar uma determinada massa de gásconfinado, em um volume cada vez menor. Ela produz um aumento de pressão acompanhadopor uma elevação de temperatura (aumento da energia interna do gás).

FINALIDADES

Estabelecimento de pressõesnecessárias a certas reações químicas

Transporte de gases em pressões elevadas

Armazenamento sob pressão

Controle do ponto de vaporização

Conversão de energia mecânica emenergia de escoamento

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COMPRESSORES DE DESLOCAMENTOPOSITIVO ALTERNATIVOS

O impelidor é um pistão que se desloca dentrode um cilindro com movimento alternativo. Nocurso de aspiração do pistão, o gás é admitido.No curso de retorno, o gás é comprimido edescarregado. O fluxo é pulsativo. Para baixasvazões e altas pressões. Geralmente o cilindro éde ação dupla e refrigerado.

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PRINCIPAISCOMPONENTES

Garrafa ou vaso de sucção

CorpoCorpoCorpoCorpoCorpo – Comporta o sistema deacionamento, mancais do eixo, carter,bombas para os sistemas de lubrificação,mancais da haste e vedação

Haste – Liga o sistema de acionamento aoêmbolo com movimento retilíneo alternativo

Cilindro – Recipiente onde o gás é confinadoe comprimido pelo êmbolo. Possui camisaspara refrigeração

Êmbolo ou pistão – Conectado à haste,percorre o cilindro em contato pelos anéis desegmento, admitindo e comprimindo o gás

Cabeçote – Fecha o cilindro, comportandoas válvulas de admissão e descargae seus bocais

Válvulas – Em geral atuam automaticamentepela pressão no cilindro como válvulas deretenção

Garrafa ou vaso de descarga – Recebeo gás comprimido à pressão de descarga,amortece pulsações e recolhe condensados

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COMPRESSORESDINÂMICOS

Os compressores dinâmicos possuem doiscomponentes principais: impelidor ou rotor edifusor. O impelidor é a parte rotativa ligada aoeixo de acionamento, munida de pás quetransferem ao gás a energia em forma cinética.O difusor promove a transformação da energiacinética, com conseqüente ganho de pressão.Compressão contínua

COMPRESSORES CENTRÍFUGOSO gás é empurrado pela alta rotação doimpelidor e lançado através de um difusorradial. Um ou mais estágios. São indicados paracapacidades variáveis com pressão constante

COMPRESSORES DE FLUXO AXIALRotor com pás inclinadas como uma turbina.Um estágio do compressor de fluxo axialconsiste em duas fileiras de lâminas.As lâminas rotativas transmitem energiacinética (velocidade) ao gás, que é transformadaem pressão nas lâminas estacionárias.São indicados para capacidades constanteselevadas, com pressões variáveis

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COMPRESSORES DE DESLOCAMENTOPOSITIVO ROTATIVOS

As partes móveis do compressor possuemmovimento rotativo. A vazão destescompressores é praticamente contínua e sempulsação. Têm pouca aplicação em refinarias

LÓBULOSDois lóbulos montados em uma carcaça compouquíssima folga, que giram em sentidosopostos. Indicados para baixas pressões evazões moderadas

PARAFUSOSDois parafusos de acionamento montados emuma carcaça com pouquíssima folga,sincronizados. A relação de compressão dependeda geometria da máquina e da natureza do gás

PALHETAS DESLIZANTESUm cilindro montado excêntrico na carcaça, comcavidades radiais, onde são montadas palhetasretráteis. O gás é admitido no lado de maiorfolga, sendo levado pelas palhetas e comprimidoà medida que a folga diminui, até a descarga

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COMPRESSORES 22RESUMO

REFRIGERAÇÃO

Água de resfriamento que passa peloencamisamento nas carcaças (em grandescompressores), ou refrigeração a ar (parapequenos compressores). Em múltiplosestágios, resfriadores no interestágio.Resulta em melhores condições de operação,aumentando sua vida útil. Melhora o rendimentoda compressão, resultando em economia deenergia e baixa temperatura de descarga

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CARACTERÍSTICAS DOCOMPRESSOR CENTRÍFUGO

Limite mínimo de capacidade, abaixo doqual o compressor entra em pulsação ecomeça a vibrar, apresentando ruído. Devido àcompressibilidade do gás, com capacidades abaixodo limite mínimo, o compressor não satisfaz àpressão do sistema no qual está descarregando.Isto causa uma série de escoamentos alternados.O compressor fornece gás ao sistema e depoisrecebe o mesmo gás de volta

CONTROLECONTROLECONTROLECONTROLECONTROLE

Instalação de válvula de escapepara o meio ambiente na linha dedescarga para sopradores de ar

Instalação de desvio para reciclo

Regulagem da vazão

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SISTEMASDE VEDAÇÃO

Gaxetas e selos mecânicos

Anéis de carvão

Labirintos

Selagem por injeção de gás

Selagem por contato

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LUBRIFICAÇÃO

Necessária para os mancais e em alguns casospara os elementos de vedação

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profmec mecflu compressor

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