Fundamentos da Compressão: O Compressor Labirinto de Burckhardt

O crescimento do mercado de gás natural liquefeito (GNL) resultou no aumento da aplicação de compressores labirínticos em instalações estacionárias e marítimas. Os compressores labirínticos verticais de pistão em linha empregam uma tecnologia exclusiva entre o pistão e a parede do cilindro, e entre a haste do pistão e a gaxeta de vedação da haste. O efeito de vedação labiríntica é criado por inúmeros pontos de estrangulamento minúsculos que impedem o vazamento de alta para baixa pressão. Em cada ponto de estrangulamento, a energia de pressão é transformada em energia cinética como resultado da restrição do fluxo. O processo continua em cada combinação de ponto de estrangulamento e câmara de volume ao longo da parede do pistão e ao longo da gaxeta da haste até que a redução de pressão necessária seja atingida. Um pequeno volume de folga é mantido entre as superfícies adjacentes e a quantidade limitada de gás que passa pelo sistema de vedação é recuperada internamente. Essa vedação sem contato do pistão e da haste é realizada sem a necessidade de lubrificação e sem contato físico que resultaria em atrito mecânico ou desgaste dos elementos de vedação na área do cilindro do compressor. Isso proporciona vantagens para a compressão de gases puros sem contaminação, e os compressores de labirinto geralmente apresentam intervalos maiores entre revisões do que outros tipos de compressores alternativos.

No entanto, os compressores labirínticos não são uma novidade. A maioria é produzida hoje pela Burckhardt Compression , mas foram introduzidos pela primeira vez pela Sulzer para compressão de amônia em uma cervejaria em Zurique, na Suíça, em 1935. Após vários anos de cooperação, a Sulzer adquiriu a Burckhardt Engineering Works em 1969. Alguns anos depois, a empresa foi renomeada para Sulzer-Burckhardt AG. Antes disso, tanto a Sulzer quanto a Burckhardt tinham uma longa tradição industrial, a Sulzer principalmente em motores a vapor e motores a diesel, e a Burckhardt em compressores alternativos.

A Sulzer foi fundada em 1834 por Johann Jakob Sulzer-Neuffert em Winterthur, na Suíça. Com seus dois filhos, Johann e Salomon, a empresa começou a produzir ferro fundido. Em 1841, os irmãos Sulzer produziram sua primeira máquina a vapor. Em 1851, o engenheiro projetista inglês Charles Brown juntou-se à equipe, e a Sulzer desenvolveu máquinas a vapor inovadoras por décadas. Em 1898, iniciou uma parceria com Rudolph Diesel, que levou ao desenvolvimento do primeiro motor a diesel Sulzer. Já em 1880, a Sulzer também começou a construir máquinas de refrigeração, um empreendimento que mais tarde a levou ao desenvolvimento do compressor labiríntico para compressão de amônia sem óleo, utilizado em ciclos de refrigeração.

Franz Burckhardt fundou sua empresa em 1844 em Basileia, Suíça, fabricando máquinas para a indústria têxtil. Em 1856, a empresa começou a produzir máquinas a vapor e, em 1883, desenvolveu e vendeu seu primeiro compressor alternativo, uma máquina de estágio único que funcionava a seco e produzia uma pressão de 87 psig (6 bar). Sob a direção do filho de Franz, August, a empresa Burckhardt começou a desenvolver compressores de alta pressão. Em 1913, entregou um compressor de síntese de amônia de 4350 psig (300 bar) para a BASF na Alemanha, um cliente que havia adquirido um dos primeiros compressores da Burckhardt em 1885. Na década de 1920, a empresa começou a desenvolver compressores para processos de síntese de amônia de 12.327 psig (850 bar) e, posteriormente, de 14.500 psig (1000 bar). Em 1948, a tecnologia de alta pressão da Burkhardt havia evoluído para a produção de um compressor especial de 58.000 psig (4.000 bar) para uma planta piloto nos EUA e, em 1951, produziu onze hipercompressores de 21.750 psig (1.500 bar) para a produção de polietileno (PEBD).

A partir de 2000, a Sulzer começou a alienar várias de suas divisões para reestruturar seus negócios. Isso foi concluído em 2002, quando a Sulzer-Burckhardt foi vendida para sua equipe de gestão, tornando-se a Burckhardt Compression. Em 2006, a Burckhardt Compression abriu seu capital na bolsa de valores e se consolidou como uma das líderes mundiais em uma ampla gama de tecnologias de compressores alternativos .

Originalmente projetados em 1935 para a compressão segura de amônia, os compressores de labirinto, aprimorados e desenvolvidos continuamente pela Burckhardt, são utilizados em milhares de instalações para diversas aplicações no manuseio de gases complexos. Há décadas, são usados no tratamento de gases de evaporação em terminais de recebimento e exportação de GNL e em outras aplicações criogênicas. Outros exemplos específicos de aplicações de compressores de labirinto incluem a compressão de oxigênio para a produção de aço, monóxido de carbono para a produção de ácido acético e polipropileno. Muitas outras aplicações incluem a compressão de gases extremamente secos; gases úmidos; gases sujos, carregados de poeira e contaminantes em sistemas sujeitos a incrustações; gases limpos onde nenhuma contaminação é permitida; e gases reativos, explosivos, corrosivos ou tóxicos.

A operação sem contato do pistão e da haste do pistão em movimento exige mancais-guia lubrificados com precisão, que impedem o contato dos componentes lineares móveis com o cilindro estacionário do compressor e a bucha da haste do pistão. A configuração de curso vertical, os espaçadores extralongos e os raspadores de óleo no mancal-guia impedem a entrada de óleo na seção de gás de processo do compressor. A linha de compressores labirínticos da Burckhardt evoluiu para uma ampla gama de produtos, incluindo dois modelos capazes de comprimir gases a até 2200 psig (152 bar). O modelo tipo K possui um design hermético com dois a quatro cursos, com compressores que variam de 90 mm (3,5 pol.) de curso a 1000 rpm a 165 mm (6,5 pol.) de curso a 750 rpm e potências de 154 hp (115 kW) a 2226 hp (1660 kW) ou superiores. O projeto tipo D possui de dois a seis estágios com compressores que variam de 5,5 pol. (140 mm) de curso a 1000 rpm até 14,8 pol. (375 mm) de curso a 380 rpm e potências de 233 hp (174 kW) a 5460 hp (4000 kW) ou mais. Pressões ainda maiores são possíveis com arranjos de vedação especiais .

Após a virada do século, a Burckhardt começou a desenvolver compressores de alta pressão. Em 1913, entregou um compressor de síntese de amônia de 4350 psig (300 bar) para a BASF na Alemanha, um cliente que havia adquirido um dos primeiros compressores da Burckhardt em 1885. Em 1920, a Burckhardt construiu este compressor de síntese de amônia acionado por motor para pressão de até 14.500 psig (1000 bar).