Os ensaios de aceitação em compressores de deslocamento positivo

Os compressores podem ser definidos como estruturas mecânicas industriais destinadas a elevar a energia utilizável de ar – pelo aumento de sua pressão. Os compressores de deslocamento positivo em que o ar é admitido em uma câmara de compressão – isolada do meio exterior. O seu volume é gradualmente diminuído – processando a compressão: sob a ação de uma peça móvel, alternativa ou rotativa. Quando uma certa pressão é atingida – provoca-se a abertura da válvula de descarga, ou simplesmente, o ar é empurrado para o tubo de descarga durante a contínua diminuição do volume da câmara de compressão. Já nos compressores de deslocamento dinâmico (turbo compressor) a elevação da pressão ocorre através da conversão de energia cinética em energia de pressão do ar (fluido). Durante a passagem deste pelo compressor, o fluido admitido é colocado em contato com os impulsores (rotores aletados) dotados de alta velocidade. O fluido é acelerado e, posteriormente, seu escoamento é retardado por meio de difusores que fazem a elevação na pressão do fluido. Os difusores são uma espécie de duto – provocando a diminuição na velocidade do escoamento do ar.

compressor2Da Redação –

Os compressores são da família das máquinas operatrizes de fluxo compressível, assim como os ventiladores. São utilizados para proporcionar a elevação da pressão de um gás ou escoamento gasoso. Nos processos industriais, a elevação de pressão requerida pode variar desde cerca de 1,0 atm até centenas de ou milhares de atmosferas. Inúmeras são as aplicações dos compressores, incluindo os serviços de jateamento, limpeza, soprador de ar de forno (em refinarias), sistemas de refrigeração, etc.

Nos compressores volumétricos ou de deslocamento positivo a elevação da pressão é conseguida com a redução do volume ocupado pelo gás. No ciclo de funcionamento, inicialmente certa quantidade de gás é admitida no interior de uma câmera de compressão que então é fechada e sofre redução de volume. Finalmente, a câmera é aberta e o gás liberado para consumo.

São classificados em: compressores alternativos de pistão simples efeito em que o pistão com movimento descendente aspira o ar por meio da válvula de admissão, preenchendo o cilindro, este ar com o movimento de subida do pistão e comprimido e descarregado para o sistema. Para projetos que requer maior pressão são necessários compressores como maior número de estágios.

Os compressores alternativos de pistão duplo efeito possuem um êmbolo que efetua o movimento descendente e o ar é admitido na câmara superior, enquanto o ar contido na câmara inferior é comprimido e expelido. Procedendo-se o movimento oposto, a câmara que havia efetuado a admissão do ar realiza a sua compressão e a que havia comprimido efetua a admissão.

O compressor alternativo de membrana (diafragma) pertence ao grupo de compressores de pistão. Mediante uma membrana, o pistão fica separado da câmara de sucção e compressão, quer dizer, o ar não terá contato com as partes deslizantes. Este ar, portanto, ficará sempre livre de resíduos de óleo.

Os compressores rotativos de parafuso têm dois eixos helicoidais em sentidos opostos. Um dos rotores possui lóbulos convexos, o outro uma depressão côncava e são denominados, respectivamente, rotor macho e rotor fêmea. Eles operam conforme o princípio do deslocamento e deslocam continuamente. Os compressores de parafusos são construídos para operar a seco para ar comprimido isento de óleo, ou no caso normal com injeção de óleo para lubrificação, vedação e resfriamento.

De acordo com o tipo de acesso ao seu interior, os compressores podem ser classificados em herméticos, semi-herméticos ou abertos. A categoria dos compressores de parafuso pode também ser subdividida em compressores de parafuso duplo e simples. Os compressores de parafuso podem também ser classificados de acordo com o número de estágios de compressão, com um ou dois estágios de compressão (sistemas compound).

O compressor rotativo de palheta, de um eixo que opera conforme o princípio de deslocamento positivo, tem um compartimento cilíndrico, com aberturas de entrada e saída, elemento rotativo, com suas lâminas deslizantes, é descentralizado com relação ao invólucro ou estojo. Quando o ar entra, fica preso entre as lâminas (que se apoiam no interior do invólucro), sendo levado então para o orifício de descarga.

A NBR ISO 1217 de 07/2012 – Compressores de deslocamento positivo — Ensaios de aceitação especifica métodos para ensaios de aceitação referentes à vazão volumétrica e à potência consumida. Também especifica os métodos de ensaio para compressores do tipo anel líquido. Define as condições de operação e de ensaio que se aplicam quando é especificado um ensaio completo de desempenho. Para compressores fabricados em lotes ou em produção seriada e fornecidos de acordo com dados especificados, os ensaios descritos nos Anexos B, C e D, são considerados alternativas equivalentes.

O Anexo E, que é normativo, se aplica a qualquer compressor acionado eletricamente fabricado em lotes ou em produção seriada e fornecido de acordo com dados especificados, com acionamento de velocidade variável (por exemplo, acionamento por inversor de frequência, acionamento com corrente contínua e relutância variável), que incorpora um compressor de deslocamento positivo de qualquer tipo acionado por motor elétrico. São fornecidas instruções detalhadas para realizar o ensaio de desempenho completo, incluindo a medição da vazão volumétrica e da potência consumida, a correção dos valores medidos para as condições especificadas e meios para comparar os valores corrigidos com as condições a serem garantidas.

Esta norma especifica os métodos para determinar o valor das tolerâncias a ser aplicado à medição da vazão, potência e potência específica. As tolerâncias a serem aplicadas à medição de vazão, potência, potência específica, etc. em todos os ensaios de aceitação executados, de acordo com esta norma, são acordadas entre o fabricante e o comprador durante a contratação ou antes da execução dos ensaios.

O Anexo F especifica as condições-padrão de admissão do compressor para fins de referência. O Anexo G, que é normativo, indica as incertezas de medição. Esta norma não se aplica às especificações de ruído, as quais são identificadas na ISO 2151. O equipamento e os métodos indicados nesta norma não têm a intenção de restringir o uso de outros equipamentos e métodos com uma exatidão igual ou superior.

Onde existir uma norma relacionada com a medição específica ou tipo de instrumento, quaisquer medições executadas ou instrumentos usados devem estar de acordo com esta norma. Todo equipamento ou dispositivo de inspeção, medição e ensaio que possam influenciar o ensaio devem ser calibrados e ajustados em intervalos preestabelecidos, ou antes do uso, com base em equipamentos certificados que possuam relacionamento válido com padrões nacionalmente reconhecidos.

As tomadas de pressão na tubulação ou reservatório devem estar perpendiculares e niveladas com a parede interna. Com pressões baixas ou vazões elevadas, pequenas irregularidades como rebarbas podem causar graves erros. As tubulações de interligação com os instrumentos devem ser livres de vazamentos, as mais curtas possíveis, de diâmetro sufi ciente e devem ser dispostas de forma a evitar obstruções por sujeira ou líquido condensado.

Para a medição da pressão de líquido ou misturas líquido-gás, o instrumento deve ser montado na mesma altura da tomada de pressão e a tubulação de interligação deve ser instalada de modo que a altura das colunas de líquido na tubulação não influencie o resultado. Caso contrário, deve ser considerada a diferença de altura. A estanqueidade deve ser ensaiada e todos os vazamentos eliminados.

Os instrumentos devem ser montados de modo que não estejam sujeitos a vibrações prejudiciais. O instrumento de medição (análogo ou digital) deve ter uma exatidão de ± 1 % do valor medido. A pressão total é a soma das pressões estática e dinâmica. Ela deve ser medida com um tubo de Pitot com eixo paralelo ao fluxo. Quando a pressão dinâmica for menor que 5 % da pressão total, esta pode ser calculada na base de uma velocidade média calculada.

Se as amplitudes de ondas de pressão de baixa frequência (< 1 Hz), na tubulação de admissão ou de descarga, excederem em 10% o valor da pressão absoluta média predominante, a tubulação deve ser corrigida antes de continuar o ensaio. Caso as amplitudes destas ondas de pressão excedam 10 % o valor da pressão média especificada na admissão ou descarga, o ensaio não pode ser executado de acordo com esta norma.

Os transmissores e os manômetros devem ser calibrados sob condições de pressão e temperatura similares às existentes durante o ensaio, com o uso de equipamento de calibração de peso morto ou elétrico de exatidão equivalente. As leituras de coluna e de medidores de peso morto devem ser corrigidas pela aceleração gravitacional no local de uso do instrumento.

As leituras de coluna devem ser corrigidas pela temperatura do ambiente. Em caso de pulsação de fluxo de baixa frequência (< 1 Hz), deve ser instalado um reservatório, entre a tomada de pressão e o instrumento, com um estrangulador de entrada. As oscilações de manômetros não podem ser reduzidas por estrangulamento com uma válvula instalada antes do instrumento. Contudo, um orifício de restrição pode ser usado.

A pressão atmosférica deve ser medida com um barômetro com uma exatidão melhor que ± 0,15 %. A pressão do resfriador intermediário deve ser medida imediatamente a sua jusante. As temperaturas devem ser medidas com instrumentos certificados ou calibrados, como termômetros, termopares, termômetros de resistência ou termistores com uma exatidão de ± 1 K inseridos no tubo ou em poço.

O poço termométrico deve possuir parede tão fina e diâmetro tão pequeno quanto possível, com sua superfície externa livre de corrosão ou de oxidação. O poço deve ser parcialmente preenchido com um líquido adequado. Os termômetros ou os poços devem penetrar no tubo 100 mm, ou um terço do diâmetro do tubo, prevalecendo o que for menor. Nas leituras, o termômetro não pode ser retirado do meio que está sendo medido nem do poço quando estiver sendo usado.

Devem ser tomadas precauções para assegurar que: a vizinhança imediata do ponto de inserção e as peças da conexão estejam bem isoladas, de modo que o poço esteja virtualmente na mesma temperatura que o meio que está sendo observado; o sensor de qualquer dispositivo de medição de temperatura ou poço termométrico esteja bem envolvido pelo meio (o sensor ou poço termométrico deve apontar contra o fluxo de gás; em casos extremos, a posição perpendicular em relação ao fluxo de gás pode ser usada); o poço termométrico não prejudique o escoamento.

Os termopares devem ter uma junção quente soldada e devem ser calibrados junto com seus cabos para a faixa de operação prevista. Eles devem ser fabricados de material adequado para a temperatura e para o gás a ser medido. Se os termopares forem usados com poços termométricos, a junção quente do elemento deve, se possível, ser soldada ao fundo do poço. A seleção e o uso de termopares devem estar de acordo com as IEC 60584-1, IEC 60584-2 e IEC 60584-3.

A vazão real fornecida pelo compressor deve ser medida pela execução de um ensaio conforme indicado na ISO 5167-1 ou ISO 9300. A medição da vazão na sucção pode ser usada: quando a medição de vazão na descarga não é viável; se os vazamentos puderem ser medidos em separado e então deduzidos da vazão na sucção; onde possa ser confirmado que não existe nenhum vazamento externo de gás comprimido do compressor, como é o caso de compressores rotativos com injeção de líquido; onde os efeitos de condensação de componentes do gás admitido causem problemas na exatidão da medição de vazão na descarga (ver 6.5.5 e 6.6); onde o ar aspirado já é medido. Neste caso, convém que o dispositivo de medição não afete a vazão.

A vazão do fluido de resfriamento externo deve ser determinada pelo uso de um método de medição com uma exatidão de ± 5 % do valor medido, ou melhor. A potência de entrada do compressor deve ser medida diretamente por torquímetros de reação, ou torquímetro de eixo, ou ser determinada indiretamente por medições de potência elétrica de um motor de acionamento calibrado ou pelas características de desempenho certificadas de um acionamento primário.

A medição de potência do eixo do acionamento primário deve ser executada de acordo com um código de ensaio reconhecido. Os torquímetros de precisão não podem ser usados abaixo de um terço do seu torque nominal. Eles devem ser calibrados após o ensaio com um elemento de torção na mesma temperatura existente durante o ensaio. As leituras devem ser feitas com uma série de cargas cada vez maiores, com a precaução que, durante a tomada das leituras com cargas cada vez maiores, a carga não pode ser reduzida em nenhum instante.

Similarmente, quando as leituras são feitas com cargas decrescentes, a carga não pode ser aumentada em qualquer instante. O cálculo da potência deve ser baseado na média de cargas crescentes e decrescentes como determinada pela calibração. Se a diferença de torque entre cargas crescentes e decrescentes exceder 1% do torque, então o torquímetro não está em condições satisfatórias.

A potência de eixo de um compressor acionado eletricamente deve ser determinada pela medição da potência elétrica fornecida, multiplicada pelo valor de eficiência do motor obtido da calibração certificada do motor. Somente podem ser usados instrumentos de precisão. Devem ser medidas a potência, a tensão e a corrente.

Os transformadores de potencial dos instrumentos devem ser conectados imediatamente antes dos terminais do motor, de modo que a queda de tensão nos cabos não influencie a medição. Caso sejam usados instrumentos remotos, a queda de tensão deve ser determinada separadamente e ser considerada (ver IEC 60051-1). Os fatores que influenciam a medição, como a queda de tensão nos cabos de alimentação ou sistemas de medição, devem ser considerados.

A potência elétrica da máquina deve se referir aos terminais elétricos de entrada. Os fatores que influenciem a medição, como as quedas de tensão nos cabos de alimentação ou nos sistemas de medição, devem ser considerados. Para motores trifásicos, o método de dois wattímetros ou algum outro método de exatidão similar deve ser usado.

Os transformadores de corrente e de potencial devem ser escolhidos para operar o mais próximo possível de seu valor nominal, para minimizar erros. Com a finalidade de verificação, durante o ensaio pode ser conectado ao circuito um medidor de kWh recentemente ajustado.

Os procedimentos do ensaio estão descrito a seguir. Podem ser executados ensaios preliminares com a finalidade de, por exemplo: verificar instrumentos, e treinar pessoal. Um ensaio preliminar pode, por um acordo, ser considerado o ensaio de aceitação, desde que todas os requisitos de um ensaio de aceitação sejam atendidos.

Durante o ensaio devem ser executadas todas as medições que tenham influência sobre o desempenho. A determinação da vazão e da potência absorvida estão descritas em detalhe em 6.3 a 6.9. As condições de ensaio devem ser as mais próximas possíveis das condições garantidas; desvios não podem exceder os limites especificados na tabela abaixo.

Se não foram acordadas condições de referência de admissão, então devem ser aplicadas as especificações do Anexo F. Quando não for possível ensaiar a máquina com o gás a ser usado com o compressor ou dentro das limitações especificadas na tabela abaixo, devem ser identificadas condições de ensaio alternativas ou correções alternativas.

Os dispositivos de regulagem devem ser mantidos na sua condição de operação normal. Durante o ensaio, o lubrificante e a sua taxa de alimentação devem estar de acordo com as instruções de operação. Durante o ensaio, não podem ser feitos ajustes diferentes daqueles necessários para manter as condições de ensaio e os necessários para a operação normal, como especificado no manual de operação.

Antes de serem tomadas as leituras, o compressor deve operar por tempo sufi ciente para assegurar que as condições de regime permanente sejam atingidas, de modo que não ocorram alterações sistemáticas nas leituras de instrumentos durante o ensaio. Contudo, caso as condições de ensaio sejam tais que alterações sistemáticas não possam ser evitadas, ou se leituras individuais estejam sujeitas a grandes variações, então a quantidade de leituras deve ser aumentada.

Para cada carga deve ser tomada uma quantidade de leituras sufi ciente para indicar que a condição de regime permanente foi atingida. A quantidade de leituras e os intervalos devem ser escolhidos para obter a exatidão necessária. Após o ensaio, a instalação do compressor e os equipamentos de medição devem ser inspecionados. Caso sejam encontradas quaisquer falhas que possam ter afetado o resultado do ensaio, um novo ensaio deve ser feito depois que estas falhas forem corrigidas.

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Antes que cálculos finais sejam realizados, os dados registrados devem ser verificados em relação à consistência das condições operacionais. As flutuações das leituras durante um ensaio não podem exceder os limites informados na tabela acima. Todas as leituras aceitas de qualquer ensaio devem ser consecutivas.

Os grupos de leituras que mostram uma flutuação excessiva podem ser descartados, porém somente no início ou fim de um ensaio. Todas as leituras em qualquer grupo devem ser registradas o mais perto possível da leitura anterior. A umidade deve ser determinada no ponto-padrão de admissão, de acordo com 5.4.

A umidade nos diferentes estágios de compressão e no dispositivo de medição de vazão deve ser determinada através das medições do condensado. O tratamento dos resultados do ensaio deve estar de acordo com o apresentado a seguir. Os resultados dos ensaios, exceto aqueles da medição de vazão, devem ser calculados a partir dos valores médios aritméticos das leituras aceitas.

A vazão mássica deve ser determinada de acordo com 5.6. Quando o gás que está sendo comprimido não estiver seco, deve ser considerada a influência da umidade através da correção da potência absorvida. A vazão real na admissão é obtida pela conversão da vazão de gás medida pelo dispositivo de medição nas condições ali existentes para as condições no ponto-padrão de admissão, considerando-se qualquer umidade separada de acordo com 6.5.4 e 6.6.

Alguns sistemas de alívio direcionam gás quente de volta para a admissão em condições de carga parcial. Com isto, a temperatura de admissão fica mais elevada em carga parcial do que em carga total e, em consequência, a vazão volumétrica aparenta alcançar um valor maior. Nestes casos, a vazão com carga parcial é calculada com a temperatura de admissão válida para carga total.

As condições de ensaio nunca são coincidentes com as condições especificadas. Por isto, antes que os resultados do ensaio sejam comparados com os valores especificados, devem ser aplicadas correções à vazão volumétrica e à potência absorvida. Dentro dos limites especificados na tabela acima, esta norma prevê o ajuste da vazão volumétrica e da potência absorvida, quando as condições de ensaio desviam daquelas especificadas.

A vazão volumétrica deve ser ajustada em função de desvios na rotação do eixo, expoente isentrópico ou politrópico, temperatura do fluido de resfriamento externo e taxa de condensado coletado. A potência absorvida deve ser ajustada em função de desvios de rotação, pressão de admissão, expoente isentrópico ou politrópico, efeitos de umidade e temperatura do fluido de resfriamento externo.



Categorias:Metrologia, Normalização

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