Compressor centrífugo

PREFÁCIO

Esse curso tem caráter informativo objetivando fornecer aos participantes noções sobre os compressores centrífugos utilizados nas plataformas da Bacia de Campos.

A partir desse trabalho os participantes poderão ter acesso aos treinamentos de familiarização específicos para cada tipo de compressor de maneira mais fácil, permitindo um melhor entendimento que possa conduzi-los no futuro à operação e manutenção desses equipamentos.

Agradecemos a todos que direta ou indiretamente colaboraram para realização desse trabalho e estamos ao inteiro dispor para sugestões e esclarecimentos.

Macaé, 02 de abril de 2002.

Técnico de Operação Cleuber Pozes Valadão – 155349-0 UN-RIO/ATP-MLS/TBM – jm66 "A PRODUTIVIDADE É ALCANÇADA COM A EQUIPE TREINADA, INTEGRADA E MOTIVADA”

UN-RIO / ATP-MLS / TBM – COMPRESSORES CENTRÍFUGOS 1

TURBOCOMPRESSORES INTRODUÇÃO Os turbocompressores são equipamentos destinados a promover o

aproveitamento do gás natural produzido nas plataformas, quer seja para a utilização do gás na elevação artificial (gas lift), gás combustível para o consumo na plataforma e exportação para distribuição no mercado consumidor (industrias e residências).

São constituídos por quatro partes básicas:

- Turbina a gás (máquina motriz)

- Compressor centrífugo (máquina operatriz)

- Cabine de controle

- Sistemas auxiliares

De acordo com a capacidade volumétrica, pressão de sucção, pressão de descarga e das propriedades do gás é definido a potência nominal necessária para a compressão e sobre estes parâmetros é efetuado um estudo técnico econômico sobre o modelo e fabricante tanto da turbina como do compressor, 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

TERMODINÂMICA BÁSICA 1.1 - Termodinâmica básica


Para uma perfeita compreensão do princípio de funcionamento, definiremos, a seguir, alguns conceitos de termodinâmica básica:

Grandezas

VELOCIDADE - É uma grandeza que corresponde à relação entre o espaço percorrido e tempo gasto para percorrê-lo. É dividida em velocidade escalar e vetorial. A escalar expressa o valor, enquanto a vetorial expressa o valor e o sentido.

rv et=

∆∆

ACELERAÇÃO - É a grandeza vetorial que corresponde à variação da velocidade no tempo.

ra vt=

∆∆

TEMPERATURA - É a sensação de quente ou frio. Representa o grau de agitação das moléculas.

MASSA - É a quantidade de matéria.

IMPULSO - É o produto da massa pela velocidade. É a propriedade de um corpo em movimento que determina o período de tempo requerido para trazê-lo à condição de repouso sob ação de uma força constante.

FORÇA - É um agente capaz de produzir ou cessar um movimento.

PRESSÃO - É a relação entre uma força e a área na qual ela está atuando. Também pode ser definida como sendo o número de choques das moléculas 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.

A resultante de forças em um corpo é igual a zero (zero) quando o corpo estiver em repouso ou em movimento retilíneo uniforme.

2°.LEI - A força agindo sobre um corpo produz uma aceleração cuja direção é a mesma da força aplicada e sua amplitude é proporcional à força e inversamente proporcional a massa do corpo.

rr

a Fm=

3° .LEI- A toda ação corresponde uma reação, igual, mas oposta.

Energia


É a capacidade de realizar trabalho. Divide-se em energia cinética e energia potencial.

ENERGIA CINÉTICA (Ev) - É a energia que um corpo possui quando em movimento.

ENERGIA POTENCIAL DE ALTURA (Eh) - É a energia que um corpo possui em função da altura em que ele se encontra.

ENERGIA POTENCIAL DE PRESSÃO (Ep) - É a energia que um fluido possui quando submetido a uma pressão.

ENERGIA INTERNA (u) - É a energia potencial do fluido associada a sua temperatura.

TRABALHO (W) - É a energia associada ao deslocamento de uma partícula. Todo deslocamento de um corpo necessita de trabalho para se realizar.

CALOR (Q) - Energia térmica em trânsito no sentido da maior para menor temperatura.

ENTALPIA (h) - É o nível energético em que um fluido se encontra. Podemos dizer que é a soma da energia de pressão com a energia interna.

ENTROPIA (S) - É uma variável matemática que expressa a energia relacionada ao grau de afastamento em que um processo se realiza em comparação a idealidade.

Propriedades do Fluído MASSA ESPECÍFICA (r) - É a relação entre a massa e volume do fluido.

ρ =mv

VISCOSIDADE (µ) - É a propriedade que representa a maior ou menor facilidade do fluido em escoar.

PESO MOLECULAR (PM) - É a massa de um mol de uma substância (um mol equivale a 6,023 x 1023 moléculas). Um mol de qualquer gás ocupa 22,4 litros nas Condições Normais de Temperatura e Pressão (C.N.T.P.) (0 oC e 1 atm).

FATOR DE COMPRESSIBILIDADE (Z) - É o fator empregado para corrigir o volume do gás real com relação ao volume do gás ideal, nas mesmas condições de pressão e temperatura.

Z V r

V i

=

CALOR ESPECÍFICO (c) - É o coeficiente que indica o grau de dificuldade de troca térmica. É o calor necessário para que um grama de um fluido varie de 14,5 oC para 15,5 oC. Para a água, o calor específico é 1 cal/g oC.


Para o gás, têm-se dois calores específicos:

- Calor específico a volume constante (cv) - É o calor necessário para que um grama de um gás varie 1°C, mantendo seu volume constante.

- Calor específico à pressão constante (cp) - É o calor necessário para que um grama de um gás varie 1°C, mantendo sua pressão constante.

Ao se aquecer um gás a volume constante a temperatura sobe mais rápido do que a pressão constante, pois neste caso, além da temperatura subir, uma parte do calor cedido é transformado em trabalho no deslocamento das moléculas para se manter a pressão. Com isso a variação de temperatura é menor. Sendo assim o calor necessário para aquecer um gás a pressão constante é maior do que a volume constante.

C Cp v>

COEFICIENTE ISOENTRÓPICO (K) - É a relação entre o cp e o cv. Expressa a

maior ou menor facilidade que um gás tem em ser comprimido. Quanto maior o K mais trabalho é demandado para a compressão.

kc

c

p

v

=

NOTA As propriedades do fluido se alteram ao serem alteradas as condições

de pressão e temperatura, sendo que o peso molecular é o único que não se altera.

Equação universal dos gases A pressão do gás em um recipiente é diretamente proporcional à temperatura,

ou seja, quanto maior a temperatura maior a pressão e vice-versa.

Ex: Ao se deixar um botijão de gás exposto ao sol, sua temperatura irá aumentar, proporcionando o aumento da pressão.

A pressão do gás é inversamente proporcional ao volume, ou seja, quanto maior o volume menor a pressão e vice-versa.

Ex: A bomba manual utilizada para encher pneu de bicicleta. Ao ser reduzido o volume para deslocar o ar, a pressão sobe.

A pressão do gás é diretamente proporcional ao número de moléculas (n) em um dado recipiente.

Analisando-se conjuntamente as três condições temos:

Pressão (P) é diretamente proporcional ao produto de n e da temperatura (T) e inversamente proporcional ao volume específico (V).


Para obtermos uma equação temos que utilizar uma constante para correção das unidades, é a constante universal dos gases (R), que possui vários valores, a depender das unidades utilizadas.

P n R TV

P V n R T= ⇔ =. . . . .

NOTA As unidades de pressão e temperatura utilizadas devem estar em valores

absolutos.

. Equação da continuidade A vazão de um fluido em escoamento é o produto da seção transversal (S) com

a velocidade do fluido (v).

Q S= vρ. . Com base nesta equação podemos concluir que para uma vazão constante, se

ocorrer uma redução da seção transversal a velocidade é aumentada e vice-versa.

Leis da termodinâmica

LEI ZERO DA TERMODINÂMICA

Retrata a existência da temperatura e estabelece o zero absoluto, onde as moléculas se encontram inertes. São as escalas kelvin (K) e Rankine (R).

1° LEI DA TERMODINÂMICA

Retrata a conservação da energia, onde fica esclarecido que a energia total do fluido não se altera sem interação com o meio. E o meio somente interage com o sistema (fluido) através do calor ou trabalho. Podemos dizer, que ao se aquecer um fluido e o mesmo realizar trabalho (está recebendo calor e cedendo trabalho) a diferença entre o calor recebido e o trabalho cedido é a variação da energia total do fluido. É 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 gás num cilindro, a temperatura irá aumentar e o gás irá se expandir realizando trabalho ao deslocar


o êmbolo. A diferença entre o calor recebido e o trabalho realizado pelo gás é a variação da energia total do gás.

2° LEI DA TERMODINÂMICA

Retrata a existência da máquina térmica, onde fica estabelecido que se pode extrair trabalho de uma máquina que possua uma fonte quente ( alta temperatura ) e uma fonte fria ( baixa temperatura ). Quanto maior a diferença de temperatura entre as duas fontes, maior será o trabalho extraído.

Efeito difusor e efeito bocal Para fluxo subsônico, ao se analisar o escoamento de um fluido numa

tubulação, verifica-se que onde a seção transversal é aumentada, a velocidade é reduzida e vice-versa. Nestas situações, ao se analisar as energias do fluido, verifica-se que, se a energia de velocidade é aumentada, outro tipo de energia tem que ser reduzida, pois a soma das parcelas de energia de velocidade, pressão, altura e temperatura não se alteram, com base na primeira lei da termodinâmica. Isso significa que o fato da redução ou ampliação da seção transversal da tubulação, na qual o fluido escoa, não provoca nenhuma de calor ou trabalho, mantendo-se constante a energia total. Como exemplo analisaremos o escoamento de um líquido numa tubulação num mesmo plano horizontal, onde se tem uma redução da seção transversal. Neste caso:

Q S= vρ. .

Para líquidos ρ varia pouco e como S foi reduzida, a velocidade é aumentada, pois a vazão é constante.

Analisando a equação de conservação de energia:

Et Ep Ev u Eh= + + +

Onde Et permanece inalterada e considerando que:

• u é constante, pois não há alteração da temperatura,

• Eh é constante, pois não há alteração da altura,

• Ev aumenta, pois a velocidade aumentou,

• Concluímos que:

• Ep diminui, ou seja, a pressão cai.


Fig. 3 - Efeito do Escoamento Processo de compressão

Existem várias formas de se aumentar a pressão de um fluido através de uma compressão:

• Isotérmica.

• Com resfriamento.

• Adiabática.

• Politrópica.

Analisaremos esses processos com auxílio dos gráficos P x V e T x S abaixo.

Fig. 4 - Gráficos P x V e T x S

No gráfico P x V é verificado o aumento da pressão com a queda do volume específico, e no gráfico T x S é verificado a compressão com o aumento da temperatura.

O processo 1-2 representa a compressão isotérmica, onde no gráfico T x S verifica-se que a temperatura é constante. Este processo só é possível em laboratório, efetuando-se uma compressão lenta. É o processo que demanda de menor trabalho para ser realizado, pois somente a energia de pressão é aumentada.


O processo 1-3 é uma compressão rápida com resfriamento. É empregada nos compressores alternativos, onde por meio de resfriamento dos cilindros se consegue reduzir o trabalho necessário para compressão.

O processo 1-4 é uma compressão adiabática ou isentrópica. É a empregada para compressores dinâmicos (centrífugos e axiais). Na prática esses compressores efetuam o processo 1-5, que é politrópico, pois a entropia, inevitavelmente, é aumentada.

COMPRESSOR Compressores são máquinas operatrizes utilizadas para proporcionarem a

elevação da pressão de um gás ou seu escoamento.

Podem ser requeridas para as mais variadas condições de operação, de modo que toda a sua sistemática de especificação, projeto, operação, manutenção depende, fundamentalmente, da aplicação.

Um compressor, como qualquer equipamento de fluxo, tem seu comportamento influenciado pelas características do processo no qual ele está inserido. No caso dos compressores, toda essa influência pode ser precisamente representada por quatro parâmetros denominados características do serviço (ou sistema), que são:

- Pressão de sucção (P1)

- Temperatura de sucção (T1)

- Natureza molecular do gás (composição)

- Pressão de descarga (P2)

Assim, é possível considerar que os valores instantaneamente assumidos por

esses parâmetros definem todas as grandezas associadas ao desempenho do compressor, dentre as quais podemos citar:

- Vazão de operação (volumétrica ou mássica)

- Potência de compressão (N)

- Temperatura de descarga (T2)


- Eficiência

- Intensidade dos esforços

Existem vários tipos de compressores, diferenciados para suas aplicações em função dos parâmetros envolvidos, que são:

- Vazão de operação (Qo)

- Razão de compressão (P2 / P1)

- Composição do gás

- Potência de compressão (N)

Os tipos mais comuns de compressores podem ser assim classificados:

COMPRESSORES VOLUMÉTRICOS DINÂMICOS

ALTERNATIVOS ROTATIVOS CENTRÍFUGOS AXIAIS

PALHETAS/PARAFUSOS/LÓBULOS COMPRESSORES VOLUMÉTRICOS Nos compressores volumétricos ou de deslocamento positivo, a elevação de

pressão é conseguida através da redução do volume ocupado pelo gás. Operam em um ciclo de funcionamento, onde se tem diversas fases para atingir a elevação de pressão e manter o escoamento. Trata-se, pois, de um processo intermitente, no qual a compressão propriamente dita é efetuada em sistema fechado, isto é, sem qualquer contato com a sucção e a descarga.

COMPRESSORES DINÂMICOS São também chamados de compressores cinéticos ou turbo compressores. Comprimem o gás pela ação dinâmica de palhetas ou impulsores rotativos

(impelidores), que imprimem velocidade e pressão ao gás. Nesses compressores a elevação de pressão é obtida pela variação de


velocidade de um fluxo continuo de gás. São indicados para a movimentação de grandes volumes, a baixa ou média

razão de compressão (relação entre a pressão de descarga e a pressão de sucção).

Operam a alta rotação e são geralmente acionados por motores elétricos ou turbinas a gás.

Existem somente dois tipos de compressores dinâmicos: os centrífugos e os axiais, ambos rotativos.

COMPRESSORES CENTRIFUGOS São também chamados de radiais. Possuem um impelidor (ou uma série de impelidores - fig. 2.0) montado em um

eixo e dotado de palhetas que se dispõem na direção do raio do impelidor, geralmente encurvadas no sentido inverso ao da rotação do eixo.

Sob o efeito da rotação, forma-se uma corrente de gás que é aspirado pela parte central do impelidor e projetado para a periferia, na direção do raio, pela ação da força centrífuga, alcançando os difusores.

Em função das diferenças entre seus princípios de funcionamentos, as características construtivas são bastante diferentes proporcionando umas diferenças para suas aplicação, quanto à faixa de vazão, pressão de sucção e pressão de descarga.

Conforme vimos anteriormente as faixas de aplicação entre os tipos de compressores são diferentes, sendo para este a faixa de utilização compreendida entre:

Pressão de descarga máxima - 100 a 700 bar

Razão de compressão por estágio - 3 a 4,5

Vazão de sucção - 3,3 Mm3/h a 330 Mm3/h

1 - COMPONENTES

Os compressores centrífugos são constituídos por componentes estacionários e rotativos.

O grupo rotativo é constituído pelos impelidores, eixo, pistão de balanceamento e anel de escora.

O grupo estacionário é constituído pela carcaça, bocais de sucção e descarga e diafragma, sendo neste composto de condutos como o difusor, curva de retorno e canal de retorno.

1 - PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO

1.1 - Generalidades

Compressores centrífugos, também chamados de radiais possuem um impelidor (ou uma série de impelidores) montado em um eixo e dotado de palhetas que se dispõem na direção do raio do impelidor, geralmente encurvadas no sentido inverso ao da rotação do eixo.

Sob o efeito da rotação, forma-se uma corrente de gás que é aspirado pela parte central do impelidor e projetado para a periferia, na direção do raio, pela ação da força centrífuga, alcançando os difusores.


Fig. 33 - Fluxo do Fluido no Rotor

,

Os difusores são um conjunto de condutos estacionários, que envolvem o rotor

e conduzem o gás em uma trajetória radial e espiral para a periferia. Dessa


maneira a área de passagem é aumentada gradativamente, pois o escoamento é de dentro para fora, fazendo com que o gás ao atravessá-lo sofra uma desaceleração, de que resulta um aumento de pressão (efeito difusor).

O efeito dos difusores é oposto ao dos bocais e orifícios como os dos medidores de fluxo, que provocam uma queda de pressão do gás ao passar pela restrição, em virtude do aumento da velocidade de fluxo.

Os difusores constam geralmente: do difusor principal, situado logo em seguida ao impelidor, dos diafragmas, que nos compressores de mais de um estágio dirigem o gás axialmente para o olhal da parte central do impelidor seguinte e da voluta, de forma espiral, que no último estágio orienta o gás para a tubulação de descarga.

Nos compressores centrífugos, portanto, o gás é acelerado no impelidor e sua velocidade é então transformada em pressão adicional por desaceleração gradual no difusor, ou seja, o impelidor transfere energia ao gás e o difusor converte a energia de velocidade em pressão.

Os compressores centrífugos são idênticos às bombas centrífugas, possuindo ambos as mesmas partes básicas. Contudo pode-se distinguir uma bomba de um compressor centrífugo de vários estágios pela variação da espessura dos impelidores dos compressores, ao passo que os impelidores das bombas tem a mesma espessura em todos os estágios. Isto porque os gases, contrariamente aos líquidos, são compressíveis, portanto sofrem uma redução de volume a cada pressurização.


Os compressores, a cada rotação corresponde um limite de redução da vazão, abaixo do qual a operação se torna instável, apresentando vibrações e ruído característico ("surging" ou "pumping").

Na figura abaixo temos um esquema que procura ilustrar a trajetória do gás no interior de um compressor centrífugo de múltiplos estágios.

Fig. 34 - Fluxo do Fluido no Compressor

O gás aspirado através do bocal de sucção do compressor desloca-se radialmente até a entrada do primeiro impelidor. Nele o gás é acelerado e expelido radialmente de volta às partes estacionárias da máquina. Recebido numa peça anular de largura normalmente constante, denominada difusor, o escoamento continua a se processar, só que agora livremente e não mais impulsionado, numa trajetória espiralada que lhe propiciará uma certa desaceleração, com conseqüente ganho de pressão. Ao atingir as partes mais externas da máquina, o escoamento é captado pela curva de retorno, que o conduz ao canal de retorno e daí ao próximo estágio de compressão. Naturalmente, a curva e o canal de retorno nunca poderão apresentar seção transversal decrescente para não anular o processo de difusão.

Na figura abaixo, podem ser vistos, detalhadamente, os componentes internos do compressor centrífugo.


Fig. 35 - Componentes Internos


A carcaça nada mais é do que uma “casca” envoltória para o compressor, na qual são inseridas peças semicirculares denominadas diafragmas, os difusores são formados pelas superfícies laterais de cada par de diafragmas vizinhos. As curvas de retorno são efetuadas nos espaços existentes entre a borda dos diafragmas e a carcaça, enquanto os canais de retorno ocupam propriamente o interior dos diafragmas.

Na circunferência interna dos diafragmas são instalados anéis de pás guias. São conjuntos de pás fixas que captam, através de sua periferia, o escoamento proveniente dos canais de retorno, defletindo-o de maneira suave para a direção axial.

O eixo do compressor e os diversos impelidores que lhe são acoplados constituem a parte móvel da máquina, denominada conjunto rotativo e ilustrado abaixo.

1.2 - MANCAIS

RADIAIS

O conjunto rotativo é sustentado nas duas extremidades por mancais radiais do tipo de deslizamento. Há duas configurações usadas: tipo “limão” e “segmentado”. Devido aos problemas de dinâmica do rotor, a seleção adequada do mancal se torna de grande importância.

O tipo “limão” possui o corpo de aço de um revestimento interno (casquilho) de metal macio, chamado “metal patente” ou “babbit”. O conjunto é bipartido para facilitar a desmontagem.

Os mancais com pastilhas segmentadas, pivotadas assimetricamente, externamente, formando um apoio oscilante contra a caixa do mancal, permitem uma compensação para pequenos desvios angulares do rotor, além de prevenirem a circulação da cunha de óleo ao redor do eixo fenômeno conhecido como “instabilidade de óleo” que provoca falha dos mancais é vibração. É o tipo mais usado para compressores de alta rotação (mais de 8000 RPM) ou compressores onde a carga dos mancais é pequena ou quando comprimidos gases de alto peso molecular. Modernamente, nas máquinas de grande porte, os mancais com pastilhas segmentadas tem uso generalizado. As pastilhas são feitas em aço revestidas internamente de “metal patente”. O conjunto é formado por cinco pastilhas sendo arranjada tal que o eixo, quando estacionado, repousa sobre uma delas, isto é, há duas pastilhas na metade superior e três na metade inferior.

1- Corpo do mancal

2- Pastilha

3- Anel de retenção de óleo

4- Idem


AXIAIS

O posicionamento axial do conjunto é mantido pelo mancal de escora ou mancal axial. O mancal de escora é do tipo de deslizamento, sendo formado por um estojo de aço, bipartido para permitir a desmontagem, provido internamente de pastilhas pivotadas para tolerar pequenos desvios angulares. As pastilhas têm revestimento, em sua face, de “metal patente”, uma liga metálica macia e de baixo coeficiente de atrito.

Normalmente é usado mancal axial de dupla ação, ou seja, o colar axial, fixo ao eixo, trabalha entre duas superfícies de empuxo axial nas partidas / paradas ou quando o compressor, indevidamente, entre em surge. Na grande maioria dos casos o mancal de escora é combinado com o mancal radial.

1- Corpo do mancal

2- Anel de retenção

3- Pastilhas do mancal axial

4- Anéis de apoio

5- Parafuso regulador

6- Anel de retenção do óleo (anel radial)

7- Pastilhas do mancal radial

,



SISTEMA DE SELAGEM Esse sistema tem a finalidade de minimizar as fugas de gás interna e

externamente ao compressor, entre as partes rotativas e estacionárias do compressor. As fugas internas proporcionam a queda de eficiência de compressão devido à recirculação nos impelidores. As fugas externas podem acarretar desequilíbrio no pistão de balanceamento, acesso de gás nos mancais e fuga para a atmosfera local. Divide-se em selagem interna e selagem externa.

SELAGEM INTERNA

A selagem interna de um compressor centrífugo é usada nos pontos onde o gás, procurando sempre as regiões de mais baixa pressão, tenta passar pelas pequenas folgas entre o conjunto rotativo e as partes estacionárias. Assim são montadas sobre o impelidor, na borda do olho (na sua face dianteira) e próximo ao eixo, sobre o cubo (na face traseira).

A selagem interna minimiza a recirculação interna do gás. Logo, está

diretamente associada ao rendimento do compressor.

Os dispositivos utilizados na selagem interna são sempre os anéis de labirintos, fixados às partes estacionárias do compressor. Ë um selo sem contato, cujas “facas” tem folga mínima em relação ao rotor. O princípio de funcionamento dos labirintos consiste em submeter o escoamento de fuga a mudanças de direção sucessivas, criando uma grande perda de carga, minimizando, assim, a vazão. Para evitar um eventual dano ao rotor, no caso de contato físico com os labirintos, estes são fabricados em metal macio, geralmente ligas de alumínio.


Os anéis de labirintos são encaixados nas extremidades dos diafragmas e servem também para efetuar a vedação do pistão de balanceamento. São fabricados em metal macio, usualmente alumínios, que se deformam ao menor contato com o eixo, de modo a não introduzir carregamento transversal sobre o mesmo.


SELAGEM EXTERNA

A selagem externa tem como finalidade impedir o vazamento do gás através da passagem entre o eixo e a carcaça. O dispositivo de selagem do lado do bocal de sucção atua sujeito à pressão e temperatura de sucção do sistema enquanto do lado da descarga verifica-se uma pressão ligeiramente superior à de sucção (devido à linha de balanceamento) e uma temperatura próxima da temperatura de descarga do compressor. Esses parâmetros, além da natureza do gás comprimido, definem as características da selagem a ser utilizada.

Há quatro tipos de selagem externa para compressores centrífugos: - selo de labirintos - selo de anéis de carvão - selo de anéis flutuantes ou de filme de óleo - selo mecânico - selo seco ou a gás O usual é o emprego de anéis de labirintos associados a câmaras adjacentes e

em conjunto, um dos selos especiais citado acima.

SISTEMA DE BALANCEAMENTO AXIAL

Nos compressores centrífugos o gás descarregado pelos impelidores ocupa o espaço existente entre os próprios impelidores e os diafragmas gerando um campo de pressões tal como mostrado na figura 2.10. Como pode ser visto a distribuição das pressões resulta uma força axial no sentido da descarga para a sucção do compressor. O somatório das forças atuantes sobre cada impelidor corresponde ao que é denominado empuxo axial.


O posicionamento axial do conjunto rotativo é mantido pelo mancal de escora

e o bom funcionamento deste dispositivo exige que o empuxo axial seja moderado, sem o que teríamos rápido desgaste das pastilhas e elevada dissipação de energia em perdas mecânicas. Para contornar isso, os projetistas devem optar por um dos seguintes recursos:

- Uso de pistão ou tambor de balanceamento

- Uso de fluxo em duplo sentido O pistão de balanceamento é uma peça cilíndrica fixada ao conjunto rotativo

logo após o último impelidor com a finalidade de gerar uma força contrária ao empuxo axial. A face interna do pistão de balanceamento fica naturalmente exposta à pressão de descarga, enquanto a outra face fica submetida à pressão de sucção através de uma câmara ligada à sucção do compressor por uma tubulação externa denominada de linha de balanceamento. Origina-se, portanto, sobre o pistão uma força que corresponde ao produto da área de suas faces pela diferença entre as pressões atuantes em cada uma das faces. Tendo uma das faces expostas à pressão de descarga e outra a pressão de sucção, conforme pode ser observado na figura 2.11 é gerada uma força contrária e de aproximadamente mesma intensidade ao empuxo axial, promovendo o deslocamento do eixo para um determinado sentido, geralmente da descarga para sucção. Através da determinação da área transversal do pistão de balanceamento é que o projetista pode compensar o empuxo axial na medida desejada.

Este método é o empregado no compressor de alta pressão, onde pode ser observada a linha de balanceamento axial de três ““.

O outro recurso consiste em estabelecer dois conjuntos de impelidores no mesmo eixo, de modo que eles sejam percorridos em sentidos opostos pelo gás, como é o caso do compressor de baixa pressão. Neste caso a anulação do empuxo axial não é absoluta, tomando-se necessário a instalação do pistão de balanceamento de menor porte, em relação ao emprego anteriormente citado. Esse pistão encontra-se instalado no lado oposto ao acionamento (sucção do 20 estágio), com a face submetida a maior pressão (sucção do 2o estágio) no lado interno e a outra face submetida à pressão da sucção do 1o estágio.


ACOPLAMENTOS

Os acoplamentos interconectam os vários estágios de um compressor entre si e ao acionador.

Como normalmente o acionador e o compressor possuem seus próprios mancais de encosto, devem-se usar acoplamentos flexíveis do tipo engrenagens ou de lâminas flexíveis ou de diafragmas, para permitir a dilatação dos eixos com o aumento da temperatura. Estes acoplamentos também toleram certa deflexão angular e desalinhamento radial.

Antes da instalação dos acoplamentos é necessária a verificação do alinhamento dos eixos a serem acoplados. Este alinhamento é feito com as máquinas paradas (frias) e deve levar em conta que as máquinas sofrem dilatações diferenciais quando em trabalho. Assim o processo deve ser feito de tal forma a promover o alinhamento dos eixos com as máquinas em operação (quentes).

Os acoplamentos de engrenagens são feitos com dentes convexos que requerem fabricação com precisão. Necessitam suprimento contínuo de óleo lubrificante. São compostos de dois cubos, que se prendem às pontas de eixo a acoplar (presos por chavetas ou por interferência, quando são montadas as quentes ou utilizando dilatação por meio hidráulicos), duas luvas e um carretel.

Os inconvenientes dos mancais flexíveis, principalmente os de engrenagens (mais usados) são:

- Possibilidade de falha total, se houver falha de lubrificação;

- Problemas associados ao travamento dos dentes do acoplamento, fazendo com que o esforço axial sobre os mancais de encosto seja aumentado. Isto se dá devido à formação de “pitting” nos dentes das engrenagens.

Por esses inconvenientes e considerando a dificuldade de se encontrar no mercado acoplamentos flexíveis para grandes potências e rotações, alguns fabricantes usam acoplamentos rígidos. Evidentemente, neste caso, haveria somente um manual axial para todo o trem de máquinas, para permitir que o rotor possa se dilatar em um sentido.

PLANTA DE PROCESSO

A planta de processo de gás tem a finalidade de resfriar o gás após os processos de compressão para reduzir a potência requerida na compressão seguinte e evitar danos aos componentes mecânicos do compressor (selos de labirintos); reter e descartar condensado que se forma após o resfriamento; permitir o alinhamento do gás na sucção e descarga e promover o alívio do gás de forma segura.

Para tal torna-se necessário a instalação de equipamentos que permitirão executar tais tarefas, que são:

- resfriadores - depuradores de gás - válvulas automáticas de alinhamento e alívio de gás Os resfriadores podem ser do tipo casco-tubo utilizando água para o

resfriamento do gás ou do tipo “air cooler”. O primeiro pode utilizar água nos tubos ou no casco. Os critérios para a escolha são a quantidade de contaminantes no gás e na água e o nível de pressão do gás. O objetivo é passar pelos tubos o fluido que tiver mais contaminantes, uma vez que se tem maior facilidade de limpeza.


Já quando as pressões do gás forem altas, este passará pelos tubos, devido a considerações de resistência mecânica.

Os resfriadores são intercalados entre estágios de compressão e na descarga do trem de compressão, sendo algumas vezes usados na sucção, a depender da temperatura do gás. Após os trocadores são instalados vasos para remoção de condensado (depuradores) que utilizam métodos inerciais (eliminadores de névoa) para separação líquido-gás, controlando a umidade do gás comprimido.

Na parada do turbocompressor a planta de processo pode ficar pressurizada ou despressurizada, de acordo com a classificação do evento que provocar a parada, que pode ser os eventos associados à integridade dos equipamentos e segurança operacional ou os associados somente a integridade do equipamento. Como exemplo do primeiro caso temos a detecção de fogo, gás, falha no sistema de selagem externa.

No caso de paradas proporcionadas pelos eventos associados ao primeiro caso, a parada será despressurizada, sendo a planta de processo aliviada a pressão através da abertura das válvulas automáticas de alívio para o flare (BDV). Já para o segundo caso a planta permanecerá pressurizada.


TERMODINÂMICA APLICADA

A compressão de um gás em um compressor centrífugo sem resfriamento interno é um processo aproximadamente adiabático (sem troca de calor com o meio). É desconsiderado o ganho de calor pelo gás devido as perdas internas, como atrito e choques e a compressão pode ser analisada como um processo ideal, adiabático e reversível, e portanto isentrópico.

Dessa maneira o trabalho por unidade de massa realizado pelo compressor sobre o gás pode ser determinado aplicando-se a 1a lei da termodinâmica.

Q W h h+ = −2 1 ,

sendo Q = 0

resta W h h= −2 1

Este trabalho por unidade de massa entregue ao gás é denominado de “HEAD” (H) e podemos expressar que:

H h h= −2 1

T

, para gases perfeitos pode-se desenvolver. �

h h cp2 1− = .∆ ; c K

K Rp =− 1 . ;

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∆T T T PP

KK

= − =

−

2 12

1

1

H KK R T

PP

KK

=−

−

−

1 112

1

1

. . .

sendo k o coeficiente isentrópico.

Contudo as perdas acontecem, e a transformação sofrida pelo gás é sensivelmente irreversível, diferente de uma isentrópica.

Para simplificar o tratamento teórico do problema, se supõe que o gás sofre uma transformação reversível, com ganho de calor do meio, do tipo politrópico.

H nn R T P

P

nn

=−

−

−

1 112

1

1

. . .

sendo n o coeficiente politrópico.


Essa expressão admite que o gás é perfeito e que esse head é o absorvido pelo gás, pois o head cedido pelo compressor é maior e essa parcela a mais equivale ao calor cedido ao gás durante o processo. Podemos resumir dizendo que o head cedido pelo compressor é determinado pela variação de entalpia entre os bocais de sucção e descarga e o head absorvido pelo gás é determinado pela fórmula abaixo. A determinação da variação de entalpia é trabalhosa onde envolve todos os componentes do gás.

Para a determinação do head politrópico do gás real deve-se compensar a não idealidade do gás, utilizando-se o fator de compressibilidade "Z", que deve ser a média aritmética dos fatores de compressibilidade da sucção e descarga. Então o "HEAD" fica assim expresso:

H nn

RPM T P

PZ Z

nn

=−

−

−

+

1 1 212

1

1

1 2. . .

lembrando que R =RPM

A eficiência da compressão pode ser determinada através da relação entre o head absorvido pelo gás e a sua variação de entalpia.

(constante molecular dos gases) (peso molecular)

η =Hh∆

Análise do Head em função das variáveis

Sendo o "HEAD" a energia por unidade de massa absorvida pelo gás durante o processo de compressão no compressor centrífugo, vamos analisar essa energia em função das alterações das variáveis, segundo o quadro abaixo:

VARIÁVEIS CONSTANTES HEAD

TS aumenta Rc, PM. aumenta

TS diminui Rc, PM diminui

RC aumenta TS , PM aumenta

RC diminui TS , PM diminui

PM aumenta TS , RC diminui

PM diminui TS , RC aumenta

onde : Ts ⇒ Temperatura do gás na sucção do compressor

Rc ⇒ Razão de compressão Pd / Ps

PM⇒ Peso molecular


Exemplo: Simulamos um aumento da temperatura do gás na sucção do compressor, mantendo-se constantes a razão de compressão e o peso molecular. Observando-se a fórmula do "HEAD" vemos que o mesmo é diretamente proporcional à temperatura de sucção, ou seja, se a temperatura de sucção sobe e os demais parâmetros se mantém constante, a energia necessária para manter o escoamento do gás aumenta. Podemos fazer a mesma análise para a razão de compressão e para o peso molecular.

Análise adimensional do Head

Sendo o Head o trabalho cedido a cada unidade de massa do fluido no processo de compressão:

H Ng m= .

Onde: N ⇒ potência cedida ao fluido durante a compressão

m ⇒ vazão em massa de fluido

g ⇒ aceleração da gravidade

Para um sistema de unidade MLT (por exemplo: kg, m, s) ou FLT (por exemplo: kg*, m, s), resulta :

H L= ou seja, a grandeza head tem a dimensão de um comprimento.

Usando-se um sistema de unidades FMLT (por exemplo: kg*, kg, m, s), para que se tenha H como um comprimento, a equação deve ter a forma:

H gc Ngm= .

O gc é o fator de transformação da unidade de força do sistema FLT para a unidade de força do sistema MLT, entendendo-se que esses sistemas são aqueles cujas unidades compõem o sistema FMLT usado. Por exemplo, usando o sistema FMLT (kg*, kg, m, s).

gc

kg m s

kg= 9 8

2, . /

*

Em um sistema FMLT, portanto, dado que para os problemas comuns:

gc g=

numericamente a equação para o head ficaria

H N= /m

Essa equação é a empregada nos problemas de engenharia.


SISTEMA DE CONTROLE ANTI-SURGE E CAPACIDADE INTRODUÇÃO Os compressores centrífugos apresentam restrições impostas aos seus

funcionamentos quando submetido a determinadas circunstâncias, assim fica delimitado a área útil de operação sobre o conjunto de curvas características. A envoltória dessa área é formada pelos limites superior e inferior, respectivamente correspondentes à máxima e mínima rotação permissível em operação contínua, e mais os limites à esquerda e à direita, definidos pela ocorrência de fenômenos aerodinâmicos conhecidos respectivamente como “surge” e “stonewall”.

Vejamos o significado de cada um desses limites. Limites de rotação A máxima rotação em regime contínuo de operação é definida em função do

nível de esforços a que é submetido o conjunto rotativo, enquanto a rotação mínima deve se situar acima da primeira velocidade crítica de vibração. De acordo com o standard 617 do API, que regulamenta a construção de compressores centrífugos para indústrias de petróleo, esses limites devem corresponder respectivamente a 105 % da maior rotação e 85 % da menor rotação requeridas pelas condições específicas para a máquina.


Limite de surge O surge é um fenômeno caracterizado pela instabilidade do ponto de

operação e ocorre quando a vazão que o sistema se mostra capaz de absorver é inferior a um certo valor mínimo. Manifesta-se através de oscilações de vazão e pressões do sistema em geral acompanhados de forte ruído e intensa vibração do compressor, podendo levar rapidamente a uma falha mecânica.

Uma explicação simplificada para o surge pode ser obtida associando-o ao ponto máximo da curva HEAD x VAZÃO, que teria uns ramos virtuais acedente, representados em linha tracejada na figura. Dizemos virtual porque esse trecho é constituído por condições instáveis de funcionamento.

Consideremos, por exemplo, o sistema no qual um compressor centrífugo é

sucedido por um reservatório e uma válvula de controle a jusante. Um pequeno fechamento dessa válvula proporciona imediata queda na vazão

que passa através dela e imprime uma tendência de elevação na pressão do reservatório, aumentando o head termodinâmico relativo ao sistema. Admitindo que o compressor opere no ramo estável de sua curva, ocorrerá um deslocamento do ponto de operação para a esquerda, buscando um novo ponto de equilíbrio. Prosseguindo no fechamento da válvula, haverá um momento em que a pressão de descarga e, conseqüentemente, o head relativo ao sistema atingirão um valor superior ao que o compressor é capaz de desenvolver, e que vem corresponder ao limite de surge ponto “B” da figura. Incapaz de descarregar o gás sob essas condições, o compressor admitirá um pequeno refluxo “C” suficiente para fazer cair à pressão na descarga, retornando a seguir o funcionamento normal. O abaixamento da pressão de descarga “D” fará com que o compressor, de início, opere com a vazão muito elevada “E”. Não tendo sido desfeita a manobra que levou à instabilidade, isto é, mantida a posição da válvula, o sistema não será capaz de absorver toda essa vazão, e o compressor caminhará de novo em direção ao surge, dando continuidade ao funcionamento cíclico que caracteriza o fenômeno.


Resumindo podemos dizer que o surge é um fenômeno aerodinâmico que

ocorre nos compressores centrífugos quando submetido a operar com uma vazão mínima, que corresponde a um head máximo. Esse fenômeno se caracteriza pelas sucessivas inversões e reversões de fluxo e como conseqüência ocorre o choque entre as massas de gás promovendo vibrações, empeno do eixo, destruição do sistema de selagem e do impelidor. Deve ficar claro que para cada rotação existe uma vazão mínima e que é tanto menor quanto menor for a rotação.

Limite de stonewall Compressores centrífugos industriais são projetados para funcionar com

regime de escoamento subsônico. Se a vazão de operação é elevada, no entanto, é possível que a velocidade de escoamento do gás atinja o valor sônico em algum ponto no interior do compressor, usualmente na entrada das pás do impelidor, caracterizando o que se denomina limite de stonewall. O resultado prático desse fato é a impossibilidade de aumentar a vazão a partir desse ponto, além de uma acentuada queda na eficiência do processo de compressão.

O limite de stonewall não representa nenhuma ameaça à integridade do compressor, mas pode se constituir num grave inconveniente caso venha a ocorrer dentro da faixa de vazão necessária à operação do sistema.

SISTEMA DE CONTROLE ANTI-SURGE O método de controle anti-surge empregado é o da recirculação do gás da

descarga para a sucção do compressor centrífugo, através da instalação de uma de linha com válvula de controle automático. O controlador anti-surge deve ser programado para que ao se aproximar do ponto de surge, seja comandada a abertura da válvula de modo que a vazão no compressor fique acima da vazão mínima.


Veremos a seguir as malhas de controle anti-surge que podem ser

empregadas de acordo com a instalação do compressor centrífugo. Compressor centrífugo acionado por motor elétrico Neste caso o acionador (motor elétrico) opera com rotação constante e o

compressor possui a seguinte curva:

Sabendo-se que a vazão de operação deve ser maior do que a vazão mínima,

é estimado um desvio de ~10% a direita desta para ser o ponto de ajuste na qual a FV deverá iniciar a abertura. A malha então deve constar de um elemento primário de fluxo (placa de orifício) na sucção do compressor, um transmissor de fluxo (FT), um controlador indicador de fluxo (FIC) e uma válvula de recirculação (FV) conforme o esquema abaixo.


O elemento primário de fluxo (FE) envia o sinal do DP na placa para o

transmissor de fluxo (FT), este o converte para um sinal de saída em miliamper enviando para o controlador indicador de fluxo (FIC). Esse controlador tem o ponto de ajuste correspondente a uma vazão 10% acima da vazão mínima de operação, que corresponde ao ponto de surge. Durante a operação se em algum momento ocorrer uma queda da vazão e atingir a vazão de ajuste o controlador comanda o inicio da abertura da FV de modo que a vazão fique igual ao valor de ajuste.

Compressor centrífugo acionado por turbina a gás Neste caso o acionador permite a operação com uma gama de rotações e o

compressor centrífugo apresenta as seguintes curvas:

Nesse caso para cada rotação existe um ponto limite de surge, então um FIC

não atende mais o controle, pois o ponto de ajuste não pode ser único. Como


pode ser visto, com a intercessão dos pontos limites de surge é obtido a linha limite de surge. O controle agora deve ser através de uma linha paralela e a direita da linha limite de surge, denominada linha de controle de surge.

É dessa linha de controle que deve ser extraído o ponto de ajuste da vazão de

controle “Qa”, que para cada rotação corresponde a uma vazão, ou seja, o ponto de ajuste deve ser determinado a cada condição operacional do compressor, equivalente ao head. Obtendo-se o head é determinado o ponto de intercessão com a linha de controle de surge e traçando-se uma linha paralela ao eixo do head passando pelo ponto de intercessão é obtida a vazão de ajuste "Qa" para aquela condição operacional, conforme pode ser visto no gráfico abaixo. É com essa vazão de ajuste que a FV deverá abrir, quando a vazão de operação "Qo" assumir esse valor.

A implementação de uma malha de controle que realize esta função deve

determinar o head e processá-lo para obter a vazão de ajuste “Qa”. A vazão de operação “Qo” é comparada com a vazão de ajuste, caso “Qo” seja maior que


“Qa” a FV deverá ficar fechada, ou seja, condição normal de operação. Na condição de “Qo” ficar igual ou menor que “Qa” a FV deverá abrir, mantendo-se a vazão na sucção do compressor igual à vazão de ajuste.

Uma vez sabendo que o head é diretamente proporcional a razão de compressão (P2 / P1) e os demais parâmetros praticamente são constantes (n, PM, R e T1) é instalado um transmissor de pressão na sucção e outro na descarga do compressor. Os sinais desses transmissores são enviados para um Controlador Anti-Surge “CAS”, onde são processados para obter a vazão de ajuste.

No “CAS” é implementada a equação da linha de controle de surge, que para simplificar podemos ilustrar como sendo uma reta, cuja equação é:

“Y = aX + b ", onde " Y " é a razão de compressão, " X " é a vazão de ajuste,

"a" é o coeficiente angular e " b " é o ponto de intercessão da reta com o eixo Y. O controlador, ao receber os sinais das pressões de sucção e descarga,

efetua o cálculo da divisão entre P2 e P1 (Y), processa esse valor na equação e obtêm a vazão de ajuste (X). O controlador também recebe o sinal da vazão na sucção do compressor “Qo”, que é comparada com ponto de ajuste “Qa”. No caso de operação normal “Qo” deve ser maior que “Qa”, pois em outra condição fica caracterizado que o ponto de operação está próximo ao surge. Nesse caso a FV deve se encontrar aberta de forma a manter a variável igual ao ponto de ajuste, ou seja, caso a variável se encontrar igual ou menor que a vazão de ajuste a FV deverá se encontrar aberta o suficiente para manter a vazão na sucção do compressor igual ao ponto de ajuste.

De acordo com o descritivo acima a malha de controle fica representada conforme o esquema a seguir.

SISTEMA DE CONTROLE DE CAPACIDADE


O controle de capacidade tem a finalidade de efetuar o ajuste da vazão de gás do processo com a curva de desempenho do compressor, de modo que a vazão comprimida fique dentro das condições de oferta e demanda de gás do sistema.

De acordo com a curva de head x Q abaixo temos o ponto de interseção ( A ) entre a curva do sistema ( r ) com a curva de desempenho do compressor ( N1 ), que corresponde a vazão QA e Head HA.

No caso de uma nova vazão de gás QB, como poderemos efetuar a

intercessão da curva do sistema com a curva de desempenho do compressor? Existem dois métodos, a saber: 1 - Alteração da curva do sistema, que são: a) Uma válvula na sucção que nesse caso poderia ser parcialmente fechada de

modo a alterar a curva do sistema para (t), onde obteríamos o ponto de intercessão com a curva de performance em B.

b) Uma válvula na descarga que poderia fechar parcialmente de modo a alterar a curva do sistema conforme o item anterior.

2 - Alteração da curva do compressor, que são: a) Reduzir a rotação do compressor de modo a se obter uma nova curva de

desempenho (N2), que promova a intercessão com a curva do sistema (r) no ponto C.

b) Para compressores axiais temos também a possibilidade de através de mecanismo de acionamento, prover de palhetas móveis os primeiros estágios estatores, de forma a proporcionar novas curvas de desempenho, que podem ser correlacionadas variação de rotação.

Do ponto de vista energético o método 1 promove uma perda de energia em

função das quebras de pressão. O método 2 é melhor, pois permite um ajuste econômico da potência requerida com a necessária para o sistema, fica então sendo a empregada para o controle de capacidade para os compressores centrífugos.


Conforme o gráfico abaixo, temos várias curvas de desempenho, sendo uma para cada rotação:

Filosofia de controle A filosofia de controle consta em implementar uma curva do sistema

conveniente para o processo e isso é proporcionado com a instalação de um PIC no coletor de sucção, um PIC no coletor de descarga e um seletor de menor sinal entre os sinais dos PICs da sucção e descarga que envia o sinal de saída para o acionador de modo a possibilitar os ajustes dos pontos de operação das pressões de sucção e descarga, que deverão ser mantidas pela variação da rotação do compressor, de tal maneira que o ponto de operação se desloque em cima da curva do sistema implementada.

A condição normal de operação fica estabelecida com: - Pressão do coletor de sucção igual ao ponto de ajuste no PIC da sucção. - Pressão no coletor de descarga igual ao ponto de ajuste do PIC da

descarga. - No PIC do coletor de descarga o ponto de ajuste deve ficar acima da pressão

de gas lift, ficando configurado como uma pressão limite. - O controlador de pressão do coletor de sucção comanda a aceleração e

desaceleração e o controlador da pressão do coletor de descarga comanda a desaceleração e permite a aceleração do compressor. Deve ficar claro que existe uma prioridade da desaceleração sobre a aceleração (menor sinal). Deste modo podemos expor a seguinte situação:

- PIC de sucção não há comando de aceleração e desaceleração. - PIC de descarga tem-se um comando que permite aceleração. - Nesse caso prevalece o sinal do PIC da sucção. Caso acorra uma queda na vazão de gás a pressão de sucção irá cair,

acarretando um erro no PIC da sucção comandando a desaceleração do compressor e em caso contrário irá acarretar a aceleração.



COMPRESSOR AXIAL O compressor de ar é o

componente da turbina responsável pelo aumento da pressão do ar no ciclo Brayton e é acionado pela turbina do gerador de gás.

O compressor axial é empregado nestes casos por ser especificado para maiores vazões do que os centrífugos com relação ao porte.

Seu princípio de funcionamento é o da aceleração do ar com posterior transformação em pressão. É composto por uma seção estacionária, onde se encontram instalados os anéis com aletas estatoras e a seção rotativa composta por um conjunto de rotores com palhetas. Cada estágio de compressão é composto por um rotor com palhetas e um anel com aletas estatoras. O rotor com palhetas é responsável pela aceleração do ar, como um ventilador. É nesta etapa que o ar recebe trabalho para aumentar a energia de pressão, velocidade e temperatura. O anel de aletas estatoras tem a finalidade de direcionar o ar para incidir com um ângulo favorável sobre as palhetas do próximo estágio rotor e promover a desaceleração do fluxo de ar para ocorrer a transformação da energia de velocidade em pressão. Essas máquinas são projetadas para que a velocidade na entrada de cada rotor seja a mesma para a condição de máxima eficiência.

Este processo é repetido nos estágios subseqüentes do compressor sendo que cada estágio promove um pequeno aumento de pressão.

O fluxo de ar no compressor se dá paralelo ao eixo (axial) numa trajetória helicoidal, e a seção de passagem é reduzida da admissão para descarga, com o propósito de se manter a velocidade do ar constante dentro da faixa de operação, uma vez que a pressão sobe a cada estágio e respectivamente a massa específica (veja a equação da continuidade). O ganho de pressão e as variações de velocidade a cada estágio podem ser vistos na figura abaixo.

Fig. 8 - Relação Pressão/Velocidade durante Compressão

Fig. 9 - Diagrama Pressão e Velocidade


As aletas estatoras do último estágio agem como pás guias de saída (OGV - Outlet Guide Vanes), que direcionam o ar em um fluxo axial estabilizado para a carcaça traseira do compressor e seção de combustão.

O compressor é projetado para operar com alta eficiência em altas rotações.

Para manter o fluxo de ar estabilizado à baixa rotação, tem-se instalado, na entrada de ar, um conjunto de aletas móveis guias de entrada (IGV - Inlet Guide Vanes), que automaticamente, altera o ângulo de ataque das palhetas para o primeiro rotor. A eficiência é gradualmente aumentada de acordo com o aumento da rotação. As válvulas de sangria estão instaladas para prevenir o surge em baixas rotações.

O conjunto I.G.V e válvulas de sangria fazem parte do sistema de controle do fluxo de ar da turbina.

A proteção quanto ao surge se dá através de válvulas de alívio instaladas nos últimos estágios, que ficam abertas aliviando para atmosfera durante a fase de aceleração e parada do compressor.


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Compressor centrífugo