BRPI1105473B1

BRPI1105473B1 - compressor de gás compreendendo uma mancalização aerostática

Info

Publication number: BRPI1105473B1
Application number: BRPI1105473-5A
Authority: BR
Inventors: Henrique Brüggmann Mühle; Dietmar Erich Bernhard Lilie
Original assignee: Embraco Indústria De Compressores E Soluções Em Refrigeração Ltda.
Priority date: 2011-11-16
Filing date: 2011-11-16
Publication date: 2020-12-01
Also published as: MX2014005837A; MX343116B; CN104220752B; JP2014533788A; EP2780593B1; KR20140100965A; BRPI1105473A2; SG11201402412XA; CN104220752A; BRPI1105473A8; US9599130B2; US20140283679A1; WO2013071382A2; EP2780593A2; WO2013071382A8; WO2013071382A3; ES2589048T3

Abstract

RESTRITOR DE FLUXO E COMPRESSOR DE GÁS. A presente invenção refere-se a um restritor (1) de fluxo para aplicação em mancalização entre um pistão (2) e um cilindro (3) de um compressor de gás (4). Tal compressor de gás (4) compreende pelo menos um bloco (5) que envolve externamente o cilindro (3). Além disso, o compressor de gás (4) compreende também pelo menos uma cavidade interna (6), disposta entre o bloco (5) e o cilindro (3), alimentada fluidicamente por um fluxo de descarga proveniente de um movimento de compressão exercido pelo pistão (2) no interior do cilindro (3). Adicionalmente, o compressor de gás (4) compreende ainda pelo menos uma folga de mancalização (7) que separa uma parede externa do pistão (2) e uma parede interna do cilindro (3). Ainda, o compressor de gás (4) compreende também pelo menos um restritor (1) de fluxo dotado de um alojamento (12) que associa fluidicamente a cavidade interna (6) à folga de mancalização (7). Tal restritor (1) de fluxo compreende pelo menos uma elemento poroso (8), associado ao alojamento (12), dotado de pelo menos uma porção restritora provida de uma porosidade dimensionada para limitar o fluxo de gás que flui da cavidade interna (6) à folga de mancalização (7). A presente invenção refere-se também a vedação existente entre o elemento poroso (8) e o alojamento (12), as características de filtragem do (...).

Description

[001] A presente invenção refere-se a um restritor de fluxo configurado para proporcionar uma limitação e/ou controle no fluxo de gás utilizado na mancalização entre um pistão e um cilindro de um compressor de gás.

[002] A presente invenção refere-se também a um compressor de gás que compreende pelo menos um restritor de fluxo conforme acima mencionado.

Descrição do Estado da Técnica

[003] Atualmente, é bastante comum a utilização de conjuntos de pistão (êmbolo) e cilindro acionados por motores elétricos para aplicação em compressores de gás de equipamentos de refrigeração, tais como refrigeradores domésticos/comerciais/industriais, congeladores e aparelhos de ar condicionado.

[004] Nestes tipos de compressores, o motor elétrico aciona o pistão que, por sua vez, se desloca no interior do cilindro em um movimento de vaivém axial, de maneira a comprimir e descomprimir o gás sucessivamente. Normalmente, no cabeçote deste cilindro estão posicionadas válvulas de sucção e de descarga de gás as quais regulam, respectivamente, a entrada de gás em baixa pressão e a saída de gás em alta pressão do interior do cilindro. Sendo assim, o movimento axial do pistão no interior do cilindro do compressor realiza a compressão do gás admitido pela válvula de sucção, aumentando a sua pressão, a fim de proporcionar o direcionamento do fluxo de gás pela válvula de descarga para uma região de alta pressão.

[005] Um dos desafios técnicos observados nesse tipo de compressor de gás é evitar um contato direto entre o pistão e o cilindro. Assim, devido ao movimento relativo entre o pistão e o cilindro, faz-se necessária a mancalização do pistão por meio de um fluido, disposto na folga entre essas duas partes, evitando o seu desgaste prematuro. A presença do fluido entre o pistão e o cilindro também proporciona a diminuição do atrito entre eles, o que permite uma redução da perda mecânica do compressor.

[006] Os compressores lineares frequentemente utilizam um tipo de mancalização, conhecido como mancalização aerostática, que consiste na implementação de um colchão de gás entre o pistão e o cilindro, evitando o contato entre eles. A utilização de mancalização aerostática é vantajosa em relação a outros tipos de mancalização, uma vez que, tendo em vista que o gás possui um coeficiente de atrito viscoso menor que o óleo, a energia dissipada para a mancalização é menor, o que contribui para um melhor rendimento do compressor. Outra vantagem adicional da utilização do próprio gás como fluido lubrificante consiste na ausência de necessidade de utilização de um sistema de bombeamento de óleo.

[007] Cumpre notar que o gás utilizado para a mancalização pode consistir em uma parcela do próprio gás bombeado pelo compressor e usado no sistema de refrigeração, que é desviado, após sua compressão, em direção à folga existente entre o pistão e o cilindro, formando um colchão de gás que evita o contato entre eles. Nesse, sentido, observa-se que todo o gás utilizado na mancalização representa uma perda de eficiência do compressor, uma vez que a função principal do gás comprimido é sua aplicação direta no sistema de refrigeração para gerar frio. Sendo assim, a parcela de volume de gás desviado para a mancalização deve ser a mínima possível para não comprometer a eficiência do compressor de uma maneira significativa.

[008] Normalmente, para que seja obtido um funcionamento eficaz do mancal aerostático, é necessária a utilização de um restritor de fluxo capaz de limitar o fluxo do gás comprimido proveniente de uma região de alta pressão do compressor, a fim de que a pressão de gás presente na folga entre o pistão e cilindro seja menor e adequada para a aplicação. Em outras palavras, tal restrição visa permitir a redução ou controle da pressão na região de mancalização através da restrição do fluxo de gás comprimido proveniente de uma região de alta pressão do compressor.

[009] Diversas configurações construtivas já foram desenvolvidas de modo a permitir a implementação de restritores para proporcionar a redução de pressão na região de mancalização.

[010] Por exemplo, a patente norte-americana US 6.901.845 descreve um restritor que compreende um meio poroso, onde uma fita porosa é utilizada em conjunto com anéis de compressão. Uma desvantagem deste tipo de configuração consiste na necessidade de precisão na confecção dos anéis de compressão, o que encarece o processo produtivo, além da dificuldade de controle dimensional.

[011] A patente norte-americana US 6.293.184 revela restritores formados por microcanais dispostos junto a parede externa do cilindro que, em conjunto com uma luva na qual o dito cilindro é inserido, formam canais fechados e isolados, originando uma pluralidade de restritores. Analogamente ao caso de patente anteriormente comentado, uma desvantagem deste tipo de configuração consiste na necessidade de precisão na confecção das luvas, o que encarece os custos de fabricação. Uma desvantagem adicional desta técnica decorre do fato de este tipo microcanais ser suscetível ao entupimento por partículas ou sujeiras presentes no compressor, sendo para tal necessário um filtro que garanta que o fluido alcance os restritores sem nenhum tipo de sujeira, o que de contrário impedirá o correto funcionamento do equipamento.

[012] O pedido de patente internacional WO/2008/055809 descreve restritores que consistem em microfuros dispostos na parede do cilindro, confeccionados a partir da aplicação de laser. Novamente, a confecção dos microfuros requer muita precisão, o que pode inviabilizar a produção de compressor com custos competitivos no mercado. Adicionalmente, pode também ocorrer o entupimento dos microfuros por partículas ou sujeiras presentes no compressor.

[013] Assim, ainda não é conhecida uma solução satisfatória e eficiente para prover restrição no fluxo de gás utilizado na mancalização entre um pistão e um cilindro de um compressor de gás, que apresente uma boa confiabilidade, performance, aplicabilidade, e que ainda seja de baixo custo.

Objetivos da Invenção

[014] Um primeiro objetivo da presente invenção consiste em prover um restritor de fluxo poroso de baixo custo configurado para permitir uma limitação e/ou controle de fluxo/pressão de gás utilizado na mancalização entre um pistão e um cilindro de um compressor de gás, reduzindo ou evitando perda de eficiência do dito compressor de gás, de maneira a obter uma performance e desempenho ótimos.

[015] Um segundo objetivo da presente invenção consiste em prover um restritor de fluxo poroso, capaz de permitir o desvio de pelo menos uma parcela de fluxo de gás comprimido por um compressor de gás para uma região de mancalização entre seu pistão e cilindro, sem comprometer a eficiência do dito compressor de gás de maneira significativa.

[016] Um terceiro objetivo da presente invenção consiste em prover um restritor de fluxo poroso capaz de permitir uma limitação do fluxo de gás utilizado na mancalização entre um pistão e um cilindro de um compressor de gás.

[017] Um quarto objetivo da presente invenção consiste em promover uma eficaz vedação do restritor.

[018] O quinto objetivo da presente invenção consiste em dotar o restritor de capacidade de filtragem das impurezas do gás.

[019] Um sexto objetivo da presente invenção consiste em prover um compressor de gás que compreende um restritor de fluxo poroso conforme qualquer um ou combinação dos objetivos acima mencionados.

Breve Descrição da Invenção

[020] Uma primeira maneira de atingir o primeiro, segundo e/ou terceiro objetivo da presente invenção é através da provisão de um restritor de fluxo para aplicação em mancalização entre um pistão e um cilindro de um compressor de gás, o compressor de gás compreendendo pelo menos um bloco que envolve externamente o cilindro. Além disso, o compressor de gás compreende também uma cavidade interna disposta entre o bloco e o cilindro, alimentada fluidicamente por um fluxo de descarga proveniente de um movimento de compressão exercido pelo pistão no interior do cilindro. Adicionalmente, o compressor de gás compreende ainda uma folga de mancalização que separa uma parede externa do pistão e uma parede interna do cilindro. Ainda, o compressor de gás compreende também um restritor de fluxo dotado de um alojamento que associa fluidicamente a cavidade interna à folga de mancalização. Tal restritor de fluxo compreende pelo menos um elemento poroso associado ao alojamento e dotado de pelo menos uma porção restritora provida de uma porosidade dimensionada para limitar o fluxo de gás que flui da cavidade interna à folga de mancalização.

[021] Uma segunda maneira de atingir o primeiro, segundo e/ou terceiro objetivo da presente invenção é através da provisão de um restritor de fluxo para aplicação em mancalização entre um pistão e um cilindro de um compressor de gás. Tal compressor de gás compreende pelo menos um bloco que envolve externamente o cilindro. Além disso, o compressor de gás compreende também pelo menos uma cavidade interna, disposta entre o bloco e o cilindro, alimentada fluidicamente por um fluxo de descarga proveniente de um movimento de compressão exercido pelo pistão no interior do cilindro. Adicionalmente, o compressor de gás compreende ainda pelo menos uma folga de mancalização que separa uma parede externa do pistão e uma parede interna do cilindro. Ainda, o compressor de gás compreende também pelo menos um restritor de fluxo dotado de um alojamento que associa fluidicamente a cavidade interna à folga de mancalização. Tal restritor de fluxo compreende pelo menos um elemento poroso, associado ao alojamento, dotado de pelo menos uma porção restritora provida de uma porosidade preestabelecida. O dito elemento poroso possui uma secção transversal com uma área preestabelecida e um comprimento preestabelecido, onde a relação entre a porosidade e a secção transversal da porção restritora e o comprimento do elemento poroso é configurada para limitar o fluxo de gás que flui da cavidade interna à folga de mancalização de uma maneira ótima.

[022] O quarto objetivo da presente invenção é alcançado através da provisão de um restritor de fluxo para aplicação em mancalização aerostática entre um pistão e um cilindro de um compressor de gás em que o restritor é compreendido por um alojamento, um elemento de restrição e uma porção intermediária que contém uma aba de vedação capaz de se flexionar radialmente para vedação.

[023] O quinto objetivo da presente invenção é alcançado através da provisão de um restritor de fluxo para aplicação em mancalização aerostática entre um pistão e um cilindro de um compressor de gás em que o restritor é compreendido por pelo menos por um alojamento e um elemento poroso, o elemento poroso compreendendo em sua extremidade voltada para entrada de gás uma região com área superficial superior a área da secção transversal do restante do corpo do elemento poroso.

[024] O sexto objetivo da presente invenção é alcançado através da provisão de um compressor de gás que compreende um cilindro, um pistão movimentável reciprocavelmente no interior do cilindro e um restritor de fluxo conforme a primeira ou segunda maneira acima descritas.

Breve Descrição dos Desenhos

[025] A presente invenção será descrita a seguir em maiores detalhes, com referência aos desenhos anexos, nos quais:

[026] figura 1 - representa uma vista em corte lateral de um compressor de gás, objeto da presente invenção, que compreende uma primeira concretização preferencial de um restritor de fluxo, também objeto da presente invenção, quando a sua válvula de sucção está na condição aberta;

[027] figura 2 - representa uma vista em corte lateral do compressor de gás ilustrado na figura 1, quando a sua válvula de sucção está na condição fechada;

[028] figura 3 - representa um primeiro detalhe da figura 2;

[029] figura 4 - representa um segundo detalhe da figura 2;

[030] figura 5A - representa uma vista em corte lateral de uma primeira concretização preferencial do restritor de fluxo da presente invenção;

[031] figura 5B - representa uma vista em corte lateral de uma segunda concretização preferencial do restritor de fluxo da presente invenção;

[032] figura 5C - representa uma vista em corte lateral de uma terceira concretização preferencial do restritor de fluxo da presente invenção;

[033] figura 5D - representa uma vista em corte lateral de uma quarta concretização preferencial do restritor de fluxo da presente invenção;

[034] figura 5E - representa uma vista em corte lateral de uma quinta concretização preferencial do restritor de fluxo da presente invenção;

[035] figura 5F - representa uma vista em corte lateral de uma sexta concretização preferencial do restritor de fluxo da presente invenção;

[036] figura 5G - representa uma vista em corte lateral de uma sétima concretização preferencial do restritor de fluxo da presente invenção;

[037] figura 6A - representa uma vista em corte lateral de uma oitava concretização preferencial do restritor de fluxo da presente invenção;

[038] figura 6B - representa uma vista em corte lateral de uma nona concretização preferencial do restritor de fluxo da presente invenção;

[039] figura 6C - representa uma vista em corte lateral de uma décima concretização preferencial do restritor de fluxo da presente invenção;

[040] figura 6D - representa uma vista em corte lateral de uma décima primeira concretização preferencial do restritor de fluxo da presente invenção;

[041] figura 6E - representa uma vista em corte lateral de uma décima segunda concretização preferencial do restritor de fluxo da presente invenção;

[042] figura 7A - representa uma vista em corte lateral mostrando um primeiro caminho do fluxo de gás;

[043] figura 7B - representa uma vista em corte lateral mostrando um segundo caminho do fluxo de gás;

[044] figura 7C - representa uma vista em corte lateral mostrando um terceiro caminho do fluxo de gás;

[045] figura 7D - representa uma vista em corte lateral mostrando um quarto caminho do fluxo de gás;

[046] figura 7E - representa uma vista em corte lateral mostrando a configuração preferencial do caminho do fluxo de gás da presente invenção;

[047] figura 8A - representa uma vista em perspectiva de uma primeira concretização preferencial do elemento poroso da presente invenção; e

[048] figura 8B - representa uma vista em perspectiva de uma segunda concretização preferencial do elemento poroso da presente invenção.

[049] Figura 9 - representa uma vista em corte lateral evidenciando a aplicação de uma camisa deformável no restritor de fluxo.

[050] Figura 10 - representa uma vista em perspectiva de uma configuração preferencial do elemento poroso que compreende uma porção deformável.

[051] Figura 11 - representa uma vista em corte lateral do elemento poroso, que compreende uma porção deformável em aplicação em um cilindro.

[052] Figura 12 - representa duas alterações construtivas que definem uma cabeça e uma concavidade na extremidade do elemento poroso.

Descrição Detalhada das Figuras

[053] A figura 1 ilustra um compressor de gás 4 do tipo linear de acordo com uma concretização preferencial da presente invenção.

[054] Tal compressor de gás 4 compreende pelo menos um pistão 2, um cilindro 3 e um cabeçote 13 posicionado em seu topo ou parte superior, formando em conjunto com o pistão 2 e o cilindro 3, uma câmara de compressão 16, sendo que o movimento axial e oscilatório do pistão 2 no interior do cilindro 3 proporciona a compressão de gás na câmara de compressão 16.

[055] Conforme pode ser visto na figura 1, o compressor de gás 4 é provido também de pelo menos uma válvula de sucção 14 e uma válvula de descarga 15, posicionadas no cabeçote 13, as quais regulam a entrada e saída de gás da câmara de compressão 16. O compressor de gás 4 é dotado também de um atuador 17, associado a um motor linear, capaz de acionar o pistão 2.

[056] Em outras palavras, o pistão 2, acionado pelo dito motor linear, possui a função de desenvolver um movimento alternativo linear, o que permite o movimento do pistão 2 no interior do cilindro 3, de modo a proporcionar uma ação de compressão do gás admitido pela válvula de sucção 14, até o ponto em que ele pode ser descarregado para o lado de alta pressão através da válvula de descarga 15.

[057] O compressor de gás 4 é dotado também um passador de descarga 20 e um passador de sucção 19, posicionados em uma tampa 18, que ligam o compressor de gás 4 com as demais partes, peças e componentes de um sistema de refrigeração.

[058] Além disso, o compressor de gás 4 compreende também pelo menos um bloco 5 que envolve externamente o cilindro 3.

[059] Adicionalmente, o compressor de gás 4 compreende pelo menos uma cavidade interna 6, disposta entre o bloco 5 e o cilindro 3, alimentada fluidicamente por um fluxo de descarga proveniente do movimento de compressão exercido pelo pistão 2 no interior do cilindro 3. A cavidade interna 6 é formada pelo diâmetro externo do cilindro 3 e o diâmetro interno do bloco 5.

[060] Ainda, o compressor de gás 4 compreende pelo menos uma folga de mancalização 7 que separa uma parede externa do pistão 2 e uma parede interna do cilindro 3, como pode ser visto na figura 1. O gás utilizado para a mancalização consiste preferencialmente no próprio gás bombeado pelo compressor de gás 4 e usado no sistema de refrigeração. Esse gás comprimido é desviado de uma câmara de descarga 21 para a cavidade interna 6 através de um canal de ligação 22.

[061] O compressor de gás 4 compreende pelo menos um restritor 1 de fluxo, também objeto da presente invenção, dotado de um alojamento 12 que associa fluidicamente a cavidade interna 6 à folga de mancalização 7. O formato do alojamento 12 pode ser substancialmente cilíndrico, substancialmente cônico ou substancialmente em forma de “T” (vide figuras 5A, 5B, 5C, 5D, 5E, 5F, 6A, 6B, 6C, 6D e 6E).

[062] Conforme já mencionado anteriormente, a função do restritor 1 de fluxo é prover a mancalização entre o pistão 2 e o cilindro 3 do compressor de gás 4. Em outras palavras, o restritor 1 de fluxo, disposto entre a cavidade interna 6 (região de alta pressão) e a folga de mancalização 7, é capaz de controlar a pressão na região de mancalização e restringir o fluxo de gás.

[063] A partir das figuras 2, 3 e 4 pode-se entender o funcionamento do mancal aerostático da presente invenção. A cavidade interna 6, conectada à câmara de descarga 21 pelo canal de ligação 22, apresenta gás com uma pressão de descarga Pd, que alimenta os restritores de fluxo 1. Esse gás, ao passar pelos restritores de fluxo 1, perde pressão, formando um colchão de gás de pressão intermediária Pi na folga de mancalização 7. Esta é a pressão que sustenta o pistão 2 e evita que ele encoste na parede interna do cilindro 3. Finalmente, o gás escoa para fora da folga de mancalização 7, atingindo uma baixa pressão, que corresponde à pressão de sucção Ps do compressor de gás 4.

[064] Quando o pistão 2 sofre algum esforço axial de forma a se aproximar da parede do cilindro 3 e, consequentemente do restritor 1 de fluxo, a folga de mancalização 7 nesta região diminui (figura 3: detalhe A). A diminuição da folga de mancalização 7 acarreta em um aumento da perda de carga do fluxo de gás na região em que este escoa entre o pistão 2 e o cilindro 3. Este aumento de perda de carga acarreta na diminuição de vazão do fluxo de gás que passa pelo restritor 1 de fluxo e pela folga de mancalização 7 na região adjacente ao restritor 1 de fluxo. A diminuição de vazão implica em uma diminuição de velocidade de fluxo do gás, que, por sua vez, acarreta uma diminuição de perda de carga no restritor 1 de fluxo. Esta redução na perda de carga do fluxo de gás que passa pelo restritor 1 de fluxo permite que o gás que chega à folga de mancalização 7 na região do restritor 1 de fluxo atinja uma pressão Pi’, maior que a pressão intermediária Pi . Este aumento de pressão atua no sentido de evitar que o pistão 2 se aproxime ainda mais da parede do cilindro 3 na região do restritor 1 de fluxo, evitando o contato entre o pistão 2 e o cilindro 3.

[065] Por outro lado, na região da folga de mancalização 7 oposta (figura 4: detalhe B), o pistão 2 se afasta da parede do cilindro 3 e do restritor 1 de fluxo. O aumento da folga de mancalização 7 leva à diminuição de perda de carga do fluxo de gás na região da folga, aumentando a vazão de gás que passa pela folga e restritor 1 de fluxo. O aumento de velocidade do fluxo de gás aumenta a perda de carga do fluxo no restritor 1 de fluxo, o que faz com que o gás chegue na folga de mancalização 7 na região do restritor 1 de fluxo com uma pressão Pi'' menor que a pressão intermediária Pi . Esta diminuição da pressão intermediária na região do restritor 1 de fluxo atua no sentido de reestabelecer o equilíbrio de força do mancal, evitando o contato do pistão 2 contra a parede na região oposta do cilindro 3.

[066] O restritor 1 de fluxo compreende pelo menos um elemento poroso 8, associado ao alojamento 12, dotado de pelo menos uma porção restritora provida de uma porosidade dimensionada para limitar o fluxo de gás que flui da cavidade interna 6 à folga de mancalização 7. Preferencialmente, a porção restritora é posicionada no interior do alojamento 12. Desta maneira, o gás passa pelo elemento poroso 8 em direção à folga de mancalização 7, formando um colchão de gás que evita o contato entre o pistão 2 e o cilindro 3.

[067] Note-se que, ao passar pelo elemento poroso 8, o gás pode conter partículas de poeira ou detritos que tendem a se acumular na face superior do elemento poroso 8, por ser esta a primeira região de contato com tais resíduos. Como resultado, esta primeira porção de contato com o gás acaba por acumular os tais resíduos, congestionando a passagem de gás por esta estrutura, interferindo na restrição do gás e, consequentemente, na sua vida útil.

[068] Entretanto, tal problemática pode ser resolvida através de uma configuração em que o elemento poroso 8 seja dotado, na porção superior, de uma maior área de contato com o gás, distribuído assim os resíduos por essa região, com vista a prolongar a vida útil. Um configuração preferencial que de tal solução pode ser encontrada na figura 12 que revela um restritor 1 dotado de um elemento poroso 8 dotado de uma cabeça 26 com uma secção transversal maior que o restante corpo do elemento poroso 8. Esta cabeça 26 atuará, portanto, como um filtro das impurezas presentes no gás de modo a prolongar o tempo de vida do restritor 1 de fluxo, isto é, o restritor 1 operá por mais tempo antes que seja obstruído pelas impurezas.

[069] Em uma segunda configuração preferencial, a figura 12 mostra um elemento poroso 8 dotado de uma concavidade 27 (em forma de “funil”) com vista a aumentar a área superficial da extremidade superior do elemento poroso 8 que manterá o primeiro contato com o fluxo de gás e, desse modo, será a primeira região a atual como elemento filtrante as impurezas do gás. Naturalmente que outras soluções poderão ser usadas para aumentar a área de contato superior na região de entrada do gás no elemento poroso 8.

[070] Cumpre notar que todo o gás utilizado na mancalização representa uma perda de eficiência do compressor, pois a função primordial do gás é ser enviado para o sistema de refrigeração e prover a redução de temperatura. Sendo assim, o gás desviado para a mancalização deve ser o mínimo possível para não comprometer a eficiência do compressor. Diante disso, a porosidade da porção restritora do elemento poroso 8 foi projetada para possuir uma porosidade preestabelecida, e, além disso, o elemento poroso 8 foi projetado para possuir uma secção transversal e um comprimento também preestabelecido, onde a relação entre a porosidade, a área da seção transversal da porção restritora e o comprimento do elemento poroso 8 é configurada para limitar o fluxo de gás que flui da cavidade interna 6 à folga de mancalização 7 de uma maneira ótima. Preferencialmente, a porosidade do elemento poroso 8 varia entre 10% a 30. A secção transversal e o comprimento do elemento poroso 8 poderão variar de acordo com a concretização preferencial a ser implementada, conforme pode ser visto nas figuras 5A, 5B, 5C, 5D, 5E, 5F, 5G, 6A, 6B, 6C, 6D e 6E.

[071] Em outras palavras, considerando que a perda de carga imposta ao fluxo de gás que passa pelo elemento poroso 8 é proporcional à relação da porosidade com o seu comprimento e diâmetro, pode-se dimensionar o dito elemento poroso 8 variando-se esta relação de grandezas. Para um determinado comprimento, quanto maior a porosidade menor a restrição imposta ao fluxo. Considerando uma mesma porosidade, para um determinado diâmetro interno, quanto maior o comprimento, maior a restrição ao fluxo de gás e vice-versa. Esta relação também se verifica com o aumento da secção transversal. A partir desta relação das variáveis - porosidade, área transversal ao fluxo e comprimento - pode-se atingir a perda de carga necessária a qualquer mancal do compressor de gás 4.

[072] Por exemplo, tendo em vista que o pistão 2 sofre com perda de sustentação quando se encontra em seu ponto morto superior devido à alta pressão existente na câmara de compressão 16, é desejável que os mancais desta região do cilindro 3 forneçam maior vazão de gás do que os mancais presentes na parte inferior do cilindro 3. Neste caso, pode-se atuar em uma das variáveis acima mencionadas para se atingir uma maior vazão nos restritores de fluxo 1 montados na região mais próxima das válvulas de sucção 14 e de descarga 15.

[073] Os elementos porosos 8 podem consistir, por exemplo, de material cerâmico, metálico ou qualquer outro material poroso, podendo ser obtidos por qualquer processo capaz de garantir as características de porosidade necessárias. Um entre os muito material que podem ser usados é o aço inoxidável.

[074] O elemento poroso 8 pode apresentar qualquer forma, sendo que em uma configuração preferencial pode ter uma forma substancialmente cilíndrica, forma essa que se adequaria bem a um alojamento 12 obtido através de um processo simples de furação da parede do cilindro 3.

[075] Assim, podem ser utilizadas diversas geometrias de alojamento 12 e elemento poroso 8 por forma a possibilitar e facilitar a montagem, garantindo o correto posicionamento do elemento poroso 8 com relação ao cilindro 2. As figuras 5A, 5B, 5C, 5D, 5E, 5F e 5G mostram uma primeira, segunda, terceira, quarta, quinta, sexta e sétima configurações preferenciais onde ocorre uma fixação do elemento poroso 8 por interferência no alojamento 12 do cilindro 3. Alternativamente, o elemento poroso 8 pode ser rosqueado no alojamento 12 (não mostrado).

[076] Conforme pode ser visto na concretização preferenciais ilustradas na figura 5B (segunda concretização preferencial), o alojamento 12 pode possuir uma extremidade chanfrada voltada para a cavidade interna 6, o que facilita a inserção do elemento poroso 8.

[077] O alojamento 12 e o elemento poroso 8 (figura 5C) podem ser paralelos ou cônicos (figura 5A e 5C), o alojamento 12 pode apresentar um furo escalonado (figura 5D), servindo o diâmetro menor para limitar e posicionar axialmente o elemento poroso 8 com relação ao cilindro 3. Em outra configuração preferencial, o alojamento 8 pode ter um ressalto (figura 5E) para a mesma função de posicionamento. Note-se também que a forma do alojamento 12 resultante da furação com brocas comerciais pode servir para posicionar o elemento poroso 8 (figura 5F).

[078] Por sua vez, a fixação dos elementos porosos 8 no cilindro 3 deve garantir a vedação entre o elemento poroso e as paredes do alojamento 12, obrigando assim o gás a passar pelo meio poroso e assim sofrer a queda de pressão necessária ao funcionamento do mancal aerostático. Deve ser evitada a passagem do gás, pelo menos em grande quantidade, por uma eventual folga entre o elemento poroso 8 e a parede do cilindro 3. Note-se que a restrição ao fluxo oferecida pelo elemento poroso 8 é muito grande e, por conta disso, qualquer folga ou imperfeição na superfície do elemento poroso 8 ou do alojamento 12 poderá causar um desvio de fluxo e queda na perda de carga.

[079] As figuras 7A, 7B, 7C e 7D mostram o caminho preferencial do gás quando da existência de folga entre o elemento poroso 8 e o alojamento 12. Nestes casos, devido a queda da perda de carga causada pelo desvio do fluxo, ocorre um aumento de vazão de gás, o que além de diminuir a eficiência do compressor 4, põe em risco o funcionamento do mancal aerostático. A figura 7E mostra um exemplo de como deverá ocorrer o fluxo de gás da presente invenção, isto é, que o gás deve passar por toda a seção transversal do elemento poroso 8, pois só assim se alcança a vazão requerida no mancal.

[080] O elemento poroso 8 deve ser associado ao alojamento 12 através de qualquer solução que garanta a vedação entre o elemento poroso 8 e parede do alojamento 12 no cilindro 3. Alguns exemplos de tais configurações construtivas são apresentados pelas figuras 6A, 6B, 6C, 6D e 6E. Além das possibilidades já referidas, interferência ou rosqueamento, a fixação do elemento poroso 8 no alojamento 12 pode ser alcançada através de colagem, sendo recomendável usar uma cola com viscosidade tal que esta não penetre no elemento poroso 8 por capilaridade, situação que poderia diminuir a vida útil do elemento poroso 8, ou mesmo comprometer o seu correto funcionamento.

[081] Assim, o elemento poroso 8 pode ser dotado de uma porosidade substancialmente igual em todo o seu volume (vide figura 8A), ou, de modo a facilitar a possibilidade de fixação por colagem, o elemento poroso 8 pode ser dotado de duas porosidades diferentes, ou seja, uma porosidade menor em sua região externa e uma porosidade maior em sua região interna (vide figura 8B).

[082] Em uma situação de dupla porosidade, pode-se ter uma porosidade interna que varie, por exemplo, entre os 10% e os 30% e uma porosidade externa que seja inferior a 6%. Note-se que o objetivo de ter um elemento poroso 8 dotado de dupla porosidade, é o de impedir que a cola ou adesivo utilizado em sua vedação penetre o interior do elemento poroso 8, ou seja, a sua porção funcional.

[083] Em uma oitava configuração preferencial, a figura 6A mostra a inserção do elemento poroso 8 em uma bucha de vedação 11 (que pode ser constituída de plástico, plástico termorretrátil, por exemplo) com posterior colagem ou inserção por interferência do conjunto no alojamento 12 do cilindro 3.

[084] A figura 6B mostra uma nona configuração preferencial com uma solução similar, sendo que neste caso o elemento poroso 8 é inserido em uma bucha de vedação 11, sendo o conjunto posteriormente inserido em um furo cônico de forma a que a bucha de vedação 11 se deforme de acordo com o alojamento 12, ficando assim nele fixado.

[085] Adicionalmente, a figura 9 revela outra forma de vedação do restritor 1, que pode compreender uma camisa deformável 29 inserida no alojamento 12 junto com o restritor 1 de fluxo. Após a inserção é promovida uma deformação plástica da camisa deformável 29. Esta deformação é capaz de preencher quaisquer microespaçamentos existentes entre as interfaces formadas pelo conjunto da camisa deformável 29 e o alojamento 12 e entre a camisa deformável 29 e o elemento poroso 8. Tal deformação pode ser provocada por uma ferramenta 28 que em uma de suas extremidades compreenda uma secção análoga ao do espaçamento ocupado pela camisa 29, por exemplo, tubular, de modo a pressioná-la, deformando-a. Como resultado adicional, note-se que a compressão da camisa deformável 29 fará com que fique disposta abaixo da face superior do elemento poroso 8. Deste modo, a porção superior do elemento poroso 8 que não se encontra envolta pela camisa deformável 29, aumentará à área que atuará como elemento filtrante dos resíduos existentes no gás.

[086] Note-se que esta camisa deformável 29 pode ser constituída de qualquer tipo de material que se deforme plasticamente a partir de um limite máximo de pressão, tais como materiais metálicos, compósitos ou poliméricos. Um dos materiais aplicados pode ser uma massa deformável do tipo durepoxi®, que após o processo de aplicação pode ser submetida a uma etapa de cura configurada para dar rigidez à forma compactada da camisa deformável.

[087] Uma forma adicional de vedação pode compreender uma aba de vedação 25 (vide figura 10) disposta em uma das extremidades do elemento poroso 8. Esta forma de vedação adicional , de modo preferencial, mas não obrigatório, requer que o elemento poroso 8 seja de dupla porosidade (tal como previamente descrito, e revelado na figura 8B). Adicionalmente, é necessário que a aba de vedação 25 possua uma secção transversal maior que a secção transversal do resto do corpo do elemento poroso 8 e, concomitantemente, deve compreender um sulco radial 24 disposto em seu interior. Note-se que o sulco radial 24 deverá estar voltado para a entrada do fluxo de gás, objetivando que esta aba de vedação 25 se flexione internamente quando o elemento poroso 8 é pressionado contra um alojamento 12, ocorrendo a vedação.

[088] Alternativamente, ao invés de o elemento poroso 8 do exemplo anterior ser dotado de dupla porosidade, pode antes ser um elemento poroso 8 dotado de uma camada externa de um material com características elásticas, do tipo polimérico/elastômero. Assim, em vez de a aba de vedação 25 se deformar radialmente no sentido do centro do elemento poroso 8 como no exemplo anterior, a pressão do fluxo de gás irá promover a flexão elástica e radial da aba de vedação 25 em direção ao alojamento 12, ocorrendo a vedação.

[089] Note-se que este restritor 1 de fluxo que compreende a aba de vedação 25 pode ser inserida no alojamento 12 com a face correspondente à porção deformável 25 voltada para cavidade interna 6 ou para a folga de mancalização 7 (vide figura 3), podendo o alojamento 12 ser configurado tanto para uma quanto para a outra disposição.

[090] A fixação do elemento poroso 8 no alojamento 12 do cilindro 3 pode ser também alcançada pela simples interação entre o elemento poroso 8 e o alojamento 12. Para tal, o elemento poroso 8 deverá ter uma plasticidade tal que lhe permita sofrer uma deformação substancialmente externa e parcial de modo a acomodar-se no alojamento 12. Note-se que a possibilidade de fratura é uma das grandes dificuldades presentes nestas tecnologias, posto que a possibilidade de fratura frágil do restritor poderia ocorrer durante a fixação, dado o baixo limite elástico de tais elementos. Para tal, pode- se utilizar um elemento poroso 8 metálico, pois como se sabe, o metal tem uma capacidade de deformação plástica muito superior aos materiais cerâmicos.

[091] De maneira preferencial, são implementados no compressor de gás 4, pelo menos três restritores de fluxo 1 em uma dada seção do cilindro 3 e pelo menos duas seções de restritores de fluxo 1 no cilindro 3, a fim de manter o equilíbrio do pistão 2 dentro do cilindro 3. Além disso, os restritores de fluxo 1 são posicionados de tal maneira que, mesmo com o movimento de oscilação do pistão 2, eles nunca ficam descobertos, ou seja, o pistão 2 não sai da área de atuação dos restritores de fluxo 1.

[092] Preferencialmente, o elemento poroso 8 é substancialmente cilíndrico e possui uma seção transversal de formato substancialmente circular, uma vez que a confecção do alojamento 12 pode ser feita por um processo simples e barato como furação. Naturalmente que os elementos porosos 8 podem apresentar outras formas de seção transversal.

[093] Ainda de maneira preferencial (primeira, segunda, quarta, sexta, oitava, nona e décima primeira concretizações preferenciais, ilustradas nas figuras 5A, 5B, 5D, 5E, 6A, 6B e 6D respectivamente), o elemento poroso 8 possui um perfil substancialmente em “I” (em outras palavras, cilíndrico).

[094] Alternativamente, de acordo com a terceira concretização preferencial da presente invenção, o elemento poroso 8 possui um perfil de formato substancialmente em cone, conforme ilustrado na figura 5C.

[095] Na quarta, décima e décima segunda concretizações preferenciais da presente invenção, ilustrada nas figuras 5E, 6C e 6E, respectivamente, o elemento poroso 8 possui um formato substancialmente em “T”.

[096] De acordo com a sétima concretização preferencial da presente invenção, o elemento poroso 8 compreende uma porção extrema 23 configurada em formato substancialmente cônico, a porção extrema 23 sendo inserível no alojamento 12, conforme pode ser visto na figura 5F. Tal formato cônico facilita a inserção do restritor 1 de fluxo, de modo a facilitar a vedação.

[097] De acordo com a décima, décima primeira e décima segunda concretizações preferenciais da presente invenção, ilustradas nas figuras 6C, 6D e 6E o restritor 1 de fluxo compreende um anel de vedação 10 disposto no interior do alojamento 12, sendo que o anel de vedação 10 envolve radialmente pelo menos uma porção do elemento poroso 8. Preferencialmente, o anel de vedação 10 consiste em um anel do tipo O-ring. O elemento poroso 8 deve manter um contato que garanta a vedação de suas laterais, podendo ser usado, neste caso, cola ou montagem por interferência.

[098] Desta maneira, o elemento poroso 8 pode possuir um comprimento da mesma ordem de grandeza da espessura da parede do cilindro 3, bem como ser mais curto ou comprido, ou até mesmo possuir um comprimento menor que o diâmetro externo, assumindo uma forma de disco, conforme a primeira concretização do restritor 1 de fluxo da presente invenção, ilustrada na figura 5A.

[099] Portanto, a presente invenção proporciona diversas maneiras de fixação do elemento poroso 8, de modo a garantir a vedação entre a parede externa do dito elemento poroso 8 e a parede interna do alojamento 12, obrigando o gás a passar pela porção porosa do elemento poroso 8 para sofrer a queda de pressão necessária ao funcionamento do mancal aerostático. Em outras palavras, a presente invenção permite que o gás não passe por uma eventual folga entre o elemento poroso 8 e a parede do cilindro 3. Em suma, as concretizações preferenciais ilustradas nas figuras 5A a 6E, acima descritas, mostram diferentes maneiras de garantir a fixação e vedação dos elementos porosos 8 no alojamento 12, podendo elas ser realizadas segundo qualquer uma ou qualquer combinação das concretizações preferenciais acima apresentadas.

[100] Tendo sido descritos exemplos de concretizações preferidos, deve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras possíveis variações, sendo limitado tão somente pelo teor das reivindicações apensas, onde são incluídos os possíveis equivalentes.

Claims

1. Compressor de gás (4) compreendendo uma mancalização aerostática entre um pistão (2) e um cilindro (3), o compressor de gás (4) compreendendo pelo menos: - um bloco (5) que envolve externamente o cilindro (3); - uma cavidade interna (6) disposta entre o bloco (5) e o cilindro (3), a cavidade interna (6) sendo alimentada fluidicamente por um fluxo de descarga proveniente de um movimento de compressão exercido pelo pistão (2) no interior do cilindro (3); - uma folga de mancalização (7) separando uma parede externa do pistão (2) e uma parede interna do cilindro (3); e - um alojamento (12) que associa fluidicamente a cavidade interna (6) à folga de mancalização (7), - um restritor de fluxo (1) posicionado no interior do alojamento (12), o compressor de gás (4) caracterizado pelo fato de que o restritor de fluxo (1) compreende um elemento poroso (8) e uma camisa deformável (29) envolvendo radial e longitudinalmente pelo menos uma porção do elemento poroso (8), a camisa deformável (29) promovendo a vedação pela deformação plástica, em que a deformação da camisa deformável (29) veda as interfaces entre a camisa deformável (29) e o alojamento (12) e entre a camisa deformável (29) e o elemento poroso (8), o elemento poroso (8) sendo dotado de uma porosidade, limitando assim o fluxo de gás que flui da cavidade interna (6) à folga de mancalização (7).

2. Compressor de gás (4) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento poroso (8) tem um comprimento igual ou menor que a espessura da parede do cilindro (3).

3. Compressor de gás (4) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento poroso (8) é dotado de pelo menos uma secção transversal circular.

4. Compressor de gás (4) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento poroso (8) possui um perfil de formato em “I”.

5. Compressor de gás (4) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o alojamento (12) é cilíndrico.

6. Compressor de gás (4) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o alojamento (12) é cônico.

7. Compressor de gás (4) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os restritores de fluxo (1) são posicionados de forma que o pistão (2) mantém constantemente contato com a área de atuação dos restritores de fluxo (1).