Compressor Centrífugo – Diagrama, Peças, Funcionamento, Eficiência, Vantagens

a) Ocupa um comprimento menor que um compressor de fluxo axial equivalente.
b) Possui melhor resistência a danos por objetos estranhos.
c) Devido ao comprimento de passagem relativamente curto, a perda de desempenho devido ao acúmulo de depósitos nas superfícies das pás não será tão grande quanto a dos compressores de fluxo axial.
d) Pode funcionar razoavelmente bem em uma atmosfera contaminada em comparação com o compressor de fluxo axial.
e) Tem a capacidade de operar em uma ampla faixa de vazões de massa em qualquer velocidade de rotação específica.
f) Sua eficiência, nas circunstâncias mais favoráveis, é inferior à dos compressores axiais projetados para a mesma função, em até 3 ou 4%.
g) Contudo, com fluxo de massa muito baixo, a eficiência do compressor de fluxo axial cai, as pás são pequenas e a vantagem parece residir no compressor centrífugo em sua relativa simplicidade e custo.

compressor centrífugo

Peças do compressor centrífugo:

Partes do compressor centrífugo e sua função

Os principais componentes de um compressor centrífugo são mostrados na Fig. e os detalhes de cada parte são fornecidos abaixo.
1. Invólucro de entrada com bico acelerador (convergente)
2. Palhetas guia de entrada (IGV)
3. Impulsor
4. Difusor
5. Rolar ou voluta
6. Seção indutora

Diagrama do compressor centrífugo:

Peças de compressores centrífugos

1. Invólucro de entrada com bico acelerador

• A função do invólucro de entrada é acelerar o fluido de sua condição inicial até a entrada das palhetas-guia de entrada e fornecer velocidade uniforme no olho.
• O flange de entrada é axissimétrico e o duto de entrada tem a forma de um simples bocal convergente.
• A saída da caixa de entrada é conhecida como olho do impulsor.

2. Palhetas guia de entrada (IGV)

• O função das palhetas guia de entrada é direcionar o fluxo na direção desejada na entrada do impulsor.
• As palhetas guia de entrada devem ser escolhidas de modo a obter um número Mach relativo mínimo na ponta do olho.

3. Impulsor

• O função do impulsor é aumentar o nível de energia do fluido girando-o para fora e aumentando o momento angular do fluido. (Consulte a Fig.)
• Tanto a pressão estática quanto a velocidade do fluido aumentam no impulsor.
• As palhetas do impulsor ajudam a transferir a energia do impulsor para o fluido.
• O cubo é a superfície curva de revolução do impulsor AB.
• A cobertura é a superfície curva CD que forma o limite externo do fluxo de fluido.
  (Cobrir um impulsor elimina as perdas por vazamento na ponta, mas ao mesmo tempo aumenta as perdas por atrito.)
• Os impulsores podem ser fechados com a cobertura fixada nas extremidades das palhetas (chamados impulsores revestidos) ou não fechados com uma pequena folga entre as extremidades das palhetas e a parede estacionária.

4. Um difusor consistindo em uma série de passagens divergentes fixas nas quais o ar é desacelerado com o conseqüente aumento da pressão estática.

Compressor centrífugo

5. Rolar ou Voluta

• O ar que sai do difusor é coletado em uma passagem em espiral conhecida como voluta ou scroll e a voluta descarrega o ar através do tubo de distribuição.
• Diferentes seções transversais são empregadas para a passagem da voluta: retangular, circular e trapezoidal.

6. Seção indutora

• Na entrada do impulsor, o fluxo relativo tem uma velocidade Vr1, formando um ângulo α1 com o eixo de rotação, como mostrado na Fig.
• Este fluxo relativo é direcionado na direção axial pela seção indutora ou pelas palhetas guia rotativas.
• O indutor começa no olho e geralmente termina na região onde o fluxo começa a virar na direção radial.

seção induzida no impulsor

Princípio de funcionamento do compressor centrífugo:

O ar é sugado para dentro do olhal do impulsor e girado para fora em alta velocidade pelo disco do impulsor. Em qualquer ponto do fluxo de ar através do impulsor, a aceleração centrípeta é obtida por uma cabeça de pressão, de modo que a pressão estática do ar aumenta do olho até a ponta do impulsor. O restante do aumento da pressão estática é obtido no difusor, onde a velocidade muito alta do ar que sai da ponta do impulsor é reduzida quase à velocidade com que o ar entra no olho do impulsor.

compressor centrífugo de entrada e saída única

Normalmente, cerca de metade do aumento total da pressão ocorre no impulsor e a outra metade no difusor. Devido à ação das palhetas em transportar o ar com o impulsor, há uma pressão estática ligeiramente maior no lado dianteiro da palheta do que na face posterior. O ar tenderá assim a fluir em torno da borda das palhetas no espaço livre entre o impulsor e o invólucro. Isto resulta numa perda de eficiência e a folga deve ser mantida tão pequena quanto possível. Às vezes, uma cobertura fixada nas pás, como mostrado na Figura (d), pode eliminar tal perda, mas é evitada devido ao aumento da perda por fricção do disco e às dificuldades de fabricação.

As lâminas retas e radiais são geralmente empregadas para evitar qualquer tensão de flexão indesejável nas lâminas. A escolha das pás radiais também determina que o aumento total da pressão seja dividido igualmente entre o impulsor e o difusor.

Variação de pressão e velocidade em um compressor centrífugo:

variação de pressão e velocidade através do compressor centrífugo

• O ar entra no compressor em um raio médio com baixa velocidade V1 e pressão atmosférica P1, como mostrado na Fig.
• É então acelerado até uma alta velocidade V2 e pressão P2, dependendo da ação centrífuga do impulsor.
• O ar agora entra no difusor onde sua velocidade é reduzida para algum valor V3 e a pressão aumenta para P3.
• Na prática, cerca de metade do aumento total de pressão por estágio é alcançado no impulsor e a metade restante no difusor.

Diagrama de velocidade do compressor centrífugo

• Os diagramas de velocidade na entrada e na saída do impulsor de um compressor centrífugo são mostrados na Fig. (a) e (b).
• Na análise do compressor centrífugo são feitas as seguintes suposições:
  (i) O fenômeno do fluxo é constante e uniforme por toda parte.
  (ii) Não há separação de fluxo.
  (iii) O fluxo através do impulsor é sem atrito.
  (iv) Não há ondas de choque ocorrendo em nenhum lugar.

A seguir estão as notações utilizadas na análise de um compressor centrífugo.
Vamos levar;
α1 = Ângulo de saída das palhetas guia na entrada = ângulo absoluto na entrada
β1 = Ângulo de entrada no rotor ou impulsor
β2 = Ângulo de saída do rotor ou impulsor
α2 = Ângulo de entrada no difusor ou no estator
u1 = Velocidade média da lâmina na entrada
u2 = Velocidade média da lâmina na saída
V1 = Velocidade absoluta do ar na entrada do rotor
V2 = Velocidade absoluta do ar na saída do rotor
Vr1 = Velocidade relativa do ar na entrada da pá do rotor l
Vr2 = Velocidade relativa do ar na saída da pá do rotor
Vw1 = Velocidade de giro na entrada (componente tangencial da velocidade absoluta 1 V)
Vw2 = Velocidade de giro na saída (componente tangencial da velocidade absoluta 2 V)
Vf1 = Velocidade do fluxo na entrada (Componente de 1 V perpendicular ao plano de rotação)
Vf2 = Velocidade do fluxo na saída (Componente de 2 V perpendicular ao plano de Rotação).
m = vazão mássica, kg/s

(i) Se não houver pré-turbilhão, o ar entra no olhal do impulsor na direção axial, α1= 90 graus, Vf1= V1, Vw1= 0 e o ar sairá do impulsor na direção radial β2= 90 graus, Vf2=Vr2 e Vw2 = Vu2

diagrama do triângulo de velocidade para compressor centrífugo – quando α1 = 90 graus, β2 = 90 graus

(ii) Se o ar entrar no olhal do impulsor em uma direção axial α1 = 90 graus, mas o ar não sair do impulsor na direção radial β2 <90 graus, Vr2 ≠ Vf2 e Vw2

diagrama de triângulo de velocidade para compressor centrífugo

Eficiência do compressor centrífugo:

Eficiência isentrópica:

• O processo de compressão em um compressor alternativo pode se aproximar da compressão isotérmica devido à velocidade lenta, ao resfriamento do cilindro e ao resfriamento entre estágios.
• Mas em compressor centrífugo; funcionando em alta velocidade, há muito atrito entre as moléculas de ar, entre o ar e as passagens das pás, formação de redemoinhos e choques na entrada e na saída.
• Esses fatores provocam a geração interna de calor e consequentemente a temperatura máxima atingida seria maior que a da compressão adiabática.
• Portanto, o índice de compressão da compressão rotativa não resfriada pode ser tão alto quanto 1,7 e o alto valor do índice de compressão exige uma grande quantidade de trabalho de compressão e este valor pode ser reduzido cercando as passagens de ar com camisas de água fria e pelo uso de intercoolers.
• Mas geralmente é impossível fornecer resfriamento suficiente para trazer a curva de compressão para a esquerda da linha isentrópica.
• É por esta razão que o critério de eficiência termodinâmica de um compressor alternativo é isotérmico, enquanto o dos compressores rotativos é a compressão isentrópica.
• “A eficiência isentrópica é definida como a razão entre o trabalho isentrópico necessário para comprimir o ar de P01 a P02 e o trabalho real necessário para a mesma razão de pressão.”

Eficiência Isentrópica = Trabalho de Compressão Isentrópica /Trabalho de Compressão Real

Vantagens do compressor centrífugo:

a.) Quando comparado a outros compressores, é relativamente ágil e fácil de fabricar.

b.) Como este compressor não requer nenhuma base especial, é altamente eficiente em termos energéticos e confiável.

c.) Eles consistem em um pequeno número de peças de atrito e são absolutamente isentos de óleo por natureza.

d.) Gera uma relação de pressão por estágio mais alta que o compressor de fluxo axial.

Desvantagens do Compressor Centrífugo.

a.) Eles produzem uma quantidade limitada de pressão e não são adequados para compressão muito alta.

b.) Como trabalham a uma velocidade relativamente alta, é necessária uma montagem esclarecida ou mundana.

c.) Eles são muito sensíveis a problemas como travamento e asfixia.

Aplicações do Compressor Centrífugo:

Em turbinas a gás e unidades de energia auxiliares.

Em turbocompressores e supercompressores de motores automotivos e diesel.

Em compressores de gasodutos de gás natural para transportar o gás do local de produção até o consumidor.

Em refinarias de petróleo, processamento de gás natural, plantas petroquímicas e químicas.

Ar condicionado e refrigeração e HVAC: Os compressores centrífugos muitas vezes fornecem a compressão nos ciclos dos resfriadores de água.

Em instalações de separação de ar para fabricar gases de produtos finais purificados.

Na reinjeção de gás natural de alta pressão em campos petrolíferos para melhorar a recuperação de petróleo.

Grandes edifícios com cargas de resfriamento superiores a 400 toneladas de refrigeração ou 1.400 kW normalmente usam chillers resfriados a água com compressores centrífugos ou compressores Turbocor dentro do sistema de resfriamento da planta central.

Diferença entre compressor centrífugo e compressor de fluxo axial:

A comparação do compressor de fluxo centrífugo e axial é a seguinte:

Sr. Não. Compressor centrífugoCompressor de fluxo axial1. O fluxo é perpendicular ao eixo do compressor. O fluxo de ar é paralelo ao eixo do compressor. 2. Baixos custos de fabricação e operação. Altos custos de fabricação e operação. 4.Não é adequado para vários estágios.Adequado para vários estágios.5.Requer uma grande área frontal para uma determinada taxa de fluxo.Requer menos área frontal para uma determinada taxa de fluxo.6.A relação de pressão por estágio é de 4:1. A relação de pressão é de 1,1 a 1.2.7. A eficiência isentrópica é de 70%. A eficiência isentrópica é de 80%. 8. Usado na sobrealimentação de motores IC e para refrigerantes e gases industriais.

Diferença entre Compressor Centrífugo e Compressor Alternativo:

Sr. NãoParâmetrosCompressor Alternativo Compressor centrífugo 1.BalanceamentoOcorre um problema de vibração e mal balanceamento.Melhor balanceado; porque não há parte alternativa.2.Eficiência mecânicaMenos eficiência devido a mais membros deslizantes e de rolamentoMais devido a menos membros de rolamento.3.Relação de pressãoA taxa de pressão por estágio é alta cerca de 5 a 8.A taxa de pressão por estágio é alta cerca de 3 a 4,5. 4. Custo inicial Alto Menos 5. Pressão de entrega Capaz de fornecer alta pressão. Capaz de fornecer pressão média. 6. Capacidade Lida com volume pequeno Lida com grande volume 7. Flexibilidade Mais flexível com capacidade e faixa de pressão. 2. Maior na taxa de compressão abaixo de 2,9. Velocidade Adaptabilidade para acionamento de baixa velocidade Adaptabilidade para drivers de alta velocidade e baixo custo de manutenção, como uma turbina. e média pressão e grandes volumes de gás.