NETO, Augusto J. Leda. PRINCIPAIS TIPOS DE COMPRESSORES UTILIZADOS NAS INDÚSTRIAS: vantagens e desvantagens das aplicações.
RESUMO - Temos aqui o objetivo de apresentar os tipos de compressores utilizados na indústria, as suas vantagens e desvantagens, tendo em vista a evolução tecnológica, seus princípios de funcionamento e a correlação das aplicações.
Palavras Chaves: Compressores, vantagens, desvantagens.
1 - INTRODUÇÃO.
O ar assim como todos gases, têm a propriedade de ocupar todos o volume de qualquer recipiente, a compresividade é uma das propriedades que utilizamos para armazenar em um recipiente grande quantidade de ar. A utilização de ar comprimido nas indústrias é muito difundida, possui baixo custo, possui facilidades de implementação, manipulação. Certos trabalhos requerem uma quantidade de ar para realização de trabalho, para isso é necessária à utilização de equipamentos que garantam o fornecimento desse ar. Esses equipamentos são chamados compressores.
Compressores são máquinas ou equipamentos responsáveis por admitir ou sugar o ar da atmosfera, comprimi-lo e enviá-lo para um reservatório de armazenamento.
O compressor de ar é o componente básico de qualquer sistema pneumático. O ar é comprimido, sendo puxado, empurrado, assim realizando trabalho ou desenvolver potência. Quando o ar atmosférico entra no compressor, é comprimido pela máquina a uma pressão maior e descarregado então em um sistema de tubos. O ar comprimido pode ser usado para impulsionar motores a ar, martelos pneumáticos, ferramentas, e outros dispositivos a ar.
2 - COMPRESSORES DE AR
Definição - Compressores são máquinas destinadas a elevar a pressão de um certo volume de ar admitido nas condições atmosféricas, até uma determinada pressão exigida na execução dos trabalhos dos atuadores pneumáticos, Santos (2006)
Para Sarkis (2002), define compressores como máquinas destinadas a aumentar a pressão de um gás com a finalidade de fazê-lo fluir entre dois pontos quaisquer. A elevação da pressão pode chegar desde 1 atm até milhares de atmosferas.
Segundo Sarkis (2002), os compressores possui uma grande variação das características físicas, são classificados quanto a sua aplicação em:
Compressores Industriais – são aqueles que se destinam a produzir e suprir com carga de ar os pontos de utilização de ar na unidade industrial.
Compressores Ordinários - são de baixo custo, empregados normalmente em serviços de pintura, acionamento de pequenas máquinas pneumáticas.
Compressores de Processo – são utilizados em algumas condições de operação, como por exemplo o soprador de ar do forno de craqueamento catalítico das refinarias de petróleo.
Compressores de Refrigeração – são de uso exclusivo para sistemas que operam com fluidos refrigerantes.
Compressores de Vácuo – são também chamados de bombas de vácuo, operam em condições características próprias.
3. TIPOS DE COMPRESSORES
Segundo os princípios de trabalho podemos classificar os compressores em: Deslocamento Positivo e Deslocamento Dinâmico.
3.1 Deslocamento Positivo (Volumétrico) - Baseia-se fundamentalmente na redução de volume. O ar é admitido em uma câmara isolada do meio exterior, onde seu volume é gradualmente diminuído, processando-se a compressão.
São classificados em:
- Alternativos
1. Pistão .
a) Simples Efeito.
b) Duplo Efeito.
2. Diafragma.
a) Alternativo de Membrana.
- Rotativo
1. Parafuso
2. Palheta
3. Lóbulo
Compressores Deslocamento positivo.
Os compressores de deslocamento positivo cedem a energia ao gás sob forma de pressão pela atuação de um órgão móvel.
3.1.1 Compressores Alternativos de Pistão Simples Efeito – Nesse compressor o pistão com movimento descendente aspira o ar por meio da válvula de admissão, preenchendo o cilindro, este ar com o movimento de subida do pistão e comprimido e descarregado para o sistema. Para projetos que requer maior pressão são necessários compressores como maior número de estágios.
Fig.1 Compressores Alternativos de pistão (efeito simples e dois estágios).
3.1.2 Compressores Alternativos de Pistão Duplo Efeito – Esse tipo de compressor, o êmbolo efetua o movimento descendente e o ar é admitido na câmara superior, enquanto que o ar contido na câmara inferior é comprimido e expelido. Procedendo-se o movimento oposto, a câmara que havia efetuado a admissão do ar realiza a sua compressão e a que havia comprimido efetua a admissão.
Fig.2 Compressor Alternativo de Pistão de Duplo Efeito.
Vantagem- Pode alcançar altas pressões de trabalho, requer mínima manutenção.
Desvantagem – Possui pequena capacidade em termos de vazão de gás.
3.1.3 Compressor Alternativo de Membrana (diafragma)
Este tipo pertence ao grupo de compressores de pistão. Mediante uma membrana, o pistão fica separado da câmara de sucção e compressão, quer dizer, o ar não terá contato com as partes deslizantes. Este ar , portanto, ficará sempre livre de resíduos de óleo.
Fig.3 Compressor de membrana
Vantagens – não há contato entre o ar produzido e as partes mecânicas do compressor.
Desvantagem – Produz uma capacidade moderada em termos de vazão.
1.4 Compressores Rotativos de Parafuso.
Os compressores de parafusos são compressores rotativos com dois eixos helicoidais em sentidos opostos. Um dos rotores possui lóbulos convexos, o outro uma depressão côncava e são denominados, respectivamente, rotor macho e rotor fêmea. Eles operam conforme o princípio do deslocamento e deslocam continuamente.
Os compressores de parafusos são construídos para operar a seco para ar comprimido isento de óleo, ou no caso normal com injeção de óleo para lubrificação, vedação e resfriamento.
De acordo com o tipo de acesso ao seu interior, os compressores podem ser classificados em herméticos, semi-herméticos ou abertos. A categoria dos compressores de parafuso pode também ser sub-dividida em compressores de parafuso duplo e simples. Os compressores de parafuso podem também ser classificados de acordo com o número de estágios de compressão, com um ou dois estágios de compressão (sistemas compound).
Fig.4 Compressor de parafusos
Vantagem - Opera com deslocamento continuo, não ocorre golpes e oscilação de pressão, não apresenta válvula de entrada e saída e opera com temperatura interna relativamente baixa, requerendo baixa manutenção, permite alta rotação.
Desvantagem – O consumo de potencia é mais alto que os compressores de pistão.
3.1.5 Compressor Rotativo de Palheta
O compressor rotativo, de um eixo que opera conforme o princípio de deslocamento positivo, em um compartimento cilíndrico, com aberturas de entrada e saída, elemento rotativo, com suas lâminas deslizantes, é descentralizado com relação ao invólucro ou estojo. Quando o ar entra, fica preso entre as lâminas (que se apoiam no interior do invólucro), sendo levado então para o orifício de descarga. Neste compressor, se estreitam (diminuem) os compartimentos, à medida que as palhetas vão passando, comprimindo então o ar nos mesmos. Quando em rotação, as palhetas são, pela força centrífuga, forçadas contra a parede. Devido à excentricidade onde gira o rotor, há um aumento de área na sucção e uma diminuição na pressão.
Fig.5 Compressor palheta
Vantagens- Sua construção em bem econômica em espaço, possui fornecimento de ar continuo, livre de pulsação devido ao funcionamento continuo e equilibrado. Sua lubrificação é feita por injeção de óleo.
Desvantagem – Há perdas de compressão com o desgaste das laminas deslizantes (palhetas).
3.1.6 Compressor Rotativo de Lóbulos “Roots”
Neste compressor, o ar é transportado de um lado para o outro sem alteração de volume. A compressão do ar efetua-se pelos cantos de duas células rotativas, cujo ar é forçado a passar para o outro lado do compressor, que eventualmente estará sendo enviado para uma câmara fechada a receber a pressão.
Através de um acionamento sincronizado das células, pode-se obter uma operação sem contato entre as células rotativas e a carcaça do compressor, não sendo necessária uma lubrificação no seu interior, apenas no rolamento do eixo rotativo das células.
Os dois lóbulos são montados em eixos paralelos, e giram em sentido oposto. O ar é puxado para os espaços entre os lóbulos e o invólucro, e levado do orifício de entrada para o de saída. Engrenagens reguladoras, localizadas em um dos extremos de cada eixo paralelo, mantém a relação adequada entre os lóbulos.
Fig.6 Compressor roots
Desvantagem – Tem baixa capacidade de compressão, apresentam um rendimento volumétrico muito baixo.
Compressores rotativos (resumo).
VANTAGENS
- O movimento é de rotação;
- A velocidade de rotação é alta, o que permite acoplamento direto e dimensões reduzidas;
- A fundação pode ser pequena;
- O rendimento volumétrico é alto e independente da relação de pressão do compressor;
- A ausência de válvulas, a não ser a da retenção de carga;
- O arrefecimento pode ser feito durante a compressão por meio de óleo;
- O funcionamento é silencioso.
DESVANTAGENS
- A lubrificação tem que ser eficiente;
- A contaminação do gás com óleo lubrificante, o que exige um separador de óleo na instalação;
- Desgaste apreciável por atrito entre os rotores e a carcaça;
- Fugas internas de gás.
3.2 Deslocamento Dinâmico (Turbo-Compressores) - A elevação da pressão é obtida por meio de conversão de energia cinética em energia de pressão, durante a passagem do ar através do compressor. O ar admitido é colocado em contato com impulsores (rotor laminado) dotados de alta velocidade. Este ar é acelerado, atingindo velocidades elevadas e consequentemente os impulsores transmitem energia cinética ao ar. Posteriormente, seu escoamento é retardado por meio de difusores, obrigando a uma elevação na pressão.
Podem se de dois tipos:
- Dinâmico de fluxo radial.
- Dinâmico de fluxo Axial
Deslocamento Dinâmico
3.2.1 Compressor Dinâmico de fluxo radial (centrifugo)
Os compressores radiais são máquinas de fluxo como os compressores axiais, nos quais a energia cinética é convertida em pressão.
O ar é acelerado a partir do centro de rotação, em direção à periferia, ou seja, é admitido pela primeira hélice (rotor dotado de lâminas dispostas radialmente), axialmente, é acelerado e expulso radialmente.
Na operação real, o ar entra no impulsor de primeiro estágio próximo ao eixo, é jogado para fora, e deixa o diâmetro extremo do impulsor em alta velocidade. O ar que deixa a primeiro impulsor entra tão no segundo, e a ação é repetida, se intensificando a pressão em cada estágio.
A relação de compressão entre os estágios é determinada pelo desenho da hélice, sua velocidade tangencial e a densidade do gás.
Fig.7.- Compressor Dinâmico de Fluxo radial
Vantagens – este compressor é empregado quando requer grandes quantidades de volume de ar comprimido, é de baixa manutenção.
Desvantagens- comparando a eficiência com o de deslocamento positivo, este e menor.
3.2.2 Compressor Dinâmico de fluxo Axial
O componente básico deste tipo de compressor é um elemento rotativo com aletas. Entre cada fileira de aletas rotativas, estão presas à camisa (carcaça) aletas de deflexão estacionárias. O movimento geral do ar é paralelo ao eixo, o que explica o termo compressor de “fluxo axial”, ou seja, o ar é expelido pelas aletas ao longo do eixo do compressor, à medida que se desloca da entrada (sucção) para a saída, há uma diminuição na área entre as aletas o que ocasiona o aumento de pressão.
Fig.8 Compressor axial.
Vantagem – fornece grandes vazões de ar e altas rotações.
Desvantagem – requer maiores cuidados com manutenção devido as grandes velocidades.
As utilizações dos compressores são inerentes à aplicação, ao ambiente de trabalho, a pressão exigida, sendo portanto questão de projeto. A eficiência esta relacionada ao correto dimensionamento da rede, a instalação, a utilização, a operação e a manutenção. Há portanto necessidade de conhecer as características de cada um e fazer um estudo de viabilidade e necessidade da planta.
Compressores Industriais
Manutenção - Técnicas utilizadas nas industrias: correiva, preventiva, preditiva e autônoma.
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DANTAS, Pierre Vilar, Automação de Sistemas Pneumáticos e Hidráulicos. Instituto de Dados da Amazônia – 2007.
