Teoria
Introdução
Ainda estamos falando de máquinas de fluxo, mas agora tenho uma pergunta pra você: lá em bombas, o fluido tinha que ser líquido (isto é, incompressível) e NÃO podia ter nem uma bolinha de gás junto (que seria a cavitação). Mas e se o fluido para o qual precisamos dar pressão for compressível, um gás?
Para fluidos compressíveis, temos os compressores, sopradores e os ventiladores. O que vai diferenciar esses 3 é a vazão que pode passar por eles e o aumento de pressão fornecido. Novamente vou apresentar aquele resuminho básico de máquinas de fluxo:
Bora ver agora a diferença de compressores, sopradores e ventiladores.
- Ventiladores são usados pra altas vazões, mas geram aumento de pressão muito baixo (por volta de ).
- Sopradores são usados pra vazões médias e geram aumento de pressão baixo (por volta de ).
- Compressores são usados pra vazões menores, mas, em compensação, podem gerar aumentos de pressão muitoooo altos.
Como a diferença de pressão é muito baixa em ventiladores e sopradores, a compressibilidade neles vai ser muito baixa também e é uma boa aproximação dizer que ela é desprezível; por isso, geralmente tratamos esses dois como se fossem bombas.
Já nos compressores, a compressão é alta (é só ler o nome deles né haha) e aí o buraco é mais embaixo haha Mas relaxa que não é nada impossível. Bora dar uma olhada melhor neles.
Tipos de compressores
Da mesma forma que existem classes de bombas, existem duas classes de compressores:
E a ideia de cada um deles é parecida com a das bombas também.
- Turbocompressores possuem impelidores, que vão ser acionados por um motor (mesma ideia das bombas). Os impelidores transferem a energia para o gás de forma cinética e de entalpia e, logo depois, essa energia é convertida a ganho de pressão. Esse tipo de compressor trabalha de forma contínua.
- Compressores de deslocamento positivo fornecem energia ao gás proporcionando variação do volume dele. E eles podem operar fornecendo ampla faixa de variações de pressão. Esse tipo de compressor trabalha com fluxos intermitentes; ele pega um certo volume de fluido, aumenta a pressão dele, depois pega outro volume ...
Um exemplo de turbocompressor é o compressor cinético. Da mesma forma que nas bombas cinéticas, saída e entrada de gás são em eixos perpendiculares.
Embora não vá entrar em detalhes de todos os tipos e subgrupos de compressores, vou deixar aqui um esquema com essas classes:
Trabalho de um compressor
Em bombas, nós tínhamos um balanço de energia e trabalhávamos com ele, certo? Em compressores também tem. Usando o subscrito para a entrada do compressor (sucção) e para a saída, podemos explicitar a carga por de gás devido ao compressor como:
NÃO SE ASSUSTA! haha
Tô mantendo a mesma convenção pra representar as coisas, daí:
O que aparece de novo é esse , que vem lá da termodinâmica; , também chamado de , é o coeficiente de compressão isentrópica, que é dado por:
Em que:
Uma coisa que eu quero que você guarde dessa fórmula enorme aí de cima é que é o trabalho do compressor. E um detalhe é que tudo aí nessa fórmula é "específico”, isto é, por unidade de massa.
O que fazemos normalmente é desprezar a diferença de altura piezométrica, , pois é irrelevante face aos outros termos e desprezar perda de carga, pra termos uma ideia da carga líquida transferida. Aí:
E será máximo quando o gás for ideal e a compressão for adiabática, isto é, sem troca de calor com ambiente externo.
Muitas vezes, podemos ainda desprezar esse primeiro termo também, por geralmente. Aí ficaria:
Potência
O conceito de potência nós já vimos nos tópicos de bombas, e a ideia é a mesma aqui:
Em que:
Eficiência
A ideia de eficiência também é sempre igual, só mudam as fórmulas pra cada caso. A ideia geral é:
O cenário real é a potência que está realmente sendo transferida para o gás, que acabamos de ver que é
Já o caso ideal é se toda a potência consumida pelo motor do compressor fosse transferida ao gás. Daí:
Compressor de múltiplos estágios
Para uma compressão adiabática realizada em estágios, vale:
Desconsiderando perdas de pressão entre os estágios, podemos determinar o número de estágios pela seguinte expressão:
Daí:
Em que é a taxa de compressão em um único estágio do compressor.