Qual é o comprimento ideal da tubulação de entrada para compressores centrífugos?

Mar 20, 2024

Por Christopher Braman e Tim Allison15 de agosto de 2022

A distribuição do fluxo no flange de entrada do compressor é crítica tanto para o desempenho da máquina quanto para a medição precisa das condições de entrada. Uma distribuição de fluxo radialmente uniforme é preferida para minimizar os efeitos aerodinâmicos na entrada do compressor.

Flutuações não uniformes de velocidade ou pressão, também chamadas de distorções, aumentam as perdas aerodinâmicas na borda de ataque da pá e podem levar à operação instável do compressor. Felizmente, as flutuações são autocorrigidas, de modo que um fluxo uniforme pode ser alcançado com um comprimento suficiente de tubo reto.

No entanto, o comprimento do tubo reto depende da magnitude das flutuações de velocidade e pressão. Para compressores, um longo comprimento de tubo reto na entrada nem sempre é possível devido a restrições de espaço e tubulação de processo que geralmente contém válvulas, cotovelos e expansões de tubo. A principal preocupação é identificar o comprimento do tubo reto necessário para minimizar distorções do fluxo de entrada.

Este artigo resume diretrizes práticas para configurações de tubulação que não afetarão negativamente o desempenho do compressor, reconhecendo ao mesmo tempo que a tubulação deve ser minimizada para um projeto econômico da planta. Apresenta uma abordagem básica para a análise de configurações de tubulações.

Como ponto de partida, o Código de Teste de Desempenho (PTC) da Sociedade Americana de Engenheiros Mecânicos (ASME) em Compressores e Exaustores pode ser usado para determinar o comprimento do tubo reto a montante da entrada do compressor para fornecer fluxo uniforme para medições de teste.

O PTC [1] requer um mínimo de três diâmetros de tubo reto entre um cotovelo e a entrada do compressor e comprimentos maiores de até 10 ou mais diâmetros para tubulações com diâmetro menor que 24 polegadas, entradas axiais ou outros distúrbios a montante. Uma segunda recomendação, que faz parte da prática do Elliott Group, é que se a pressão de velocidade (pressão dinâmica, q) que entra na entrada do compressor for superior a um por cento da pressão estática (p1), um equalizador de fluxo deve ser usado na saída do cotovelo. .

A razão entre a pressão de velocidade e a pressão estática é calculada usando a seguinte equação. Como o efeito da alteração de Z é pequeno, geralmente é ignorado.

A extensa experiência em testes de fábrica da Elliott confirma os requisitos de passagem direta da ASME e o limite da relação velocidade-pressão estática como adequados para arranjos de tubulação de teste. Como as relações velocidade-pressão estática podem ser muito inferiores a 0,01 na prática, os requisitos de tubo reto do PTC foram modificados, conforme listado na Tabela 1.

Tabela 1. Relação entre a relação velocidade-pressão estática e recomendação de comprimento de tubulação de entrada reta

Comprimento reto

0,005

Usando os valores acima como referência e resolvendo a equação q/p1, podemos representar graficamente os diâmetros do tubo reto a montante do compressor versus velocidade de entrada para vários pesos moleculares (Figura 1).

Como a maioria dos compressores tem uma faixa de temperatura de entrada de 0°F a 100°F, a curva é baseada em 50°F. Nesta faixa, o erro interno é pequeno. Entretanto, quando a temperatura de entrada difere consideravelmente, o comprimento do tubo reto pode ser determinado com a Figura 1, corrigindo a velocidade real do fluxo de entrada para 50°F usando a equação abaixo para gases ideais.

O processo detalhado até agora fornece orientação sobre um ponto de partida básico para o número de diâmetros de tubos retos necessários a montante da entrada de um compressor.

Este número básico será modificado com fatores de correção baseados nos componentes imediatamente a montante do compressor. Primeiro, alguns arranjos comuns de tubulação e fatores de correção precisam ser identificados.

Para compressores, é comum que a entrada seja feita por um trecho reto de tubo a jusante de um cotovelo de tubo de raio longo. O cotovelo pode ser orientado com o tubo entrando no cotovelo paralelo ou normal ao rotor do compressor, conforme mostrado na Figura 2.

Quando a tubulação a montante estiver paralela ao rotor do compressor, este arranjo é considerado o menos perturbador para o fluxo de entrada e o fator de correção será 1.