A compressão de gás é um processo que consome energia externa para fazer com que o gás ganhe energia potencial de pressão, e o compressor é o responsável por gerar o gás comprimido. Portanto, o desempenho básico do compressor de parafuso é inseparável destes quatro aspectos: pressão, vazão, potência e potência específica.
Desempenho básico do elemento compressor de parafuso – pressão
A obtenção da energia potencial de pressão do ar comprimido é a função mais básica de um compressor de ar, e o compressor de parafuso não é exceção. O elemento compressor de parafuso aumenta a pressão do ar consumindo energia externa. Quanto maior a pressão, mais energia é consumida e maiores são as exigências para o elemento compressor. Normalmente, dividimos os compressores de ar em quatro categorias de acordo com a pressão de saída:
Baixa pressão: 0,2~1,0 MPa; Pressão média: 1,0~10 MPa; Alta pressão: 10~100 MPa; Pressão ultra-alta: acima de 100 MPa
O compressor de ar de parafuso geralmente tem uma pressão de saída de 0,2 a 4,0 MPa, o que significa que seu desempenho, viabilidade e economia são melhores nessa faixa. Isso é determinado pela estrutura e modo de operação do elemento compressor, e também é o segmento de pressão com maior demanda de mercado.
A pressão do ar comprimido fornecida pelo compressor de ar é medida principalmente pela relação de pressão, que é a razão entre a pressão de saída Pd e a pressão de sucção Ps. Quanto maior a relação, maior a pressão de saída. ε=Pd/Ps Fórmula (6)
Para o motor principal do compressor de ar de parafuso, existem a relação de pressão interna e a relação de pressão externa.
Relação de pressão interna: a relação entre a pressão no volume entre os dentes do motor principal e a pressão de sucção, que é determinada pela posição e forma das portas de admissão e escape;
Relação de pressão externa: a razão entre a pressão no tubo de escape e a pressão de sucção. As pressões de sucção e escape necessárias para as condições de operação ou fluxo do processo.
Quando a relação de pressão interna for ≠ relação de pressão externa, o motor principal consumirá mais energia; quando a relação de pressão interna for igual à relação de pressão externa, o motor principal estará em seu melhor estado.
Para o motor principal de um compressor de ar de parafuso, quando o motor principal, a temperatura ambiente, a pressão de sucção, a rotação do motor principal e outros fatores são iguais, quanto maior a pressão de saída, maior o consumo de energia.
Desempenho básico do elemento compressor de parafuso – vazão
A vazão geralmente é composta por vazão mássica e vazão volumétrica. Nas especificações e normas da indústria de sistemas de compressão de ar, normalmente utilizamos a vazão volumétrica como método de medição, também chamada de vazão de exaustão ou vazão nominal. A vazão volumétrica, sob a pressão de exaustão requerida, é convertida para o estado de admissão, ou seja, o valor do volume de ar na entrada do primeiro estágio, considerando a pressão de sucção, a temperatura e a umidade de sucção. A unidade de medida é m³/min. A vazão volumétrica se divide em vazão volumétrica real e vazão volumétrica padrão.
Normalmente, amostras, seleções e placas de identificação de máquinas utilizam vazão volumétrica padrão. Devido à indústria, região e uso, a vazão volumétrica padrão no mercado de ar comprimido possui duas definições, de acordo com a diferença no estado padrão (temperatura, pressão e componentes):
O estado padrão é pressão P=101,325 kPa; temperatura padrão T=0 °C; umidade relativa de 0%. É frequentemente encontrado em documentos de gases industriais, indústria química ou licitações, referido como “padrão quadrado”, geralmente com o símbolo “VN” e a unidade de Nm³/min.
As condições padrão são: pressão P = 101,325 kPa; temperatura padrão T = 20 °C; e umidade relativa de 0%. Essas condições são geralmente utilizadas nas normas da indústria de ar comprimido e denominadas "condições padrão de trabalho". O símbolo geralmente é "V" e a unidade é m³/min.
Normalmente, a vazão volumétrica padrão utilizada na indústria de compressores de ar é a segunda. A conversão da vazão volumétrica entre os dois estados pode ser calculada pela fórmula:
V(m3/min)=1,0732VN(Nm3/min) Fórmula (7)
Para o motor principal do compressor de ar de parafuso, mantendo-se as demais condições iguais, quanto maior a distância entre os centros dos rotores, maior será sua vazão volumétrica; quanto maior a rotação do motor principal, maior será sua vazão volumétrica.
Vazão volumétrica = qv volume de compressão do motor principal × n velocidade da cabeça Fórmula (8)
qv=CΨqv0Z1n=CΨCn1nλD3 Fórmula (9)
Onde Z1——número de dentes do rotor macho; n——velocidade do rotor macho; λ——relação de aspecto do rotor; D——diâmetro externo do rotor macho.
Portanto, visando à economia, geralmente reduzimos os tipos de motores principais e podemos ajustar o volume de exaustão do compressor de ar determinando a rotação do motor principal para atender à demanda do mercado.
No entanto, a velocidade do motor principal do compressor de parafuso não pode ser infinitamente alta, geralmente ficando entre 800 e 10.000 rpm. Portanto, o fabricante do motor principal do compressor de parafuso desenvolve motores com diferentes faixas de vazão para atender aos requisitos de fluxo do compressor de parafuso.
De acordo com a vazão de ar comprimido, os compressores de ar geralmente podem ser divididos em:
Microcompressor<1m3>10～<100 m3min; large compressor ≥100 min
O compressor de ar de parafuso principal é adequado para máquinas individuais com vazão de 1 a 100 m³/min, sendo o mais confiável e econômico, além de ser o modelo principal no mercado de compressores de ar.
Quanto maior a pressão, maior o consumo de energia do motor principal; quanto maior a vazão, maior o consumo de energia do motor principal.
Quanto menor o valor da potência específica do motor principal do compressor de ar de parafuso, menor será seu consumo de energia e melhor seu desempenho. Em condições de fluxo constante, quanto maior a pressão de saída, maior a potência no eixo do motor principal e, consequentemente, maior será seu valor de potência específica.
Cada motor principal de compressor de ar de parafuso possui um valor de potência específica ideal, que está relacionado à sua rotação. Quando a rotação do motor principal é muito baixa, o vazamento aumenta, o volume de gás diminui e o valor da potência específica aumenta; quando a rotação do motor principal é muito alta, o atrito aumenta, a potência no eixo aumenta e o valor da potência específica aumenta. No entanto, deve haver uma rotação ideal que minimize o valor da potência específica. Por isso, não é necessariamente correto afirmar que quanto maior o motor principal, maior a economia de energia.
Ao projetar compressores de ar de parafuso e compressores de ar de frequência variável, além de garantir a qualidade, devemos também considerar a economia, a padronização e a modularidade do motor principal. Portanto, utilizaremos a curva de potência específica do motor principal para projetar e desenvolver compressores de ar de parafuso com diferentes pressões e vazões.
Data da publicação: 11 de setembro de 2024
