A compressão de gás é um processo que consome energia externa para fazer com que o gás ganhe energia potencial de pressão. O compressor é o responsável pela criação do 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 dos compressores de ar, e os compressores de parafuso não são exceção. O motor principal dos compressores de parafuso aumenta a pressão do ar consumindo energia externa. Quanto maior a pressão, mais energia é consumida e maiores são as exigências do motor principal. 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: 1,0~10MPa
Alta pressão: 10~100 MPa
Ultra-alta pressão: acima de 100 MPa
Os compressores de ar de parafuso geralmente têm 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 compressores de ar, normalmente utilizamos a vazão volumétrica como método de medição, também chamada de vazão de exaustão ou vazão nominal. Sob a pressão de exaustão requerida, o volume de gás descarregado pelo compressor de ar por unidade de tempo é convertido para o estado de admissão, ou seja, o valor do volume da pressão de sucção no tubo de admissão do primeiro estágio, considerando a temperatura e a umidade de sucção. A unidade é m³/min. A vazão volumétrica é dividida 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 de fórmula “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.
Taxa de fluxo de volume V = 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.
Potência específica e cálculo do elemento compressor de parafuso
A potência específica é a potência no eixo consumida pela vazão volumétrica por unidade de tempo quando o compressor de ar está em funcionamento. A unidade de potência específica é: kW/(m³/min).
A fórmula de cálculo é a seguinte:
SER extremidade de ar = Pd extremidade de ar/qv Fórmula (10)
Pd compressor de ar – potência do eixo do compressor de ar;
qv – vazão volumétrica do compressor por unidade de tempo
Seu valor de potência específica é:
Unidade de ar SER = 117/23,1 = 5,065 (kW/(m3/min))
Quanto menor o valor da potência específica do elemento compressor de parafuso, menor será o seu consumo de energia e melhor o seu desempenho. Sob condições de fluxo constante, quanto maior a pressão de saída, maior a potência no eixo do elemento compressor e, consequentemente, maior o seu valor de potência específica.
Cada compressor de parafuso possui um valor de potência específica ideal, que está relacionado à velocidade do motor principal. Quando a velocidade do motor principal é muito baixa, o vazamento aumenta, o volume de gás diminui e o valor da potência específica aumenta; quando a velocidade do motor principal é muito alta, o atrito aumenta, a potência no eixo aumenta e o valor da potência específica aumenta. Mas deve haver uma velocidade ideal que minimize o valor da potência específica. É por isso que não é necessariamente correto afirmar que quanto maior o motor principal, maior a economia de energia.
Ao projetarmos compressores de parafuso e compressores de frequência variável, devemos garantir a qualidade, considerando também 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 parafuso com diferentes pressões e vazões.
Data da publicação: 17 de julho de 2024
