11 considerações importantes para a seleção de um sistema de compressor de ar PET
Por Pete Rhoten, Engenheiro de Projetos Sênior, Hope Air Systems
Em 1979, recebi uma ligação de um amigo de negócios que acabara de comprar sua primeira máquina de sopro de copo de estágio único. Ele ficou surpreso ao descobrir que ele realmente precisava de algo mais do que 100 psi de ar da planta para soprar garrafas. Esta foi a minha entrada na engenharia de um sistema de compressor de polietileno tereftalato (PET). Desde então, projetei e entreguei mais de 350 sistemas - de Tobago ao Tibete - e muitos locais no meio.
Nos mais de trinta anos em que desenvolvi e forneci sistemas de compressores de ar PET, as pressões aumentaram de 250 psi para aplicações de sopro de bolhas - até 650 psi para projetos complexos de garrafas de alta velocidade. Atualmente, a tendência é reduzir ao máximo a pressão de sopro para a conservação de energia.
Tipos de sistemas de compressores de ar PET
Os sistemas de ar PET começaram com unidades de pistão lubrificadas com três estágios, refrigeradas a ar, em várias quantidades para sistemas menores e reforçadores refrigerados a água, isentos de óleo, três estágios ou dois estágios para os sistemas maiores. Nos últimos dez anos, as centrífugas de quatro estágios tornaram-se um popular compressor de ar de carga base, e as empresas menores adotaram boosters lubrificados de estágio único, refrigerados a ar. O rei da colina ainda é a máquina de pistão de três estágios, refrigerada a água e sem óleo.
Aqui está uma recapitulação dos tipos de compressores de ar disponíveis hoje:
Pistão refrigerado a ar lubrificado em três estágios - 15/40 CFM; somente lubrificado; comprime de atmosférico a 580 psi; vazão máxima de 40/80 CFM cada, portanto deve ser usada em múltiplos; fornece backup; boa utilização do espaço; moderadamente eficiente; Vida útil de 10 a 12 anos; muito rentável para pequenos sistemas
Impulsionadores de estágio único - 10/500 CFM; disponível em configurações lubrificadas e não lubrificadas; usa ar de entrada existente ou necessário de 125 a 175 psi, dependendo da pressão; utilização moderada do espaço; razoavelmente eficiente; Vida útil de 10 a 15 anos; solução muito econômica para fornecer ar comprimido PET
Boosters de estágio único - 600 / 2.000 CFM; normalmente sem óleo e com água; usa ar de entrada de 125 psi; baixa rotação; requer grande espaço; razoavelmente eficiente; custo moderadamente alto; Vida útil de 20 a 30 anos; usado onde uma grande quantidade de ar de baixa pressão está disponível; custos realistas para grandes sistemas
Centrífugo de alta pressão e quatro estágios - 1.800 / 5.000 CFM; sem óleo; espaço-eficiente; custo de energia ineficiente, a menos que a carga total; longos períodos de baixa manutenção com grandes reconstruções caras; custo moderado por CFM; Vida útil de 10 a 15 anos; escolha realista para carga básica em sistemas grandes
Pistão refrigerado a água em três estágios - 90/1400 CFM; sem óleo; resfriado a água; gastos razoavelmente eficientes em espaço na configuração; opção mais eficiente; pode ser alto nos custos de manutenção se as verificações de rotina não forem realizadas entre 4.000 e 6.000 horas; maior custo de investimento por CFM; Vida útil de 20 a 30 anos; grampo da maioria dos grandes sistemas de compressores de plantas PET
Definindo os requisitos de ar de sopro
Agora que sabemos qual equipamento está disponível, podemos avaliar alguns dos outros aspectos da determinação de qual sistema de ar comprimido faz mais sentido para várias aplicações da planta. Com base nas melhores práticas reunidas em mais de 30 anos de experiência, aqui estão 11 aspectos importantes a serem considerados ao definir os requisitos de ar de sopro para sua aplicação.
1. Tipo de planta : É uma partida ou uma adição a uma instalação existente? Como é o acesso ao serviço e peças? Ao selecionar um compressor para aplicativos de inicialização e remotos, você deve sempre tentar mantê-lo o mais simples possível.
2. Tipo de garrafa : Garrafas de água com design simples tendem a ter requisitos de pressão mais baixos quando comparadas a garrafas de alimentos e farmacêuticas com designs complexos. O mercado determinará o design e, consequentemente, a complexidade e o tipo de compressor.
3. Qualidade do ar : Muitas empresas de sopro de garrafas pequenas e iniciantes usam um pistão lubrificado de três estágios ou um booster lubrificado com três estágios de filtração. O estágio final da filtração é um filtro de carvão para remoção de sabor e odor. Portanto, a troca do filtro com base no regime é fundamental para o uso bem-sucedido de um sistema desse tipo (1.000 horas para carbono e 2.000 horas para particulados e coalescentes). A amostragem da qualidade do ar está disponível em muitas empresas, incluindo o Trace Analytics para garantir que a qualidade do ar seja mantida e o processo siga os requisitos da ISO.
Os compressores isentos de óleo garantem que nenhum lubrificante seja usado no cilindro, mas também podem passar partículas e qualquer coisa no ar de entrada. Eu recomendo fortemente um filtro de partículas e, potencialmente, até um filtro de carbono para garantir a qualidade adequada do ar.
Os secadores de ar do sistema de sopro são normalmente do tipo refrigerado com um ponto de orvalho de pressão de 38 ° F. Algumas grandes empresas usam secadores dessecantes devido a problemas anteriores com a falha de secadores refrigerados em seus sistemas de drenagem. Os secadores refrigerados com manutenção adequada na maioria das atmosferas impedirão que a umidade se acumule nas garrafas e nos moldes.
4. Vida do projeto: Obviamente, um investimento em um sistema completo de sopro de PET pode ser uma despesa importante. Se houver um plano de negócios com uma janela de 5 a 7 anos, um compressor ou booster de ar PET de três estágios menor é o melhor candidato. Projetos de vida útil mais longa devem considerar compressores PET maiores, refrigerados a água, conforme o orçamento permitir. O investimento normal para um sistema de compressor de sopro é de 20% do novo custo da máquina de sopro / molde.
5. Horário de Operação : Uma consideração óbvia é quantas horas por ano o equipamento estará funcionando. A operação de turno único, de cinco dias, equivale a 2.000 horas e é comum em muitos pequenos fabricantes de garrafas especiais. Este é um local lógico para as unidades menores de refrigeração a ar. À medida que as horas de produção aumentam para 4.000 a 6.000 horas por ano, a transição para unidades maiores de refrigeração a água deve ser considerada, pois elas tendem a ter uma vida útil mais longa.
6. Pressão de sopro necessária : Como mencionado acima, a pressão de sopro começou em 250 psi nos primeiros anos e agora está pairando em torno de 450 a 500 psi na maioria das aplicações. O design da garrafa e a velocidade da máquina são fatores-chave na exigência de pressão de sopro. Quanto maior a pressão, mais calor é gerado no compressor, resultando em intervalos de manutenção mais curtos e custos de energia mais altos. Várias instalações com as quais trabalhei reduziram a pressão em até 50 psi, resultando em reduções de manutenção e economia de 5% no custo de energia. Isso requer algum ajuste da máquina de sopro e monitoramento da garrafa, bem como a redução de pressão está ocorrendo.
7. Sala de equipamentos : Muitas vezes, os compressores são instalados em qualquer espaço disponível, e o posicionamento do sistema é uma reflexão tardia. É essencial considerar o seguinte ao determinar onde um compressor pode ser colocado:
Espaço : verifique se há pelo menos uma distância de três pés em torno de cada componente principal.
Acesso : Você precisará de acesso por empilhadeira para remover os principais componentes, como motores, etc.?
Ventilação : O espaço deve ser projetado para não mais do que a temperatura ambiente externa nas condições mais quentes. Ambientes com ar condicionado são uma obrigação.
Pórtico aéreo : Para compressores maiores, refrigerados a água, com os principais componentes que precisam ser removidos para manutenção, um pórtico aéreo ou uma estrutura A devem ser planejados como parte do layout da sala.
Expansão futura : se você acha que precisará de espaço adicional, tubulações, compressores ou instalações elétricas no futuro, planeje seu layout de acordo.
8. Capacidade de Manutenção : Quais recursos internos você possui para manutenção diária, semanal e mensal? Infelizmente, os compressores de alta pressão PET são os componentes que exigem muita manutenção das aplicações de sopradores. Treine sua equipe de manutenção para seguir as recomendações de manutenção e registrar diariamente. A manutenção nos intervalos de 2.000, 4.000 e 6.000 horas é essencial para ser realizada dentro do prazo. Se você não tiver a capacidade interna, contrate uma organização de serviço apropriada. A manutenção oportuna é fundamental para evitar o tempo de inatividade.
Tabela 1: Lista de verificação de manutenção para compressor de ar de baixa pressão e compressor de alta pressão
9. Sistema de backup : instalações que possuem locais remotos ou exigem uma taxa de produção de 98% podem exigir realisticamente um backup de 100%. Torna-se uma decisão econômica de quanto tempo o sistema existente poderá estar em funcionamento. Muitas empresas procuram um bom sistema usado ou reconstruído para ser usado como backup ou colocam seu sistema antigo no status de backup.
10. Custo de energia : cada cavalo-vapor usado por 4.000 horas a 0,08 centavos de dólar por kW custa US $ 257. Se você precisar de 100 CFM a 500 psi, usará aproximadamente 50 hp, que custa US $ 12.835 por ano e resulta em um investimento de US $ 50.000 a US $ 80,00. Aumente até 500 CFM a 500 psi e você estará gastando aproximadamente US $ 64.172 em 100 hp, exigindo um investimento de US $ 20.000 a US $ 150.000. Você pode ver como os custos de energia afetam os resultados. Aqui estão alguns pontos-chave de conservação:
O compressor não deve ficar ocioso por mais de 10 minutos.
A queda de pressão não deve exceder 15 psi do compressor na máquina de sopro.
Defina a pressão para a quantidade mínima necessária para soprar uma boa garrafa.
Em vários sistemas de máquinas, instale um controlador para garantir o gerenciamento adequado da carga.
Instale um medidor de vazão para garantir que não haja aumento no uso de ar ao longo do tempo devido ao desgaste do molde ou vazamento de tubos / equipamentos.
11. Tubulação e armazenamento : a tubulação correta é fundamental para o desempenho adequado de uma ou várias máquinas de sopro. Qualquer queda de pressão causada por tubulação ou armazenamento incorreto pode afetar a qualidade da garrafa. Por exemplo, se duas ou três máquinas de sopro fizerem ciclo ao mesmo tempo, isso poderá causar uma queda de pressão nas três, o que aconteceu. As diretrizes para tubulações e quedas são fornecidas abaixo, mas é melhor revisar com um engenheiro de confiança.
Seleção de tubulação de ar comprimido de alta e baixa pressão
Nos últimos 30 anos, vi algumas situações interessantes. Alguns dos piores têm a ver com instalações absolutamente perigosas como resultado do uso de conexões de pressão ou tubulações incorretas. Em alguns casos, vi compressores grandes com blocos de madeira para impedir que eles tremessem devido a um problema de manutenção.
Os problemas mais difíceis de resolver estão relacionados à pressão e volume. No início, o sistema pode ter funcionado bem, mas, à medida que o compressor e a máquina de sopro envelhecem, a pressão pode ter diminuído. Nesse caso, é necessário um trabalho de detetive para determinar se foi a máquina de sopro, as mudanças na tubulação ou o compressor que começou a causar problemas. O cálculo dos requisitos reais de fluxo para um tamanho de garrafa e taxa de produção específicos é fundamental para o sucesso de um sistema. Combine isso com um medidor de vazão para determinar a saída do compressor e a solução evolui.
A conclusão é que as etapas lógicas para a seleção de um sistema de compressor PET dependem das variáveis descritas acima.
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