BRPI1103107B1

BRPI1103107B1 - Compressor centrípeto

Info

Publication number: BRPI1103107B1
Application number: BRPI1103107-7A
Authority: BR
Inventors: Paulo Roberto Ferreira Bueno
Original assignee: Paulo Roberto Ferreira Bueno
Priority date: 2011-06-24
Filing date: 2011-06-24
Publication date: 2021-08-10
Also published as: WO2012174621A1; BRPI1103107A2; US20150337812A1

Abstract

"compressor centrípeto". pistões de dupla ação colocados em cilindros que descrevem um movimento de translação no espaço são responsáveis pelo princípio de funcionamento do compressor. a vantagem deste sistema é que a força centrípeta é a única responsável pelo trabalho de compressão dos gases, resultando com isso em uma redução da potência consumida em comparação com os compressores tradicionais.

Description

[1] A presente patente de invenção consiste de dois ou mais cilindroscontrapostos ligados a um eixo principal, de maneira a deixar o sistema balanceado, postos a girar a uma rotação fixa, pré-determinada em projeto, descrevendo um movimento de translação no espaço, possuindo cada um dos cilindros pistões de dupla ação de curso livre, onde a única força a atuar na compressão dos pistões é a causada pela aceleração centrípeta. O peso dos pistões, diâmetro, rotação e raio é que determinam a pressão de trabalho da máquina.

O ESTADO DA TÉCNICA

[2] No Estado da Técnica temos a seguinte relação para determinar o trabalhoutilizável na compressão de um gás perfeito, levando-se em consideração umatransformação isentrópica, segundo Ennio Cruz da Costa no seu livro Física Industrial,Termodinâmica - I Parte da Editora Globo de Porto Alegre:

[3]

[4] Esta relação é dada para qualquer tipo de compressor utilizado, nãoimportando sua construção, mas sim o volume que conseguem comprimir até umadeterminada pressão.

[5] São os seguintes os compressores conhecidos no Estado da Técnica: compressores de pistão, de palhetas, de parafusos, de lóbulos (Roots), centrífugos,axiais, de diafragma, de anel líquido. Nestes compressores, os mecanismos utilizadospara comprimir estão ligados diretamente ao eixo de um motor, seja ele elétrico ou acombustão interna, resultando sempre no mesmo gasto de energia, levando-se em contaa mesma vazão de gás. No compressor centrípeto reivindicado, esta relação deixa deexistir, pois os pistões de dupla ação não possuem qualquer tipo de mecanismo que osligue ao eixo de um motor. A força centrípeta que surge com a rotação do compressor éa única a atuar nos pistões causando a compressão dos gases. Esta força não causanenhuma perda de potência ao compressor, pois atua radialmente no eixo deste em umângulo de noventa graus com o sentido de rotação.

FUNCIONAMENTO

[6] A rotação da máquina faz surgir a força centrípeta que em combinaçãocom o movimento de translação dos cilindros produz o movimento alternativo dos pistões, responsável pela compressão dos gases. A força centrípeta é a única força que realiza o trabalho de compressão dos gases (F=m.V2/R). Como os pistões não possuem acionamento mecânico, a potência para comprimir o gás é nula. A potência consumida para manter a máquina em movimento é gerada pela resistência aerodinâmica e pelo atrito dos mancais de rolamento. Para reduzir a resistência aerodinâmica, os cilindros e a máquina são colocados em tambores onde o gás confinado é forçado a girar com a rotação do sistema, reduzindo a potência necessária para manter o compressor em funcionamento (desenho página 3/3).

[7] Outra vantagem deste compressor é a eliminação do pressostato, pois nãohavendo consumo de gás, a força centrípeta atuando nos pistões é equilibrada pela pressão de trabalho do sistema, impedindo os pistões de comprimir além desta pressão.

[8] Portanto, este compressor pode funcionar ininterruptamente que a pressão decompressão não ultrapassa a pressão de trabalho para a qual a máquina foi projetada.

CONSTRUÇÃO

[9] Cilindros (1) contendo pistões de dupla ação de curso livre (2) sãocolocados em garfos de mesmo raio (3), simetricamente contrapostos, fixados a um eixo principal (4), que tem seu apoio em mancais fixos (5) onde são colocadas engrenagens fixas (6) responsáveis pelo movimento de translação dos cilindros. O acionamento dos cilindros deve ser montado de forma a provocar um movimento de translação nestes cilindros, acionamento que no projeto descrito é feito por corrente de transmissão (7). Os cabeçotes de cada cilindro possuem válvulas de retenção que funcionam como admissão do gás a baixa pressão e escape de gás sob pressão. O gás comprimido flui através da válvula de escape para os dutos que conduzem ao eixo principal onde o gás comprimido é captado para ser utilizado (8) (desenho página 1/3).VARIÁVEIS DE CONSTRUÇÃO

[10] O projeto apresentado dispõe de apenas dois cilindros por ser o modo básicode construção. O sistema também pode ser construído com três ou mais cilindros colocados simetricamente contrapostos, de maneira a manter o conjunto balanceado, sendo o número de cilindros determinado pela necessidade de cada aplicação.

[11] Outra variável de construção diz respeito a rotação dos cilindros durante omovimento de translação. A rotação pode ser zero ou não, pois a rotação destes cilindros no movimento de translação pode aumentar a capacidade volumétrica do compressor, mas por outro lado, pode limitar o curso dos pistões pela redução do tempo de compressão, diminuindo assim sua capacidade. Deve-se primeiro saber que curso se quer dar nos pistões para então determinar a rotação ou não dos cilindros.

APLICAÇÕES

[12] Pode substituir qualquer compressor onde o fator principal seja a economiade energia. Sua aplicação pode acontecer nos mais variados ramos da atividade humana. Mas a aplicação principal é a geração de energia. Como a potência para comprimir o ar é reduzida, pode-se acoplar o compressor a um motor a ar comprimido, gerando assim força motriz suficiente para as mais diversas aplicações.

EXEMPLO DE CÁLCULO

[13] Se considerarmos o peso dos pistões em 2,5 Kgf, e determinarmos a rotaçãode funcionamento em 2000 rpm, para um diâmetro de 10 cm dos pistões, considerando ainda um raio de 20 cm onde girarão os cilindros, sabendo-se ainda que p=F/A, teremos uma força nos pistões de 2235,7 Kgf, o que proporciona uma pressão de trabalho de 28,5 Kgf/cm2

FÓRMULAS

[14] F=m.V2/R: F é a força centrípeta em Newton, m é a massa em Kg, V é avelocidade tangencial em m/s, R é o raio em m.

[15] p=F/A: p é a pressão em Kgf/cm2, F é a força em Kgf, A é a área em cm2.

BIBLIOGRAFIA

[16] COSTA, Ennio Cruz da. Física industrial: termodinâmica - I parte. PortoAlegre: Globo, 1971.

[17] SEARS;ZEMANSKY. Física volume 1: mecânica - hidrodinâmica. Rio deJaneiro: Livros Técnicos e Científicos Editora S.A, 1978.

Claims

1- COMPRESSOR CENTRÍPETO é composto por pelo menos dois cilindros (1)contrapostos, de forma a manter o sistema balanceado, montados em uma estrutura metálica ou não de sustentação a qual gira em um eixo concêntrico (4) a uma rotação pré- determinada em projeto onde um pistão (2) de curso livre é inserido em cada cilindro (1), cilindros estes que descrevem um movimento de translação no espaço de forma a causar o movimento alternativo dos pistões (2) e um efeito compressor a cada 180 graus caracterizado por pistões (2) que sofrem a ação da força centrípeta diretamente nos seus centros de gravidade e essa força é a única fonte de energia compressora.