apostila de compressores

Faculdades UNICEN Tecnlogo em Mecanizao Agrcola Fundamentos de Hidrulica e Pneumtica 27

Compressores Parafuso

Introduo

Os compressores parafuso so hoje largamente usados em refrigerao industrial para a compresso

de amnia e outros gases. Conceitualmente simples, a geometria dessas mquinas de difcil

visualizao, e muitas pessoas utilizam os compressores parafuso, tendo somente uma vaga idia de

como eles realmente operam. Uma compreenso dos princpios bsicos de sua operao ir contribuir

para a sua correta utilizao, evitando problemas e alcanando um melhor desempenho global da

instalao.

Construo

Um compressor parafuso tpico, selado com leo, uma mquina de deslocamento positivo que

possui dois rotores acoplados, montados em mancais para fixar suas posies na cmara de trabalho

numa tolerncia estreita em relao cavidade cilndrica. O rotor macho tem um perfil convexo, ao

contrrio do rotor fmea, que possui um perfil cncavo. A forma bsica dos rotores semelhante

uma rosca sem-fim, com diferentes nmeros de lbulos nos rotores macho e fmea (Figura 18).

Freqentemente, os rotores macho tm 4 e os fmeas 6. Alguns compressores com tecnologia mais

recente, possuem a configurao 5+7. Qualquer um dos dois rotores pode ser impulsionado pelo

motor.

Quando o rotor fmea acoplado ao motor com uma relao entre os lbulos de 4+6, a capacidade

50 % maior que o acoplamento feito no rotor macho, sob as mesmas condies. O torque

transferido diretamente de rotor para rotor e o sentido da rotao fixo. O dispositivo de

acionamento geralmente conectado ao rotor macho, e este aciona o rotor fmea por meio de uma

pelcula de leo.

Compressores


Compressores

Figura 18. Geometria bsica de um compressor parafuso.

O ciclo de operao possui trs fases distintas :

suco; compresso; descarga.

Vedao

Todos os compressores parafuso utilizados em refrigerao utilizam injeo de leo na cmara de

compresso para lubrificao, vedao e resfriamento. A vedao entre os diferentes nveis de

presso compreende uma estreita faixa entre o engrenamento dos rotores e a periferia dos mesmos na

cmara de compresso. O leo injetado diretamente na cmara de compresso em uma quantidade

suficiente, de forma a minimizar o vazamento e resfriar o gs. Posteriormente, este leo separado

do gs em um separador de leo.

A utilizao da quantidade adequada de leo, permite que este absorva a maioria do calor proveniente

da compresso, fazendo com que a temperatura de descarga seja baixa, mesmo quando a razo de

compresso for alta. Por exemplo, operando numa razo de compresso 20:1 em simples estgio com

amnia sem injeo de leo, a temperatura de descarga pode chegar a 340C. Com o resfriamento de

leo, esta mesma temperatura no excede 90C. Entretanto, operando a 20:1 ou mesmo numa razo

mais alta e em simples estgio, no h como superar a eficincia dos sistemas de duplo estgio, que

no danificam o compressor. As instalaes com sistema de duplo estgio so bastante comuns hoje

em dia.

Princpios de Operao

Um compressor parafuso pode ser descrito como uma mquina de deslocamento positivo com

dispositivo de reduo de volume. Esta ao anloga de um compressor alternativo.

til referir-se ao processo equivalente efetuado por um compressor alternativo, para se entender

melhor como funciona a compresso em um compressor parafuso.

O gs comprimido simplesmente pela rotao dos rotores acoplados. Este gs percorre o espao

entre os lbulos enquanto transferido axialmente da suco para a descarga.

Suco

Quando os rotores giram, os espaos entre os lbulos se abrem e aumentam de volume. O gs ento

succionado atravs da entrada e preenche o espao entre os lbulos, como na Figura 19. Quando os

espaos entre os lbulos alcanam o volume mximo, a entrada fechada.


Figura 19. Principio da suco em um compressor parafuso.

Este processo anlogo descida do pisto num compressor alternativo (Figura 20).

O refrigerante admitido na suco fica armazenado em duas cavidades helicoidais formadas pelos

lbulos e a cmara onde os rotores giram. O volume armazenado em ambos os lados e ao longo de

todo o comprimento dos rotores definido como volume de suco (Vs). Na analogia com o

compressor alternativo, o pisto alcana o fundo do cilindro e a vlvula de suco fecha, definindo o

volume de suco Vs. Isto pode ser visto na Figura 21.

Figura 20. Comparao entre processos de suco.

Compressores


O deslocamento volumtrico do compressor alternativo definido em termos do volume da suco,

pela multiplicao da rea da cavidade pelo percurso do cilindro e pelo nmero deles. No caso do

compressor parafuso, este deslocamento dado pelo volume da suco por fio, vezes o nmero de

lbulos do motor acionado.

Figura 21. Volume mximo na suco.

Compresso

Os lbulos do rotor macho comearo a encaixar-se nas ranhuras do rotor fmea no fim da suco,

localizada na traseira do compressor. Os gases provenientes de cada rotor so unidos numa cunha em

forma de V , com a ponta desse V situada na interseco dos fios, no fim da suco, como

mostrado na Figura 21.

Compressores


Figura 21. Incio da compresso.

Posteriormente, em funo da rotao do compressor, inicia-se a reduo do volume no V,

ocorrendo a compresso do gs. O ponto de interseco do lbulo do rotor macho e da ranhura do

rotor fmea anlogo compresso do gs pelo pisto em um compressor alternativo (ver a Figura

22).

Descarga

Em um compressor alternativo, este processo comea quando da abertura da primeira vlvula de

descarga. Como a presso no cilindro excede a presso acima da vlvula, esta se abre, permitindo que

o gs comprimido seja empurrado para a descarga. O compressor parafuso no possui vlvulas para

determinar quando a compresso termina: a localizao da cmara de descarga que determina

quando isto acontece, como mostrado na Figura 23. O volume do gs nos espaos entre os

lbulos na porta de descarga definido como volume de descarga (Vd).

Compressores


Figura 22. Continuao da Compresso.

Figura 23. Incio da descarga.

So utilizadas duas aberturas: uma para descarga radial na sada final da vlvula de deslizamento e

uma para descarga axial na parede de final da descarga. Estas duas acarretam uma liberao do gs

comprimido internamente, permitindo que seja jogado na regio de descarga do compressor. O

posicionamento da descarga muito importante pois controla a compresso, uma vez que determina a

razo entre volumes internos (Vi). Para se atingir a maior eficincia possvel, a razo entre

volumes deve possuir uma relao com a razo entre presses.

Compressores


Figura 24. Descarga

Em um compressor alternativo, o processo de descarga finalizado quando o pisto alcana o ponto

superior da cmara de compresso e a vlvula de descarga se fecha. No compressor parafuso, isto

ocorre quando o espao antes ocupado pelo gs tomado pelo lbulo do rotor macho (ver Figura 25).

Figura 25.Fim da descarga.

Os compressores alternativos sempre tm uma pequena quantidade de gs (espao morto) que

deixado no topo do cilindro de compresso e se expande no prximo ciclo, desta forma, ocupando um

espao que poderia ser utilizado para aumentar a massa de refrigerante succionado. No final da

descarga de um compressor parafuso, nenhum volume nocivo permanece no interior da cmara de

compresso, ou seja, todo o gs jogado para fora. Esta uma razo que faz com que os Compressores


Compressores

compressores parafuso sejam capazes de operar com razes de compresso mais altas do que os

compressores alternativos.

Razo entre Volumes

Em um compressor alternativo, as vlvulas de descarga abrem quando a presso no cilindro excede a

presso na descarga. Pelo fato do compressor parafuso no possuir vlvulas, a localizao da cmara

de descarga determina a mxima presso que ser conseguida nos lbulos, antes do gs ser

empurrado para fora.

A razo entre volumes uma caracterstica de projeto fundamental em todos os compressores

parafuso. O prprio compressor um dispositivo de reduo de volume. A comparao entre o

volume de gs na suco (Vs) e o volume de gs na cmara de compresso quando a descarga se abre

define a razo de reduo de volumes do compressor (Vi), que determina a razo de presso do

compressor atravs das relaes abaixo :

Vi = Vs/Vd

onde : Vi = razo entre volumes

Vs = volume na suco

Vd = volume na descarga

Pi = Vi . cp

onde : Pi = razo entre presses

cp = calor especfico do gs

Somente a presso de suco e a razo entre volumes definem o nvel de presso do gs antes da

abertura da cmara de descarga. Entretanto, em todos os sistemas de refrigerao, a presso de

descarga do sistema determinada pela temperatura de condensao, e a temperatura de evaporao

determina a presso de suco.


Figuran26.Volume dos espaos entre lbulos.

Se a razo entre volumes do compressor for muito alta para uma dada condio de operao, a

descarga do gs tornar-se- muito longa e a presso ficar acima da presso de descarga.

Este fenmeno denominado sobre-compresso e representado por um diagrama presso-volume,

conforme apresentado na Figura 26. Neste caso, o gs comprimido acima da presso de descarga e

quando ocorre a abertura da descarga, a alta presso do gs faz com que ocorra a expanso do

refrigerante para a tubulao de descarga, fora do compressor. Isto acarreta um trabalho maior do que

se a compresso tivesse sido interrompida quando a presso interna fosse igual a presso na cmara

de descarga.

Figura 26. Sobre-compresso - Diagrama P x V.

Quando a razo entre volumes muito baixa para as condies de operao do sistema, isto

chamado sub-compresso e est representada na Figura 27. Neste caso a abertura da porta de

descarga acontece antes que a presso do gs alcance a presso de descarga. Isto faz com que o gs

que estava do lado de fora do compressor invada a cmara de compresso, elevando a presso

imediatamente para o nvel de presso da descarga. O compressor tem que trabalhar com um nvel de

presso mais alto, no lugar de trabalhar com uma gradual elevao do nvel de presso.

Compressores


Figura 27. Sub-compresso - Diagrama P x V.

Nos dois casos, o compressor ainda funcionar, e o mesmo volume de gs ser deslocado, porm com

uma potncia requerida maior do que aquela que seria utilizada se as aberturas de descarga

estivessem localizadas corretamente, de modo a equiparar a razo entre volumes com a necessidade

do sistema. Isto gera um custo de energia maior. Projetos de razo entre volumes varivel so usados

para otimizar a localizao da cmara de descarga e minimizar a potncia requerida.

Figura 28. Compresso ideal Diagrama P x V.

Controle de capacidade

O controle de capacidade em um compressor parafuso utilizado para variar a quantidade de gs que

entra na cmara. Isto necessrio para providenciar um controle preciso da temperatura de suco,

quando a carga trmica variar. Alguns mtodos comuns de controle de capacidade so :

Vlvula de deslizamento controlando a cmara de descarga; Vlvula de deslizamento controlando a cmara de descarga e a razo entre volumes; Vlvula de deslizamento no controlando a cmara de descarga;

Compressores


Compressores

Velocidade varivel Compressor Rotatune Vlvulas de deslizamento controlando a cmara de descarga so muito comuns porque podem fornecer uma ampla faixa de controle de

capacidade, freqentemente entre 10 e 100%.

Este tipo de vlvula opera atravs da abertura de uma passagem de recirculao, na regio de alta

presso, o que permite que uma poro do gs localizado entre os lbulos seja direcionada novamente

para a cavidade da suco antes de iniciar-se a compresso (ver Figura 28).

Este mtodo oferece boa eficincia a cargas parciais por duas razes. Primeiro, o gs recirculado

precisa somente superar uma ligeira queda de presso antes de passar novamente suco desde que

a cavidade de recirculao abra antes da compresso ter iniciado, evitando uma perda de trabalho na

pr-compresso.

Segundo, como a vlvula de deslizamento mvel, a descarga radial tambm mvel. Como o

volume da suco diminudo, a abertura da cmara de descarga tambm atrasada, mantendo assim

aproximadamente a mesma razo entre volumes carga parcial como carga total para tima

eficincia carga parcial.

Um compressor projetado para controle de capacidade e variao da razo entre volumes mostrado

na Figura 28. Neste projeto um deslizamento mvel ajustado do mesmo modo que uma vlvula de

deslizamento. A posio da cmara de descarga e da cavidade de recirculao podem ser ambas

ajustadas. Isto permite um grande nmero de posies para ambas as vlvulas, as quais permitem

ajuste da capacidade e da razo entre volumes desde a carga mxima at aproximadamente 40% da

mesma, abaixo da qual continua o controle de capacidade at 10% da carga mxima. Este arranjo

melhora a eficincia carga total e parcial.

H muitas variedades de vlvulas de deslizamento que no controlam a descarga, sendo a mais

comum aquela que ligada cavidade do rotor por meio de ranhuras. Este tipo de descarga fornece

uma boa reduo de capacidade mas no a cargas parciais, pelo fato da razo entre volumes no

permanecer constante durante a descarga.

Pode haver tambm algum vazamento atravs das cavidades no rotor, o que pode prejudicar a

eficincia em qualquer faixa de operao. Estes dispositivos tm um custo mais baixo que as vlvulas

de deslizamento convencionais e so utilizados em pequenos compressores.


Figura 28. Vlvula de deslizamento controlando a capacidade e a localizao da cmara de

descarga. Carga total com Vi mnimo.

Vlvulas de encaixe so dispositivos que podem ser tanto axiais como radiais e que levantam para

abrir uma passagem de recirculao dos espaos entre os lbulos de volta para a suco. Geralmente

operam em faixas definidas de 75, 50 e 25 % da carga mxima para cada abertura do encaixe. Estes

dispositivos no fornecem correo da razo entre volumes a cargas parciais como as primeiras

vlvulas de deslizamento; assim, a eficincia quando no se opera a carga mxima comparvel s

vlvulas de deslizamento que no regulam a localizao da descarga. Tambm possuem um baixo

custo e um controle simples.

Compressores


Figura 29. Vlvula de deslizamento controlando a localizao da descarga e a razo entre volumes.

Carga total com Vi mximo


Carga 60 % com Vi mximo

Compressores



Carga mmima com Vi mximo

Velocidade varivel

A variao de velocidade ocasionalmente utilizada como mtodo de controle de capacidade nos

compressores parafuso e pode ser efetuada com motores com rotao controlada, turbinas a vapor, ou

acionamentos com freqncia eltrica varivel. A potncia do compressor no decresce linearmente

com a reduo de velocidade mas cai bastante com a rotao dos rotores e com a razo de

compresso. Em geral, a eficincia do compressor a cargas parciais ser ligeiramente melhor a baixas

razes de compresso e significativamente melhor a altas razes de compresso velocidade

reduzida, quando comparada ao controle feito pela vlvula de deslizamento, mas isto no leva em

conta as perdas no acionamento da reduo de velocidade.

Uma tpica variao da freqncia causar uma perda em torno de 3% quando operando carga total,

alm de uma perda adicional de 2,5% na eficincia do motor. Isto d uma perda de aproximadamente

5,5% carga total. Com alguns acionamentos, esta perda pode igualar-se quela relativa reduo de

velocidade, tornando-se uma perda significativa a baixas velocidades. Se um compressor for operar

carga parcial a uma alta razo de compresso durante muitas horas por ano, o custo do acionamento

pode ser justificado.

Caso opere prximo da carga total por longos perodos, ou opere fundamentalmente a baixas razes

de compresso, improvvel que haja qualquer ganho com acionamento de velocidade varivel, ou

que o custo seja justificado em comparao com a vlvula de deslizamento.

Compressores


Compressores

O perfil de carga e as condies de operao esperados numa aplicao devem ser considerados para

se determinar a utilizao ou no do controle de velocidade para cargas parciais.

O controle de velocidade varivel com compressores parafuso no deve ser implementado sem antes

consultar o fabricante do compressor. H limites de velocidade abaixo dos quais pode haver falhas de

lubrificao nos mancais. Grandes compressores tero menor velocidade mnima em comparao

com os pequenos compressores. Muitos dos pequenos podem ser capazes de acoplarem um

acionamento de velocidades acima da freqncia padro, mas os limites do separador, o tamanho do

resfriador de leo e outras limitaes da unidade devem ser investigadas. possvel tambm encher

um compressor com leo e ele falhar se a velocidade reduzida abaixo de um limite aceitvel com o

compressor sem carga.

Muitas destas limitaes ainda no foram estudadas mas devero ser analisadas num futuro prximo.

Sistemas de leo: separao e resfriamento

Como dito anteriormente, a injeo de leo cumpre muitas funes teis no compressor parafuso.

Entretanto, se este leo no for desejvel em outras partes do sistema de refrigerao, ser preciso a

utilizao de um separador de leo. A mistura do gs de descarga e leo que deixa o compressor

dirigida ao separador de leo onde h uma mudana de direo e uma grande reduo na velocidade.

As partculas de leo maiores so encaminhadas para o reservatrio por gravidade, enquanto que as

partculas menores e a fumaa so carregados para os filtros de coalescncia (aderncia), onde se

chocam com as fibras do filtro e coalescem (aderem) com as gotculas maiores, as quais so

recolhidas no reservatrio e retornam para a regio de baixa presso do compressor. Alm de

remover o leo da linha de gs, o separador tambm permite que qualquer gotcula de refrigerante

presente no tanque principal absorva calor e vaporize, ou borbulhe na superfcie do leo, fornecendo

ao leo a pureza necessria para a reinjeo no compressor.

J que a maioria do calor da compresso transferido para o leo durante a compresso, esta energia

deve ser removida por um sistema de refrigerao do leo. Os trs sistemas mais comuns so

resfriamento gua, por termosifo e injeo de lquido. Mesmo que o resfriamento a ar seja

possvel, este no to utilizado como os trs sistemas acima que sero descritos a seguir.

Resfriamento a gua

Referindo-se a Figura 32, o leo quente deixa o separador passando atravs de um filtro na bomba de

leo. Este leo bombeado atravs de um trocador de calor tipo casco e tubo ou tipo placa, onde o

calor rejeitado numa corrente de gua ou glicol.

O leo resfriado ento filtrado e retorna ao compressor para a injeo. A primeira desvantagem

deste sistema envolve o custo inicial para a manuteno do sistema de gua ou glicol, e o risco da


ruptura dos tubos ou encaixe se as condies da gua no forem apropriadas. prefervel deixar o

fluxo de gua numa razo constante, e utilizar uma vlvula de mistura reguladora de temperatura no

lado que contm o leo para misturar leo quente e frio para se obter a temperatura desejada de

injeo. Isto minimizar a formao de incrustaes nos tubos, mantendo a velocidade da gua num

valor mnimo aceitvel. O uso de glicol elimina o risco de incrustaes.

Figura 32. Compressor parafuso com resfriamento do leo gua.

Resfriamento por termosifo

Atualmente, o termosifo um tipo comum de resfriamento de leo em instalaes industriais. Um

exemplo mostrado na Figura 33. O sistema termosifo semelhante ao sistema gua. A diferena

que a gua substituda por refrigerante em ebulio no tubo de leo no trocador de calor. O

sistema termosifo basicamente um evaporador inundado, alimentado por gravidade a partir de um

tanque de refrigerante lquido num receptor termosifo, colocado acima do nvel do trocador de calor.

Como o leo quente entra no lado do casco do trocador, o refrigerante evapora no tubo, com as

bolhas elevando-se numa linha de retorno de volta ao termosifo. O vapor gerado neste processo

direcionado para o condensador onde libera calor e retorna para o tanque de lquido.

Assim, o resfriamento por termosifo um evaporador inundado por gravidade, com a temperatura

de evaporao controlada pela presso do condensador.

Compressores

Este sistema muito utilizado porque praticamente no requer manuteno e no afeta a performance

do compressor. A instalao possui um baixo custo, e a tubulao pode ser ocasionalmente

modificada, particularmente em salas com dimenses reduzidas (teto baixo), ou casa de mquinas

antiga onde a tubulao precisa ser modificada.


Figura 33. Resfriamento por termosifo.

esfriamento por injeo de lquido

injeo de lquido resfria o leo pela injeo direta de refrigerante na regio de baixa presso na

vlvula nos espaos entre os lbulos dos rotores,

leo-lquido na suco. O vazamento de leo tem pouco efeito,

do muito utilizada h vrios anos.

R

A

cmara de compresso, interrompendo a compresso, como visto na Figura 34. O leo e a descarga

de gs so controlados pela temperatura mantida por uma vlvula de expanso termosttica. Esta

vlvula controla o fluxo de injeo de lquido para manter a temperatura de um termmetro de bulbo

instalado na linha de descarga do compressor.

Parte do lquido injetado expande atravs da

solicitando uma potncia adicional para compresso. Todo lquido remanescente mistura-se com o

leo e transportado para a linha de descarga junto com o gs. O lquido injetado permanece no

compressor durante aproximadamente 0,01 s. Como a transferncia de calor precisa de tempo, a

maioria do resfriamento acontece na linha de descarga e no separador de leo, onde o lquido tem

tempo de absorver calor e evaporar.

Pode haver vazamento da mistura

porm o lquido ir expandir na suco como vapor, com um grande acrscimo no volume especfico,

reduzindo a quantidade de gs que pode ser succionado. Isto causa uma reduo na capacidade com

injeo de lquido, com influncia em altas razes de compresso.

Baixo custo inicial e pouca manuteno fazem da injeo de lqui

Entretanto, as perdas de potncia e capacidade fazem-na pouco atrativa para a maioria das aplicaes

com alto calor de compresso. No recomendada para sistemas com condies mesmo temporrias

Compressores


de alta suco e baixa presso, onde diferenas inadequadas atravs da vlvula de expanso causam

alimentao incerta de lquido.

Figura 34. Resfriamento de leo por injeo de lquido.

conomizadores e carga intermediria

gradualmente aumentada ao longo do comprimento do

um segundo evaporador. A

m caso especial de carga intermediria, onde a poro de lquido vinda do

e porque o lquido que vai para o evaporador principal mais

:

dessas perdas, e assim a compresso quase ideal.

E

Como a presso num compressor parafuso

rotor, possvel introduzir aberturas na cavidade do rotor a qualquer presso entre a suco e a

descarga. Um economizador uma abertura localizada numa razo de volume fixa em relao

suco e utilizada como uma porta de suco secundria. Uma quantidade adicional de gs pode ser

dirigida para o espao entre os lbulos enquanto esta entrada est aberta, aumentando a presso

entre os lbulos, com o fluxo combinado de gs sendo comprimido.

No caso de carga intermediria, o gs adicional geralmente vem de

presso do refrigerante no evaporador deve ser mais alta que no economizador para forar o gs para

dentro do compressor.

Um economizador u

condensador evaporada, com o gs de flash indo para o economizador de tal forma a subresfriar o

lquido remanescente no condensador.

Isto permite um aumento na capacidad

frio, e tambm um aumento na eficincia global, em virtude das vantagens termodinmicas do

subresfriamento e do fato da compresso do vapor no economizador ser geralmente muito eficiente.

Quando o compressor est girando, h certas fontes de ineficincia que devem ser sempre superadas

atrito nos mancais e nas paredes, rompimento do filme de leo, vazamento de uma certa quantidade

de leo nos lbulos, e atrito na vedao do eixo. A adio do economizador no aumenta nenhuma

Compressores


Compressores

seguir, algumas diretrizes que podero amenizar problemas na operao do compressor. Porm,

s recomendaes do fabricante, mas as seguintes so freqentes em

to ao cho para assegurar pleno contato com o mesmo. Devem ser utilizados

de tubulaes longas.

fica o

ua. Um sistema corretamente utilizado no deve possuir mais

5C) devem utilizar um leo especfico.

uladores na suco vital para livrar de problemas a

res parafuso podem aceitar somente alguma

Manut

s recomendaes do fabricante quanto manuteno variam de produto para produto. Entretanto,

rios gerais podem ser feitos para agrupar mais aplicaes.

uda com o tempo, o que

Requisitos para instalao

A

sempre importante seguir a

instalaes tpicas :

Instale o compressor numa fundao apropriada. Nivele a unidade para eliminar fadiga e transporte jun

fixadores de boa qualidade para anexar a unidade na fundao.

Use ganchos na linha de suco com 0,6 m de elevao para evitar adicionar tubos na casa de

mquinas. A linha de descarga tambm deve ser apoiada no caso

Durante a instalao, mantenha a sujeira fora do sistema tanto quanto possvel. Uma instalao suja causa problemas com vlvulas de encaixe, e potencialmente dani

compressor. Os compressores parafuso so muito resistentes, mas a incluso de sujeira afetar

a performance e a longevidade.

Utilize somente a amnia como refrigerante. Use a assistncia tcnica apropriada para evitar a

contaminao do sistema com g

que 80 ppm de gua. Bons sistemas tm 25-35 ppm.

Utilize o leo correto para a aplicao. Nem todos os leos so equivalentes. Muitas

instalaes com temperaturas de suco baixas (< -4

No misture diferentes leos no mesmo compressor, e esteja seguro de armazenar leos de

mquina e hidrulicos longe do compressor parafuso. Aditivos utilizados em lubrificantes

comuns no so compatveis com

aqueles utilizados em sistemas de refrigerao.

Um modelo apropriado de acum

instalao do compressor. Enquanto compresso

quantidade de lquido sem danificar o sistema hidrulico, possvel causar falhas freqentes

em sistemas com amnia operando a baixas temperaturas com contnuo retorno de amnia

lquida. Acumuladores apropriados que evitam sobrecarga de lquido podem eliminar

problemas.

eno

A

alguns coment

A anlise do leo importante para qualquer programa de manuteno em compressores. muito

importante analisar a quantidade de gua; alm disso, a viscosidade m


Compressores

deteriorao do mancal quando ela se inicia.

pesar dos esforos contnuos, os compressores muitas vezes tm problemas. o propsito de uma

efinir a causa dos mesmos sem precisar da substituio de componentes

o baixa, as condies de operao devem ser investigadas, pois podem indicar uma

A temperatura de descarga pode estar muito baixa porque o refrigerante lquido est sendo suco ou economizador. A formao excessiva de espuma no

o

Alta te

Alta temperatura de descarga pode ser causada pelo superaquecimento acima do valor de omizador.

o filtro.

indicaria diluio do leo. gua em excesso podem afetar seriamente o compressor se permitido um

retorno da mesma no sistema. A anlise do metal pode detectar alguns problemas, mas usualmente os

indica mais tarde, no que se refere a falhas mecnicas.

A anlise de vibraes o melhor mtodo de monitorar a condio dos mancais. muito til com

mancais de deslizamento, fornecendo uma indicao da

Um bom programa de anlise de vibraes, planejamento de inspees peridicas com o qual se traa

um perfil de desempenho da mquina, ou uma monitorao direta elaborada no projeto pode eliminar

a necessidade de desmontagens de rotina e pode minimizar de maneira eficiente o risco de uma falha

irrecupervel no compressor.

Correo de problemas

A

boa lista de problemas d

caros ou errados.

Uma das mais teis lista de problemas uma cuidadosa anlise da temperatura de descarga. Se for

muito alta ou muit

grande distoro. Um processo lgico de correo deve ser seguido para determinar porque a

temperatura de descarga est fora dos limites.

Baixa temperatura de descarga

carregado para a linha de

separador ou o aparecimento de gelo na suco tambmpode ser uma causa deste problema.

Pode indicar a condensao de refrigerante na linha de descarga durante perodos em que o

compressor estiver desligado, indo de volta para o separador de leo e alimentando

compressor com excesso de lquido at a instalao entrar em regime permanente.

Tambm pode indicar fluxo de leo acima do valor de projeto. A injeo de leo est ajustada

apropriadamente, ou poder-se-ia regular o pisto aumentando o fluxo de leo.

mperatura de descarga

projeto na suco ou econ

Fluxo de leo restrito no compressor provocar altas temperaturas de descarga. Verifique a vlvula de injeo principal, orifcios de leo ou o bloqueio d


Compressores

o entre volumes, uma

er condio que cause uma mudana na posio do rotor provocar

perando corretamente ? FCIL DESCONSIDERAR ISTO

O futu essores parafuso em refrigerao

s condies na indstria esto se modificando e os compressores parafuso tambm esto mudando

portunas so listadas abaixo.

ramentas para

ocorram, ou seja a eletrnica auxilia na manuteo

r nmero de

A razo entre volumes e a vlvula de deslizamento esto calibradas para operarem corretamente? Se o compressor estiver operando numa incorreta raz

potncia excessiva ser consumida na compresso, o que sempre acarreta um aumento na

temperatura de descarga.

O compressor est nos primeiros estgios de falha ou perdendo a posio axial devido a

golpes do mancal? Qualqu

um vazamento de lbulo a lbulo e altas temperaturas de descarga. Se isto for suspeito, a

anlise de vibraes a melhor maneira de avaliar a condio do compressor. Se a anlise de

vibraes no for possvel, a

inspeo de trincas pode ser usada se todas as outras possibilidades tiverem sido investigadas.

O resfriador de leo est o

COMO POSSIBILIDADE COM UM SOFTWARE PARA COMPRESSORES. Se o valor da

temperatura de descarga numa elevada temperatura do leo a prevista em projeto,

provvel que o compressor esteja livre de problemas, mas o resfriador de leo deve ser

investigado.

ro dos compr

A

para satisfazer as demandas dos clientes. Algumas reas o

Modernas mquinas-ferramentas e equipamentos de inspeo automatizados tornam possvel

tolerncias estreitas na fabricao de componentes, tais como o melhoramento em fer

tornearia e o prprio meio de fabricao com o advento de mquinas controladas por computador

(CNC). Isto melhora o desempenho do compressor de parafuso, por permitir ajustes mais finos e um

melhor acabamento superficial dos lbulos.

A grande utilizao da eletrnica est na economia de energia, simplificao da manuteno e na

antecipao de problemas antes que eles

preventiva e preditiva. Isso reduz o consumo de energia, custos operacionais e custos de manuteno

e desgaste da mquina. Os computadores pessoais mudaram nossas vidas e esto tambm mudando a

sala de mquinas. A indstria de refrigerao est significativamente atrs da indstria automotiva e

agroindstria no que diz respeito ao uso da eletrnica, mas isto deve ser logo superado.

Os requisitos para a regulagem e os projetos acerca dos vazamentos esto em novos nveis. Novos

projetos de vedao do eixo, eliminao de tubos roscados, pequenas cargas e maio

construes soldadas so reas que esto avanando rapidamente, a simulao numrica por meio de

elementos finitos, permite confeccionar partes dos compressores com maior rapidez, maior ajuste e

minimizando as perdas de carga e o rudo.


Compressores

de nmero de aplicaes. Podemos pensar em reas

exibilidade. A inovao contnua no

Sempre que uma superfcie se move em relao outra, haver uma fora contrria a esse

to. Esta fora denomina-se fora de atrito ou resistncia ao movimento, Carreteiro (1988).

e

Produo de fluxos irregulares de metal durante o processo de conformao; Aparecimento de tenses residuais no produto; Influncia sobre a qualidade superficial dos produtos; Elevao da temperatura do material e do equipamento em geral a nveis capazes de

Aumento do consumo de energia necessria a deformao. Apesar destes aspectos desfavorveis, processos de conformao dependem do atrito, pois esta fora

uando h contado de duas sup

mento Quando uma superfcie se desloca diretamente em contato com a outra.

cos

Baixos nveis de rudo na sala de mquinas esto se tornando importantes. Compressores silenciosos

esto sendo especificados para um gran

hospitalares, aeroportos, portos, consultrios medico dentrio.

certo que estas mudanas acontecero. O compressor parafuso tem provado que um componente

fundamental em sistemas pela sua eficincia, segurana e fl

projeto melhorar seu desempenho no futuro.

Atrito

movimen

Na conformao mecnica dos metais, o atrito est presente em todos os processos. Entre os aspectos

relevantes da conformao mais diretamente ligados ao atrito, segundo Helman (1993) pode-s

assinalar:

Alterao, geralmente desfavorvel, dos estados de tenso necessrios para a deformao;

comprometer-lhe as propriedades mecnicas;

Aumento do desgaste da ferramenta;

necessria para a conformao do material, Helman (1993).

Considerando o tipo de contato entre as superfcies em movimento, Carreteiro (1998), classifica o

atrito em slido e fluido.

Atrito slido Q erfcies entre si Figura 35 Pode ser dividido entre:

Atrito de desliza

Atrito rolante Quando o deslocamento se d atravs de rotao de corpos cilndricos e esfri


Compressores

olocados entre as superfcies em movimento.

Quando existir uma cam cie em movimento. O

fluido que forma esta camada cha

icao.

Lubrificao Lubrificar aplicar uma substncia (lubrificante) entre duas superfcies em movimento relativo,

formando uma pelcula, que evita o contato direto entre as superfcies, promovendo queda do

coeficiente de atrito, e conseq lor.

egundo Kobayashi (1989), a maioria do conhecimento da lubrificao da conformao de metal

ito pouca informao baseada em anlise.

rfcies,

a

das alturas das rugosidades das mesmas, Carreteiro (1998).

m tipo de lubrificante entre as duas faces

da

Segundo Carreteiro (1998), os lubrificantes se dividem em trs grupos:

es lquidos utilizados na industria, mais comumente chamados de leos lubrificantes,

c

Figura 35. Superfcie sem lubrificao, Castrol do Brasil.

Atrito fluido ada fluida (liquida ou gasosa) separando a superf

ma-se lubrificante Figura 35.

Figura 35. Superfcie com lubrif

entemente do desgaste e da gerao de ca

S

emprica, com mu

A funo precpua do lubrificante possibilitar que o movimento se faa com um mnimo de

aquecimento, rudo e desgaste. Isto possvel substituindo-se o atrito direto entre duas supe

[Figura 34], que, em geral, so metlicas, por uma camada lubrificante que deve ser superior som

A Figura 34 mostra uma superfcie onde no se aplica nenhu

do material, enquanto que na Figura 35 se v o uso de um lubrificante entre as duas faces.

Os modernos lubrificantes so uma composio de leos bsicos que podem ser minerais ou

sintticos, com ou sem aditivos, Carreteiro (1998).

Esta substncia interposta [Figura 35] pode ser fluida ou sli

Lquidos. Pastosos. Slidos.

Lubrificantes Lquidos:

Os lubrificant


Compressores

mineral, derivados de petrleo e dependendo da cadeia qumica predominante podem

s (cadeia aberta) ou parafinicos (cadeia fechada). Com o desenvolvimento de aditivos a

industria conseguiu desenvolver e melhorar as qualidades desejveis dos leos, Carreteiro (1998).

resistncia interna oferecida pelas molculas de uma camada do leo, quando esta deslocada em

relao outra, Carreteiro (1998).

ra de todos os lquidos alto e a temperatura deve ser

cuidadosamente referida em qualquer medida de temperatura, Carreteiro (1998).

re a viscosidade absoluta pelo peso especfico do fluido chamado de viscosidade

dos para trabalharem protegidos por uma pelcula contnua de

tir o contato entre as

undamental e preciso conhecer bem as caractersticas da viscosidade nas

vrias temperaturas envolvidas, Carreteiro (1998).

A avaliao da variao da viscosidade com a temperatura obtidas atravs do ndice de viscosidade

variao que a viscosidade sofre com a temperatura

so de origem

ser naftnico

Caractersticas dos lubrificantes lquidos:

1- Viscosidade

A caracterstica mais importante de um leo lubrificante sua viscosidade que determina sua

O coeficiente de viscosidade temperatu

O quociente ent

cinemtica e medida em "stokes (cm/seg.). como os valores em stokes so muito grandes para os

casos prticos, usa se a indicao da viscosidade em centistokes (stokes/100), Carreteiro (1998).

Como os mecanismos so projeta

lubrificante, entre as superfcies em contato, como foi descrito antes, a viscosidade do lubrificante

tem que ser grande o suficiente para assegurar a formao da pelcula sem permi

partes, Carreteiro (1998).

2- Variao da viscosidade com a temperatura:

Todos leos so sensveis a mudanas de temperatura no que diz respeito viscosidade e esta

variao no linear e sim exponencial, como no trabalho com mquinas so freqentes as variaes

de temperatura, torna se f

que um valor emprico obtido da relao entre a

e as variaes de dois leos de referencia, um relativamente sensvel (ndice de viscosidade 0) e outro

relativamente insensvel (ndice de viscosidade 100) , Carreteiro (1998)

3- Grau API

Freqentemente mencionada em especificaes ou anlises de leos lubrificantes, uma grandeza

denominada grau API. Trata-se, no de uma grandeza, mas de uma unidade de densidade, se que

existe unidade para medir densidade, pois a densidade por ser uma relao, expressa por nmero


Compressores

uidez

leo a menor temperatura na qual o vapor desprendido pelo mesmo, em

presena do ar, inflama-se momentaneamente ao se lhe aplicar uma chama, formando-se um lampejo.

Lubrif antes Pastosos:

o graxas resultam da emulso de leos em uma substancia

So mu as as aplicaes onde a graxa utilizada preferencialmente aos leos . Uma de suas grandes

vantagens est em proteger o mancal contra a entrada de p , areia etc. , devido camada protetora

eixo sai da caixa do mancal de rolamento, por exemplo, dispensando as

purezas arranhando e danificando os eixos e

Os lubrificantes slidos devem apresentar uma dureza menor que os corpos a separar e possuir um

baixo coeficiente de cisalhamento e estabilidade a altas temperaturas, Carreteiro (1998).

os onde os leos tendem a fixar poeira e tornarem se gomosos. Evitam

abstrato, Carreteiro (1998).

5- Ponto de fl

O ponto de fluidez, tambm chamado de ponto de gota ou ponto de congelao, vem a ser a

temperatura mnima na qual o leo ainda flui.

6- Ponto de fulgor

O ponto de fulgor de um

ic

Os lubrificantes pastosos conhecidos com

espessante, geralmente um sabo e a natureza da base metlica que origina o sabo determinam a

aparncia, cor e textura da graxa, Carreteiro (1998).

it

que se forma no ponto onde o

vedaes delicadas necessrias lubrificao com leos, Carreteiro (1998).

Uma outra vantagem a proteo promovida em comparao com os leos, onde os leos

contaminados podem servir de veculo para as im

mancais. Um inconveniente no entanto a baixa resistncia das graxas a altas temperaturas, quando

as graxas dependendo da natureza da emulso tendem a dissociar o leo do sabo, perdendo suas

caractersticas e deixando de exercer sua funo lubrificante, Carreteiro (1998).

Lubrificantes Slido:

O lubrificante slido qualquer material usado como p ou como um filme na superfcie de forma a

prover proteo e evitar danos durante o movimento relativo e para reduzir o atrito e o desgaste,

Booser (1983).

Sendo secos , so indicad

tambm que possa haver o derramamento lubrificante, pela sua caracterstica de ser usado a seco.

Entre outros destacam se a grafite, o bissulfeto de molibdnio, os plsticos como o nylon e o teflon, a


Compressores

sulfato de prata e o brax, Carreteiro (1998).

sicos, reforam algumas de sua

edem novas qualidades ou eliminam propriedades indesejveis. Os aditivos so

eles que modificam certas caractersticas fsicas, tais como

ponto de fluidez, espuma e ndice de viscosidade; segundo aqueles cujo efeito final e de natureza

qumica, tais como inibidores de oxidao, detergentes, agentes extrema presso (EP) e outros,

btidos por sntese qumica, sendo que os principais leos sintticos podem ser

lassificados como:

steres de cidos dibsicos, sendo superiores aos leos de petrleo na sua relao viscosidade enos volteis, quanto ao poder lubrificante, estabilidade trmica e resistncia a

sua volatilidade baixa e sua relao viscosidade temperatura ligeiramente

a estabilidade trmica e hidroltica

mica, o talco, o

Helman (1993) descreve que as funes de um lubrificante so mltiplas e complexas. Descreve

tambm que as caractersticas de um lubrificante ideal so:

Manter inalteradas as condies de lubrificao, a altas temperaturas e presses. Diminuir o atrito superficial at valores exigidos pelo processo. Dissipar o calor. No apresentar caractersticas txicas.

Aditivos em lubrificantes

Os aditivos so compostos qumicos que adicionados aos leos b

qualidades ou lhes c

classificados em dois grupos, primeiro aqu

Carreteiro (1998).

leos sintticos

Carreteiro (1998), descreve que as necessidades industriais e especialmente militares de lubrificantes

aptos a suportar as condies mais adversas possveis conduziram ao desenvolvimento dos produtos

sintticos, isto , o

c

temperatura e m

oxidao so comparveis a um bom lubrificante de petrleo, no so corrosivos para os metais,

porm age como solvente sobre borracha, verniz e plsticos.

steres de organofosfatos, tem um poder lubrificante muito alto e no so inflamveis como os leos de petrleo,

melhor que aos leos de petrleo, tendo boa resistncia a oxidao, mas sua estabilidade at a

150 C.

steres de silicatos, possuem qualidades de baixa volatilidade e relao viscosidade temperatura

que os colocam entre os melhores sintticos, entretanto su

deixam a desejar.


Compressores

s de fenil siloxano ou polmeros de metil fenil siloxano, o aumento do teor de fenil

temperatura.

Silicones, o nome silicone usado para designar fluidos que so polmeros de metil siloxano,

polmero

aumenta a estabilidade ao calor mas diminui o ndice de viscosidade, embora permanecendo acima

dos leos de petrleo.aplicados em campos que requerem a mnima variao possvel da

viscosidade com a

Compostos steres de poliglicol, tem excelente relao temperatura viscosidade e superam os leos minerais em baixa volatilidade, estabilidade trmica, resistncia a inflamao e poder

lubrificante, mas perdem na resistncia a oxidao. Mas podem ser melhorados com aditivos

antioxidantes.

Atrito slidoAtrito fluido

Lubrificantes Lquidos:Caractersticas dos lubrificantes lquidos:1- Viscosidade2- Variao da viscosidade com a temperatura:

Lubrificantes Pastosos:Lubrificantes Slido:Aditivos em lubrificantesleos sintticos

apostila de compressores

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