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FOLHA DE ROSTO

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ÍNDICE

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COMPRESSÃO DO GÁS NATURAL

1.1 – INTRODUÇÃO

A utilização dos compressores de gás nos sistemas de produção e condicionamento do mesmo é de suma importância, tendo como objetivo ligar a produção de gás e sua aplicação. Isso ocorre, devido condições de pressão do gás produzido, que é inferior as condições adequadas ao uso, por exemplo, na produção offshore de gás associado, se faz necessário a injeção de gás (gás-lift) com alta pressão para melhorar a recuperação do petróleo. A maioria dos poços produtores de petróleo do mundo, ao longo de sua produção, por fatores de redução da pressão contida no reservatório, faz-se reduzir sua produção. Para que não ocorra diminuição da produção dos poços produtores, existe a necessidade de utilizar poços especiais conhecidos como poços injetores para melhorar a recuperação do petróleo, além de fazer a manutenção da pressão. O gás-lift, por exemplo, é injetado no poço por válvulas localizadas no equipamento submarino chamado de manifold, visando diminuir a ρ (massa específica) da mistura, reduzir a µ (viscosidade) da mistura e reduzir a PH (pressão hidrostática) que é exercida pela mistura do fluido no poço até o sistema de produtor. Para que o gás produzido na plataforma chegue a refinaria, o gás precisa do fornecimento de pressão proveniente dos compressores para que em condições de liquefação possa ser transferido para um navio de transporte, para que chegue até a refinaria. A compressão do gás é muito complexa, pois acarreta na redução de volume do gás, ao iniciar a compressão do gás os átomos mais leves, como exemplo (C1, C2, ..., C10) se chocam, liquefazendo o gás, aumentando a pressão e reduzindo o volume, como mostra a figura 1.1 fazendo uma analogia com o ar.

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Outro fato que ocorre na compressão do gás é o aumento da temperatura, prejudicial aos equipamentos de compressão (dependendo do compressor adotado e os equipamentos que o compõem), pois ao gás ser comprimido, o seu volume diminui, ocasionando o aumento da energia molecular responsável pela temperatura elevada, implicando em altos gastos de energia nos compressores e redução da resistência mecânica dos equipamentos, expondo os equipamentos à corrosão.Para que possa ser feito a compressão do gás sem afetar o seu sistema com os agravantes oriundos da compressão propriamente dita e, poder atingir a pressão requerida na obtenção de gás-lift e transferência, utiliza-se o sistema de compressão multiestágios; onde o gás é pressurizado em diversos estágios, mas como essa compressão por multiestágios utiliza outros equipamentos além dos compressores, não entraremos a fundo para não sair do foco. Vale ressaltar, que a compressão em multiestágios gera máxima eficiência na compressão dos gases, pois utiliza resfriadores, por exemplo; responsáveis pela diminuição da temperatura do fluido (gás), após a primeira etapa da compressão, que gera altíssimas temperaturas.

1.2 – CLASSIFICAÇÃO DOS COMPRESSORES A seleção de um determinado tipo de compressor não depende apenas de aspectos técnicos, mas existe outro fator importante, como a logística, para a elaboração de planta de processo adequada ao gás extraído do reservatório em condições de superfície. De acordo com a sua finalidade, os compressores são classificados como: volumétrico ou dinâmico.

DV-40 SERIES GAS COMPRESSORS    

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1.2.1 – COMPRESSOR VOLUMÉTRICO

O aumento da pressão é oriundo da redução de volume ocupado pelo gás no interior de uma câmara de compressão. Sua compressão se da em um sistema fechado, onde o gás está fora de qualquer contato com a sucção ou descarga, ou seja, uma quantia de gás é admitida no interior da câmara que logo é fechada, causando no gás uma redução de volume.

Na segunda fase da compressão, a câmara se abre liberando o gás para o consumo. Esse ciclo que a câmara realiza de abrir e fechar é provocado pela movimentação do pistão, acionado pelo trabalho de rotação do eixo propulsor.Dentro da cadeia de compressores do tipo volumétrico os mais utilizados são os alternativos e rotativos, como mostra a figura 1.3.

COMPRESSORES VOLUMÉTRICOS

ALTERNATIVOS ROTATIVOS

PARAFUSOS LÓBULOS PALHETAS

1.2.1.1 – COMPRESSOR ALTERNATIVO

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Conhecido como o compressor mais antigo na indústria, possui um sistema biela-manivela que transforma o movimento rotacional de um eixo em movimento translacional de um êmbolo ou pistão.

Desse modo, a cada giro, o acionador do pistão translada em movimento de aproximação e afastamento das válvulas de sucção e descarga, completando um ciclo da operação. A compressão do sistema alternativo baseia-se em quatro etapas: sucção, compressão, descarga e expansão, como mostram a figura 1.4.

O ciclo de operação do compressor inicia o seu processo, após a abertura da válvula sucção, o gás é sugado para a câmara do compressor, essa sucção ocorre quando a pressão interna é menor que a pressão contida na tubulação de sucção. Quando o obturador da válvula de sucção se fecha a pressão interna aumenta, esta pressão ao superar a pressão na tubulação de descarga se abre, devido ao movimento do pistão expulsando todo o gás. No entanto, nem todo gás comprimido é expelido do cilindro, ao fechar inicia-se o curso de retorno, mas a válvula de sucção só irá se abrir quando a pressão interna for inferior a pressão na tubulação. Nessa parte do ciclo, as válvulas de admissão e descarga estão fechadas, onde o pistão movimenta-se no sentido inverso dando início a etapa da expansão.

O compressor alternativo possui um ponto fraco, sua vazão é muito baixa ocasionando a perda de espaço no setor petrolífero. Quando ocorre a necessidade de utilizar este tipo de compressor e vazões mais elevadas, utiliza-se um compressor com modelo policilíndrico de grande porte, mostrando mais uma vez a desvantagem, pois em uma plataforma o que os responsáveis técnicos querem utilizar em suas plantas, são equipamentos eficazes e com menor tamanho possível.

1.2.2– COMPRESSOR DINÂMICO

Os compressores dinâmicos efetuam a compressão de forma contínua, de maneira em que a todo estante o gás está em contato com as válvulas de sucção e descarga, onde o aumento da pressão dar-se em dois componentes: difusor e descarga. O difusor é um dispositivo fixo, cuja geometria converte a energia cinética gerada pelo escoamento em

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entalpia(Entalpia é uma grandeza física que busca medir a energia em um sistema termodinâmico que está disponível na forma de calor, isso à pressão constante. No Sistema Internacional de Unidades a unidade da entalpia é o joule (J), e esta grandeza é geralmente representada pelo símbolo H), gerando também um aumento de pressão. Já o impelidor é um componente rotativo munido de pás, que realiza transferência da energia proveniente do impelidor para o gás, onde parte dessa energia gerada vem na forma de entalpia, ocorrendo o aumento da pressão, e a outra parte da energia gerada, é transferida para o difusor, como foi falado acima. Os compressores dinâmicos utilizados na indústria são os centrífugos e axiais.

1.2.2.1– COMPRESSOR CENTRÍFUGO

Nesse compressor, a elevação da pressão dar-se em função de um rotor provido de pás responsáveis pelo impulsionamento do gás através de um impelidor atingindo alta velocidade sendo futuramente descarregado em um difusor, formado por uma caixa em forma de voluta ou por canais difusores.Ambos têm como objetivo diminuir a velocidade do gás. Deste modo, a energia cinética oferecida ao gás pelo rotor é praticamente toda revertida em pressão para o fluido. Podem ser classificados em ventiladores centrífugos, compressores centrífugos, turbo ventiladores e turbo compressores.

Ventiladores Centrífugos: compostos por apenas um estágio de compressão e devido a este fato, são direcionados para produzirem diferenças de pequenas pressões, inferiores a 1 psi. Geralmente não são utilizados na indústria de transporte de GN (gás natural).

Compressores Centrífugos: também são de rotor único, ou seja, proporcionam apenas um estágio de compressão a exemplo dos ventiladores. Tal máquina é aplicada para gerar diferenças de pressões da ordem de 4,98 psi. Figura 1.6 ilustra um compressor centrífugo.

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Turbo ventiladores: Possuem vários estágios de compressão, entretanto, mesmo dessa forma não permite um diferencial de pressão elevado. Figura 1.7

Turbo compressores: Este tipo é mais utilizado em gasoduto de grande porte, devido a sua capacidade de gerar alto diferencial de pressão. É um equipamento muito caro, pois seu acabamento mecânico tem que ser feito com bastante precisão, como mostra a figura 1.8.

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A pressão de descarga varia sensivelmente com pequenas taxas variação na velocidade de rotação, e devido a isso os acionadores designados para operar com este tipo de compressor devem operar com variações de velocidade angular de 5%.Os três itens de maior importância para a definição de um compressor centrífugo em uma linha de transporte de gás natural trabalhando com uma determinada pressão de descarga e capacidades são: potência do eixo, temperatura de descarga e velocidade de operação. O compressor centrífugo não pode trabalhar abaixo de uma capacidade mínima, pois a partir deste ponto este entra em instabilidade que vem acompanhado de um ruído denominado surge ou pumping. Tal limite está intimamente ligado pelo ângulo de descarga do impelidor, sendo na média das máquinas este ponto se dá em 50% do ponto de maior eficiência.Existe um fenômeno limitante denominado stall ou limite de stonewall, que se resumem quando a velocidade do gás do impelidor no 1º estágio chega próxima a velocidade do som. Tal fato gera ondas de choque que efetuam um processo de blocagem na máquina.

1.2.2.1– COMPRESSOR AXIAL

São compressores que tem como objetivo proporcionar a aceleração axial do fluido, ou seja, uma aceleração paralela ao eixo rotativo da máquina para que depois tal energia seja convertida em pressão.Estes tipos de compressores são menos utilizáveis na indústria de transporte de gás natural, porém podem ser utilizados em algumas aplicações específicas. Existem três classes de compressores axiais: os ventiladores helicoidais, ventiladores turbo axiais e turbo compressores axiais.

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Os ventiladores helicoidais são os mais simples, dotados apenas de uma hélice e que tem aplicabilidade somente para movimentação de ar ambiente e não são utilizados para compressão de gás. Os ventiladores turbo axiais são como os ventiladores helicoidais, porém possuem uma estrutura que permite canalizar o fluído na entrada e na saída do rotor. São utilizáveis para baixas pressões e grandes vazões.Os turbo compressores axiais são os que são realmente aplicáveis ao transporte de gás, por sua vez também trabalham como ventiladores, mas são bem mais eficazes devido a seu aspecto construtivo que integraliza em um só elemento vários estágios de compressão. Cada estágio possui pás fixas e móveis que formam um conjunto difusor-distribuidor. São aparelhos de dimensão bem menores que um compressor centrífugo apesar de não possuírem a mesma capacidade de compressão por estágio. Figura 1.9 mostra um compressor axial.

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REFERÊNCIA BIBLIIOGRAFICA

Vaz, C. E. M.; Maia, J. L. P.; Santos, W. G. Tecnologia da Indústria do Gás Natural. São Paulo: BLUCHER, 2008.Paulino, K. L. G. Modelagem Dinâmica de Compressores Alternativos, 2008. p. 17-21. Tese (Doutorado) – Engenharia, Universidade Estadual de Campinas.Hülse, E. R. Modelagem e Análise de um Compressor Alternativo Linear para Refrigeração, 2008. 4f. Tese (Mestrado) – Engenharia, Universidade Federal de Santa Catarina.Feletto, F. P. Controle e Supervisão de Pressão e Vazão em Gasodutos, 2005. P. 6-13. Monografia – Universidade Federal de Itajubá. http://coriolisblog.files.wordpress.comhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Compressorhttp://www.imw.ca/http://www.wordpress.com/2008/11/ventilador-centrifugohttp://www.didwania.com