Compressores a pistao

Compressores a pistao

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P+ 1 =
ε−εη(10)

O rendimento volumétrico real de um compressor expressa uma relação entre massas (apesar do nome); este conceito compara a massa de gás que foi efetivamente succionada com a massa que caberia no volume deslocado (cilindrada), nas condições de pressão e temperatura a montante da válvula de sucção:

Departamento de Energia ES747 - Laboratório de Sistemas Térmicos e Fluidomecânicos η ρv f iC C = m V onde ρi é a densidade do gás imediatamente antes de entrar no compressor e Vcc é a cilindrada. O rendimento volumétrico real só pode ser obtido experimentalmente.

5.5 -Definições de eficiências para compressores

A avaliação do desempenho de um compressor normalmente é realizada através do conceito de eficiência. Este conceito permite comparar o desempenho de diferentes compressores realizando uma mesma tarefa ou para comparar o desempenho de uma mesma máquina operando em diferentes condições

Várias são as definições possíveis para o conceito de eficiência. Tradicionalmente são adotadas as definições de eficiência isentrópica (ηsc), eficiência isotérmica (ηit) e eficiência politrópica (ηpc). A primeira é empregada basicamente para compressores axiais e centrífugos operando sem resfriamento. A segunda é adotada para compressores a pistão com resfriamento. A terceira é adotada como critério de avaliação de quanto que o processo real se afasta do politrópico devido a perdas e atritos internos. As equações a seguir mostram cada uma das definições acima citadas:

(12)
(13)

onde Wc representa o trabalho de eixo fornecido ao compressor

Ws representa o trabalho de compressão isentrópica Wit representa o trabalho de compressão isotérmica Wp representa o trabalho de compressão politrópica.

Usando o conceito de exergia, pode-se definir uma eficiência exergética para o compressor, relacionando a variação de exergia obtida pela compressão ao trabalho de eixo fornecido:

= exf = (hW −− − −exfW hT s sC

Esta definição, apesar de pouco usada atualmente, é a que efetivamente compara um trabalho reversível entre os estados inicial e final do gás, com o trabalho real, sem recorrer a processos auxiliares (isoentrópico, isotérmico ou politrópico).

5.6 - A compressão por estágios

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À medida que se requer maior pressão de um dado compressor (a pressão de descarga se aproxima da pressão máxima), o rendimento volumétrico aparente se reduz, como pode ser visto pela equação (10). Consequentemente, o fluxo de massa que escoa através do compressor também se reduz. Para evitar este problema pode-se realizar a compressão em estágios, onde o segundo compressor aspira a partir da descarga do primeiro e assim por diante. Se entre dois estágios consecutivos se faz um inter-resfriamento, o trabalho consumido por kg de ar comprimido se reduz, como pode ser visto na Figura 5.

Se o número de estágios entre dois níveis de pressão é aumentado, e entre estágios há um inter-resfriador, o processo tende a uma compressão isotérmica e portanto a um menor trabalho requerido por kg de gás comprimido. Por razões econômicas, há um número adequado de estágios para cada nível de pressão pretendido.

Figura 5: A compressão por estágios

Figura 6: Diagrama T x S para compressão em dois estágios

O diagrama T x S para a compressão em dois estágios pode ser visto na Figura 6 e corresponde à montagem experimental completa: uma compressão até a pressão intermediária, politrópica, com resfriamento a ar (Q1), seguida de um inter-resfriador a água (Q2), nova compressão até a pressão final, também politrópica com resfriamento a ar(Q3) e finalmente um pós-resfriador

(Q4). As áreas hachuradas correspondem às perdas de calor do gás para o fluido refrigerante (ar ou água).

Pode-se mostrar que, uma vez escolhido o número de estágios, a relação de pressão para cada estágio é dada pela expressão abaixo (considerando-se que o ínter-resfriamento restitui o gás sempre à temperatura de sucção do primeiro estágio):

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()P
(16)

5. INSTRUÇÕES DE OPERAÇÃO E PROCEDIMENTO DE TESTE

Antes de iniciar a operação:

a) verifique os zeros dos manômetros inclinados b) complete com óleo os copos dos termômetros c) drene condensado do resfriador intermediário, do resfriador posterior e do reservatório.

Procedimento de partida a) coloque as válvulas controladoras do fluxo de ar dos resfriadores na posição desejada, que corresponde à montagem a realizar. b) ligue a bomba e ajuste os fluxos de água de refrigeração no meio das escalas dos medidores. c) verifique se a válvula de gaveta da entrada do reservatório está aberta d) acione o dispositivo de alívio de partida do primeiro estágio

e) ligue o 1o estágio do compressor f) coloque o controlador de velocidade do segundo estágio no máximo (painel elétrico) g) abra a válvula de esfera da entrada do segundo estágio h) ligue o segundo estágio mediante a chave do painel de controle i) quando a pressão do reservatório chegar ao valor desejado, abra gradativamente a válvula de saída do tanque (anterior ao bocal ISA de saída) até obter operação em regime permanente.

pressão máxima no primeiro estágio:1000 kPa
pressão máxima no segundo estágio:1500 kPa
ATENÇÃO:A cada novo ajuste das condições de operação, deve-se esperar pelo menos

j) certifique-se que haja alguma válvula de saída aberta! 20 minutos para o sistema entrar em regime. Quando as diversas leituras de pressão, temperatura e vazão estiverem estabilizadas, deve-se proceder então às leituras. Deve-se observar a pressão no reservatório, que deve permanecer constante durante o teste. Para isto, pequenos ajustes na válvula de estrangulamento devem ser feitos periodicamente.

Ensaios a realizar:

só o primeiro estágio funcionando
recomenda-se as pressões de 400 e 600 kPa

Montagem 1: Compressão em um estágio: efeito da pressão de descarga

Ambos os estágios em operação
Inter-resfriador ativado

Montagem 2: Compressão em dois estágios: efeito do inter-resfriamento Pressão recomendada: 600 kPa

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6. RELATÓRIO

O relatório deste experimento deve seguir as orientações gerais quanto à apresentação de resultados, análise de erros experimentais e conclusões obtidas.

ATENÇÃO: AS PRESSÕES LIDAS SÃO MANOMÉTRICAS! Pede-se: a) deduzir as expressões (4), (5) e (6).

b) calcular os coeficientes da politrópica de compressão para cada estágio em cada condição de operação.

c) calcular o coeficiente de espaço nocivo para cada compressor e o rendimento volumétrico aparente de cada estágio, para cada condição de operação.

d) calcular os rendimentos volumétricos, trabalho politrópico de cada estágio, calor rejeitado ao ar, calor rejeitado à água no inter-resfriador e pós-resfriador, eficiências isotérmica, politrópica e exergética para cada condição de operação.

e) Para a montagem 1, analisar o que ocorre com o desempenho da máquina quando sobe a pressão.

f) Compare as Montagens 1 e 2 para a pressão de 600 kPa. Que ocorre com os indicadores de desempenho?

ATLAS COPCO"Manual do ar Comprimido". McGraw-Hill do Brasil, São Paulo, 1976.

7 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

CHERKASSKI, V.M"Bombas, Ventiladores e Compressores". Editora MIR, Moscou, 1986.
GALLO, W.L.R. & WALTER, A..S"Compressores a Pistão". Complemento à Apostila Didática

BARBOSA, P.S. "Compressores". Apostila Petrobrás - CENPES - DIVEN, 2a edição, 1984. COSTA, E.C. "Compressores". Editora Edgard Blucher, São Paulo 1978. "Máquinas Térmicas", CABS, 1986.

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COMPRESSOR DE DOIS ESTÁGIOS - FOLHA DE TESTE Pressão Ambiente:

TESTE 123456 P intermed.KPa P reservat.Kpa

Ho mmh2o

Hn mmh2o T ambiente°C

RESFRIAMENTO Vazão inter.l/min

T9 °C Vazão pósl/min

T10 °C MOTORES Força - 1N

Ω- 1rpm Pot ElétricaW Força - 2N

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