Compressores rotativos

Compressores rotativos

Os compressores são divididos em dois grandes grupos conforme sua concepção, podendo ser:

  • Os compressores são divididos em dois grandes grupos conforme sua concepção, podendo ser:

  • - Compressores dinâmicos;

  • - Compressores volumétricos.

  • Os compressores rotativos configuram-se entre os compressores volumétricos.

  • Nos compressores volumétricos ou de deslocamento positivo, a elevação de pressão é conseguida através da redução do volume ocupado pelo gás. Na operação dessas máquinas podem ser identificadas diversas fases, que constituem o ciclo de funcionamento: inicialmente, uma certa quantidade de gás é admitida no interior de uma câmara de compressão, que então é cerrada e sofre redução de volume. Finalmente, a câmara é aberta e o gás liberado para consumo. 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. Conforme iremos constatar logo adiante, pode haver algumas diferenças entre os ciclos de funcionamento das máquinas dessa espécie, em função das características específicas de cada uma.

Nos compressores rotativos, os gases são comprimidos por elementos giratórios.

  • Nos compressores rotativos, os gases são comprimidos por elementos giratórios.

  • Algumas das principais características destes tipos de compressores são por exemplo as menores perdas mecânicas por atrito, pois dispensam um maior número de peças móveis, a menor contaminação de ar com óleo lubrificante, a ausência de reações variáveis sobre as fundações que provocam vibrações, o fato de a compressão ser feita de um modo intermitente, como sucede nos alternativos e a ausência de válvulas de admissão e de descarga que diminui as perdas melhorando o rendimento volumétrico.

  • Outro aspecto muito importante, para os diferentes tipos, está relacionado com a economia de energia, com os rendimentos volumétrico, associados a fugas, e mecânico, associado a movimentos relativos entre as peças que constituem a máquina, e com a manutenção dos mesmos.

Os principais tipos de compressores rotativos são:

  • Os principais tipos de compressores rotativos são:

  • - Compressores de parafuso;

  • - Compressores de palhetas;

  • - Compressores de lóbulos;

  • - Compressores isotérmicos.

Esse tipo de compressor possui dois rotores, um chamado de rotor macho e um de rotor fêmea, em forma de parafusos que giram em sentido contrario, mantendo entre si uma condição de engrenamento.

  • Esse tipo de compressor possui dois rotores, um chamado de rotor macho e um de rotor fêmea, em forma de parafusos que giram em sentido contrario, mantendo entre si uma condição de engrenamento.

  • A conexão do compressor com o sistema se faz através das aberturas de sucção e descarga, diametralmente opostas: o gás penetra pela abertura de sucção e ocupa os intervalos entre os filetes dos rotores.

  • A partir do momento em que há o engrenamento de um determinado filete, o gás nele contido fica encerrado entre o rotor e as paredes da carcaça

A rotação faz então com que o ponto de engrenamento vá se deslocando para a frente, reduzindo o espaço disponível para o gás e provocando a sua compressão. Finalmente, é alcançada a abertura de descarga, e o gás é liberado.

  • A rotação faz então com que o ponto de engrenamento vá se deslocando para a frente, reduzindo o espaço disponível para o gás e provocando a sua compressão. Finalmente, é alcançada a abertura de descarga, e o gás é liberado.

  • Os rotores não se tocam um ao outro para evitar a necessidade de lubrificação, posto que uma das vantagens do compressor de parafuso é de fornecer ar isento de óleo. Para conseguir isso, a folga entre a superfície exterior da pestana e a interior da ranhura tem que ser mínima.

  • Como não existem válvulas nem na entrada e nem na saída, o ciclo de funcionamento tem somente três fases: admissão, compressão e escape.

O ciclo real difere do ideal em que a pressão imediatamente antes da saída de ar deve ser um pouco maior que a pressão real de descarga.

  • O ciclo real difere do ideal em que a pressão imediatamente antes da saída de ar deve ser um pouco maior que a pressão real de descarga.

  • Com efeito, como não existe válvula de escape, a partir do ponto em que ranhura e pestana se separam, a pressão é a mesma da que existe no circuito de ar comprimido. Para que o ar comprimido nos parafusos possa ser descarregado, é preciso que se encontre a uma pressão ligeiramente superior.

  • Os compressores de parafuso conseguem chegar à pressão de 7 bar manométricos (mesmas pressões que chegam os compressores alternativos de baixa pressão).

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O compressor de palhetas possui um rotor ou tambor central que gira excentricamente em relaçãoà carcaça, conforme mostra a figura abaixo. Esse tambor possui rasgos radiais que se prolongam por todo o seu comprimento e nos quais são inseridas palhetas retangulares, conforme mostrado na figura abaixo.

  • O compressor de palhetas possui um rotor ou tambor central que gira excentricamente em relaçãoà carcaça, conforme mostra a figura abaixo. Esse tambor possui rasgos radiais que se prolongam por todo o seu comprimento e nos quais são inseridas palhetas retangulares, conforme mostrado na figura abaixo.

Podem ser de palheta simples:

  • Podem ser de palheta simples:

Ou de palhetas múltiplas:

  • Ou de palhetas múltiplas:

Quando o tambor gira, as palhetas deslocam-se radialmente sob a ação da força centrífuga e se mantêm em contato com a carcaça. O gás penetra pela abertura de sucção e ocupa os espaços definidos entre as palhetas.

  • Quando o tambor gira, as palhetas deslocam-se radialmente sob a ação da força centrífuga e se mantêm em contato com a carcaça. O gás penetra pela abertura de sucção e ocupa os espaços definidos entre as palhetas.

  • Devido à excentricidade do rotor e às posições das aberturas de sucção e descarga, os espaços constituídos entre as palhetas vão se reduzindo de modo a provocar a compressão progressiva do gás.

  • A variação do volume contido entre duas palhetas vizinhas, desde o fim da admissão até o início da descarga, define, em função da natureza do gás e das trocas térmicas, uma relação de compressão interna fixa para a máquina.

  • Assim, a pressão do gás no momento em que é aberta a comunicação com a descarga poderá ser diferente da pressão reinante nessa região. O equilíbrio é, no entanto, quase instantaneamente atingido e o gás descarregado.

Estes compressores costumam trabalhar sem lubrificante, motivo pelo qual as palhetas têm de ser de material diferente da carcaça, para evitar emperramento do mecanismo. Assim sendo, a carcaça é de ferro fundido (material mais duro), e as palhetas são de bronze (materiais mais macio), que desgastarão e serão trocadas primeiro.

  • Estes compressores costumam trabalhar sem lubrificante, motivo pelo qual as palhetas têm de ser de material diferente da carcaça, para evitar emperramento do mecanismo. Assim sendo, a carcaça é de ferro fundido (material mais duro), e as palhetas são de bronze (materiais mais macio), que desgastarão e serão trocadas primeiro.

  • Este tipo de compressor não consegue atingir altas pressões; opera normalmente entre 0,8 e 1 bar manométrico.

  • Por esse motivo, costumam ser chamados de "sopradores" e não compressores.

  • Compressores de palhetas rotativas são caracterizados pela versatilidade, potência, confiabilidade e relação preço-qualidade. Podem ser encontrados nos comboios, nas obras, destilarias, fábricas de bebidas, instalações de empacotamento e nas grandes e pequenas unidades industriais.

Esse tipo de compressor possui dois rotores em que giram em sentido contrário, mantendo uma folga muito pequena no ponto de tangencia entre si e com relação à carcaça.

  • Esse tipo de compressor possui dois rotores em que giram em sentido contrário, mantendo uma folga muito pequena no ponto de tangencia entre si e com relação à carcaça.

  • O gás penetra pela abertura de sucção e ocupa a câmara de compressão, sendo conduzido até a abertura de descarga pelos rotores.

  • Os compressores de lóbulos, embora classificados volumétricos, não possuem compressão interna, porque os rotores apenas deslocam o fluído de uma região de baixa pressão para uma de alta pressão.

  • São conhecidos como sopradores ROOTS e constituem um exemplo típico do que se pode chamar de soprador, porque gera aumentos de pressão muito pequenos (funcionam a pressões de 0,8 a 1 bar).

Os compressores tipo roots, são compressores de baixa pressão, que são muito utilizados em transportes pneumáticos e na sobrealimentação dos motores Diesel.

  • Os compressores tipo roots, são compressores de baixa pressão, que são muito utilizados em transportes pneumáticos e na sobrealimentação dos motores Diesel.

  • Estes compressores apresentam um rendimento volumétrico muito baixo, mas em compensação o rendimento mecânico é elevado.

  • No entanto a principal vantagem destes compressores é a sua grande robustez e baixo custo, podendo suportar longas durações de funcionamento sem grandes cuidados com manutenção.

Esquema simplificado de funcionamento de um compressor de lóbulos:

  • Esquema simplificado de funcionamento de um compressor de lóbulos:

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Os compressores isotérmicos consistem de um rotor provido de palhetas que gira excêntrico na carcaça, dentro da qual existe um líquido selante que geralmente é água. A pressão atingida também é baixa, da ordem de 0,8 a 1 bar manométrico.

  • Os compressores isotérmicos consistem de um rotor provido de palhetas que gira excêntrico na carcaça, dentro da qual existe um líquido selante que geralmente é água. A pressão atingida também é baixa, da ordem de 0,8 a 1 bar manométrico.

Quando o rotor está em repouso a água ocupa obviamente a posição horizontal. Quando o rotor começa girar, a água gira junto porque as palhetas do rotor a empurram e, por causa da força centrífuga, toma um formato de anel entre o rotor e a carcaça.

  • Quando o rotor está em repouso a água ocupa obviamente a posição horizontal. Quando o rotor começa girar, a água gira junto porque as palhetas do rotor a empurram e, por causa da força centrífuga, toma um formato de anel entre o rotor e a carcaça.

  • Como o rotor é excêntrico, na parte superior o eixo coincide exatamente com a superfície do anel líquido, mas a medida que o rotor desce devido ao giro, forma-se uma câmara entre a superfície líquida e o eixo.

  • Esta câmara vai aumentando de volume até que chega à parte inferior, quando ocupa então o volume máximo.

  • O aumento gradual de volume da câmara ocasiona a sucção do gás que se encontra na tubulação de entrada do compressor, normalmente ar.

Quando o volume da câmara diminui gradualmente, o que ocorre entre o ponto inferior e o superior da carcaça quando o rotor completa o giro, o ar contido nas câmaras vai sendo comprimido até atingir a pressão de saída, sendo então descarregado.

  • Quando o volume da câmara diminui gradualmente, o que ocorre entre o ponto inferior e o superior da carcaça quando o rotor completa o giro, o ar contido nas câmaras vai sendo comprimido até atingir a pressão de saída, sendo então descarregado.

  • A água que serve de líquido selante serve também para absorver o calor produzido pela compressão, que pode ser considerada aproximadamente isotérmica, muito embora na realidade a temperatura do ar aumente de algum grau. A água deve ser também ser renovada constantemente a fim de não aumentar sua temperatura, desvirtuando assim o funcionamento do compressor.

  • Embora constem dos catálogos dos fabricantes, os compressores isotérmicos não tiveram sucesso comercial por causa dos inconvenientes que apresentam e não são vendidos rotineiramente.

Devido à presença do anel líquido, o ar que sai do compressor arrasta uma grande quantidade de gotas de água e deve passar por um separador para eliminá-las. Todavia, este não é um grande inconveniente pois o separador é um pequeno tanque de pouco preço e pouca manutenção.

  • Devido à presença do anel líquido, o ar que sai do compressor arrasta uma grande quantidade de gotas de água e deve passar por um separador para eliminá-las. Todavia, este não é um grande inconveniente pois o separador é um pequeno tanque de pouco preço e pouca manutenção.

  • Embora teoricamentea compressão isotérmica precise de menos energia do que a adiabática, pelo fato de ter que arrastar uma massa de água no interior, o consumo real de energia do compressor isotérmico é maior do que no adiabático. Este é o inconveniente principal.

As principais vantagens da utilização de compressores rotativos são:

  • As principais vantagens da utilização de compressores rotativos são:

  • Permite altas velocidades de rotação, o que permite acoplamento direto e dimensões reduzidas;

  • Fundação pode ser pequena;

  • Alto rendimento volumétrico (independe da relação de pressão);

  • Utilização apenas de válvulas de rentenção;

  • O arrefecimento pode ser feito durante a compressão por meio do óleo;

  • Funcionamento silencioso.

As principais desvantagens da utilização de compressores rotativos são:

  • As principais desvantagens da utilização de compressores rotativos são:

  • Lubrificação deve ser eficiente;

  • Necessidade de um separador de óleo na instalação para evitar contaminação do gás;

  • Desgaste por atrito entre rotores e carcaça;

  • Fugas internas de gás;

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