10 ajustes pouco conhecidos do compressor de ar VSD

Por Ron Marshall para o Compressed Air Challenge®

A introdução de compressores de ar de parafuso rotativo controlados por inversores de velocidade variável (VSDs) é uma das melhores inovações em eficiência energética introduzidas na indústria nos últimos anos. Esse estilo de controle do compressor pode reduzir significativamente a energia desperdiçada pelos compressores funcionando na condição de descarregados. Mas o tipo de controle VSD oferecido por vários fabricantes pode diferir e algumas dessas diferenças podem afetar a eficiência do sistema. Este artigo discute alguns ajustes pouco conhecidos no controle do compressor VSD , incluindo alguns que usam recursos ocultos que às vezes podem ser implementados para aprimorar as economias obtidas pela instalação desse tipo de compressor.

Observe que essas medidas são exemplos de estratégias implementadas no território de serviço da Manitoba Hydro do autor. Onde foram feitos ajustes, os fornecedores do equipamento foram consultados para não afetar a vida útil ou a operação adequada do equipamento.

1. Coordene os níveis de meta e início / parada.

Os controles VSD geralmente têm quatro configurações principais de pressão. Três deles são para controlar as faixas de pressão de partida / parada ou carga / descarga que são usadas quando o compressor opera abaixo da velocidade mínima. O restante é definir a meta de VSD, que é onde o compressor retém sua pressão de descarga enquanto varia sua velocidade. Existem várias configurações padrão programadas nesses controles quando saem de fábrica - algumas resultando em uma operação menos adequada do compressor.

Alguns fabricantes bloqueiam o destino VSD na configuração "start" para que sejam exatamente os mesmos. Outros permitem o ajuste independente do alvo VSD para qualquer configuração dentro de um limite definido. Onde o ajuste independente é permitido, existem algumas condições que podem causar problemas. Se a pressão alvo for acidentalmente definida acima da configuração de partida / parada ou carga / descarga, o compressor sempre funcionará totalmente carregado - uma condição ineficiente para um compressor VSD - e iniciará / parará ou carregará / descarregará entre os dois pontos de ajuste. Se o ponto de ajuste alvo for inadvertidamente ajustado abaixo da faixa de pressão, o VSD funcionará na velocidade mínima enquanto estiver entre os pontos de ajuste alto e baixo. No entanto, ele não funcionará em sua faixa variável, a menos que a pressão caia muito abaixo da faixa de pressão, outra condição indesejável.

Se o ponto de ajuste de destino estiver em algum lugar entre os pontos de ajuste alto e baixo, é muito comum ver essa configuração exatamente no meio e, em seguida, o compressor aumentará imediatamente para a velocidade máxima sempre que for necessário iniciar o compressor. Primeiro, tentará empurrar rapidamente a pressão até a pressão alvo e reduzirá a velocidade para regular a pressão. Essa condição aumenta a frequência de partida / parada do compressor e causa flutuações rápidas na pressão, às vezes uma condição indesejável. Essa configuração também costuma fazer com que a pressão alvo seja maior do que o necessário, fazendo com que o compressor consuma mais energia devido à pressão média de descarga mais alta. No território da Manitoba Hydro, os clientes são incentivados a definir a pressão desejada no ponto de partida / carga ou próximo a ela, resultando em um ciclo mais lento do compressor e em pressões mais baixas mais estáveis.

2. Diminua a frequência de início / parada ampliando a faixa de pressão.

Pressão estável e constante é o objetivo final no controle de qualquer sistema de ar comprimido. Aqueles que estão familiarizados com o controle de carga / descarga perceberão que a pressão do sistema é controlada entre dois pontos de ajuste: a carga e o ponto de descarga. Esse tipo de controle causa uma forma de onda da pressão do dente de serra se visualizada em um gráfico de dados de pressão com base no tempo (Figura 1). Os compressores VSD, por outro lado, manterão a pressão a uma pressão alvo constante, acelerando ou diminuindo a velocidade do motor do compressor.

Figura 1: A forma de onda típica dente de serra resulta em pressão média maior que a necessária, fazendo com que o compressor fique com carga máxima quando a partida aumenta a frequência do ciclo. - Clique aqui para ampliar

Mas os compressores podem desacelerar muito, com a redução limitada pelas características dos componentes do compressor. O principal fator que causa essa limitação é o motor do compressor, que não consegue se resfriar adequadamente a velocidades excessivamente baixas. Uma segunda limitação é o elemento de compressão do parafuso, que deve manter uma certa rpm mínima ou então as perdas internas (vazamento de volta através do elemento) se tornarão excessivas. Para resolver esse problema, qualquer compressor VSD terá uma certa velocidade mínima em que o controle de velocidade variável é assumido por algum outro método de controle.

Uma maneira comum de controlar os compressores VSD em fluxos abaixo da velocidade mínima é iniciar / parar ou carregar / descarregar o compressor. Este modo de controle também produz a forma de onda típica dente de serra do modo de controle de carga / descarga. Como os fabricantes de compressores reconhecem que essa forma de onda dente de serra produz flutuações indesejáveis na pressão, alguns fabricantes tendem a fornecer compressores com faixas de pressão muito estreitas, às vezes com apenas 3 a 4 psi de largura. Infelizmente, uma faixa de pressão muito estreita, se instalada em um sistema com capacidade de armazenamento mínima, resultará em partidas e paradas excessivas do compressor e, às vezes, transporte excessivo de lubrificante.

Quando os compressores VSD foram introduzidos pela primeira vez, alguns fornecedores estavam promovendo a capacidade de "partidas e paradas ilimitadas". No entanto, o senso comum determina que a introdução de um dispositivo mecânico para dizer de 50.000 a 100.000 partidas por ano nos primeiros anos de sua vida útil pode reduzir bastante a vida útil dos controles e dos componentes do compressor.

Aumentar a faixa de pressão de partida / parada e adicionar armazenamento significativo ao sistema reduzirão a frequência do ciclo do compressor ao operar abaixo da velocidade mínima e permitirão tempos de execução longos o suficiente para aquecer o compressor até as temperaturas operacionais. O tamanho típico de regra de ouro usado na área de Manitoba Hydro é de 10 galões de armazenamento instalados para cada cfm na velocidade mínima do compressor. A introdução de uma faixa de pressão mais ampla de 10 psi significa que a frequência máxima de partida e parada é de uma vez a cada 4 minutos a 50% da velocidade mínima.

A propósito, se o seu compressor estiver gastando muito tempo na faixa de velocidade mínima, pode ser necessário redimensioná-lo ou poderão ocorrer problemas. Na velocidade mínima, muito pouco calor é gerado. Isso é resultado direto de boa eficiência, que pode permitir que o excesso de umidade se acumule no lubrificante do compressor. Em um compressor padrão, o calor da compressão normalmente elimina essa umidade.

3. Elimine o tempo de execução descarregado, reduzindo a configuração do timer de descarregamento.

O controle dos compressores VSD varia entre os fabricantes. Algumas marcas de compressores desligam imediatamente quando a pressão atinge o nível de "parada", enquanto outras continuam a funcionar no estado sem carga. Outros ainda podem ter uma configuração de seleção de modo em algum lugar do controle que permite selecionar se o compressor será desligado imediatamente ou não. Uma marca conta o número de partidas por hora e permite desligar quando as condições permitirem, economizando energia.

Quando no estado descarregado, os compressores de parafuso - sejam eles velocidade fixa ou VSD - continuam consumindo energia enquanto não produzem ar, reduzindo a eficiência geral da unidade. Freqüentemente, quando boas práticas de projeto de ar comprimido são seguidas, existem condições em que o temporizador de operação pode ser bastante reduzido ou até ajustado para zero para evitar essa condição desnecessária. Esse ajuste precisa ser limpo pelo fornecedor do compressor para evitar problemas de garantia. Se o compressor tiver uma configuração de pressão ampla o suficiente e um armazenamento grande o suficiente para trabalhar com o número de partidas e paradas puder ser limitado, você poderá evitar problemas devido ao ciclo excessivo e ainda assim permitir uma operação mais eficiente.

4. Instale o sensoriamento remoto de pressão.

É comum ver que os compressores VSD mantêm uma pressão muito precisa em sua descarga, enquanto a pressão da planta diminui devido a diferenciais de pressão nas tubulações, filtros e secadores de ar. Esses diferenciais de pressão podem ser pequenos quando os fluxos são baixos, mas grandes durante as demandas de pico da planta. Como ter uma pressão estável da planta é o objetivo final, é uma boa idéia tornar remota a detecção de pressão do compressor, onde isso pode ser feito com segurança, sem exceder a capacidade de pressão do compressor. A adição de um sensor de pressão remoto permite ao VSD "ver" além de qualquer queda de pressão na sala do compressor e regular com precisão a pressão da planta.

Essa medida também economiza energia porque a pressão desejada pode ser definida exatamente onde é necessária, e não em um nível artificialmente alto para compensar o pior diferencial de pressão. Quando os fluxos são baixos, há um diferencial de pressão mínimo entre os componentes de limpeza: Portanto, o compressor mantém a descarga baixa. Durante fluxos mais altos, o compressor aumentará automaticamente sua pressão de descarga para compensar o diferencial de pressão, mas apenas durante essas condições.

5. Ajuste as configurações de controle do PID.

Às vezes, quando o sensoriamento remoto é implementado, ou quando as características da demanda de ar comprimido contêm cargas muito variadas, o compressor constantemente excede e diminui a pressão alvo. Existem algumas condições em que essa instabilidade resulta no controle instável do compressor, causando uma saída de pressão sinusoidal regular à medida que o compressor tenta, sem sucesso, atender à pressão alvo. Devido à natureza do ar comprimido, ele age como uma mola, tem impulso e oscila dentro dos tubos. Consequentemente, às vezes é difícil controlar a pressão com precisão. Por esses motivos, os fabricantes de compressores VSD colocam algoritmos de controle PID nos compressores para ajudar a resolver esses problemas e estabilizar a pressão. Mas os fabricantes simplesmente ajustam as configurações padrão às condições médias e seu sistema pode ter características diferentes (Figura 2).

Figura 2: Este compressor (linha laranja) exibe instabilidade, exigindo um ajuste dos parâmetros do PID. - Clique aqui para ampliar

Quando um compressor VSD está constantemente subindo e subindo, as tensões mecânicas e elétricas estão afetando negativamente o compressor. Se você achar que isso está acontecendo no seu sistema, peça ao seu fornecedor para fazer ajustes cuidadosos. É raro encontrar um sistema que não possa ser ajustado ajustando o loop PID e / ou adicionando a capacidade do receptor de armazenamento.

6. Defina os níveis de pressão cronometrados.

Alguns controles do compressor VSD possuem recursos de agendamento interno, onde diferentes pressões podem ser programadas durante diferentes períodos da semana ou dia. Além disso, alguns controles permitem que diferentes níveis de pressão sejam programados para responder à posição de um comutador externo. Dessa maneira, o compressor pode ser programado para operar em baixa pressão - por exemplo, durante as noites e fins de semana -, mas aumentar a pressão durante os turnos principais. Além disso, um comutador externo pode ser usado para disparar níveis mais altos de pressão de curto prazo durante eventos ocasionais que precisam de pressão mais alta, como enchimento de pneus de 110 psi, mas permitem que o sistema retorne às operações normais de 90 psi durante condições médias. Isso economiza energia, reduzindo a demanda artificial e a pressão média de descarga do compressor.

7. Elimine a modulação de velocidade mínima.

Alguns compressores VSD também possuem controles de modulação de entrada que são usados para obter recursos de redução muito baixos (na faixa de 12% da carga total) para obter um melhor controle de pressão em toda a faixa de operação do compressor. Infelizmente, como os compressores de velocidade fixa, a aplicação da modulação nos compressores VSD resulta em níveis de eficiência inferiores ao ideal. Em alguns casos, esses controles de modulação foram inadvertidamente ajustados para restringir o fluxo de entrada dentro da faixa variável de operação do compressor.

No território da Manitoba Hydro, incentivamos nossos clientes a eliminar a modulação dos compressores VSD ajustando a configuração da modulação bem longe do alvo e iniciando / parando a faixa de pressão. Isso requer ajuste do fornecedor do compressor e, às vezes, mais armazenamento do sistema para reduzir a frequência de partida / parada, mas muitas vezes aumenta a eficiência do sistema.

8. Aumente as configurações de velocidade mínima.

Se você examinar a curva CAGI de alguns compressores, verá que a eficiência (kW / 100 cfm) da maioria dos compressores VSD diminui à medida que o compressor se aproxima da velocidade mínima. Essa degradação da eficiência varia de acordo com a marca e o modelo do compressor e parece ser mais pronunciada para compressores menores de 75 hp ou menos. Frequentemente, os fabricantes limitam a velocidade mínima de sua marca de compressor para manter as unidades fora da faixa ineficiente. Quando isso não é feito, os controles do compressor podem ter uma configuração de velocidade mínima oculta nos parâmetros de controle que podem ser ajustados para manter o compressor em velocidades mínimas mais eficientes e mais altas. Esse ajuste é fornecido com uma troca, reduzindo a faixa variável.

No território da Manitoba Hydro, solicitamos que nossos clientes aumentem suas configurações de velocidade mínima, quando aplicável, e adicionem armazenamento maior para compensar essa alteração e tornar os compressores mais eficientes. O ajuste da velocidade mínima é feito pelo fornecedor do compressor.

9. Reduza as configurações de velocidade máxima.

Às vezes, um compressor muito grande é comprado por uma empresa em antecipação a níveis de produção futuros mais altos. Se um compressor grande for instalado em um sistema com altas cargas de pico, o compressor poderá contribuir para os custos de demanda de pico da instalação, custando custos elétricos adicionais.

Alguns compressores VSD têm uma configuração de rotação máxima, onde o kW máximo do compressor pode ser temporariamente reduzido. Quando feito em conjunto com capacidade de armazenamento adicional, esse ajuste pode reduzir os custos elétricos.

10. Emparelhe o compressor VSD com o compressor menor.

Freqüentemente, quando um compressor VSD é instalado muito grande para a carga, a unidade passa a maior parte de seu tempo operacional no modo de partida / parada abaixo da faixa variável. A maioria dos fabricantes dirá que a operação a longo prazo nesse modo não é desejável devido aos motivos já mencionados. Isso geralmente ocorre em sistemas que alimentam oficinas de reparos automotivos ou similares, onde a carga média pode ser muito leve (10 a 20%), mas os picos de fluxo ocorrerão durante a operação de grandes ferramentas pneumáticas. Nesses casos, onde o redimensionamento do compressor não é prático, pode ser aconselhável instalar um compressor muito menor, que também pode ser controlado por VSD para alimentar cargas muito leves, mas ter o compressor grande configurado para funcionar durante altas cargas. Dessa forma, cada compressor em operação, grande ou pequeno, corresponderia às condições operacionais e funcionaria dentro da faixa ideal de carga, economizando custos futuros de reparo.

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