Como as condições de entrada afetam o desempenho do compressor de ar centrífugo
Por Rick Stasyshan, consultor técnico da CAGI, e Neil Breedlove, Atlas Copco
A Revista CABP - Best Compressed Air Best Practices (CABP) conversou recentemente com Rick Stasyshan , consultor técnico do Instituto de Ar e Gás Comprimido (CAGI) e o Sr. Neil Breedlove, da Seção de Compressores Centrífugos da CAGI e empresa membro, Atlas Copco Compressors, sobre compressores centrífugos. Especificamente, a discussão descreveu como várias condições de entrada podem afetar o desempenho de compressores de ar centrífugos.
Parâmetros ambientais influenciam o desempenho centrífugo
CABP: Senhores, nossos leitores estão sempre ansiosos para aprender mais sobre como seus sistemas de compressores são impactados pelas condições ambientais. Você pode esclarecer como as condições de entrada podem afetar o desempenho de um sistema de compressor centrífugo?
CAGI: A tecnologia centrífuga é baseada em compressão dinâmica. Nos compressores dinâmicos, o ar é aspirado entre as pás de um impulsor de rotação rápida e acelera a alta velocidade. O ar é então descarregado através de um difusor, onde a energia cinética é transformada em pressão estática. A maioria dos compressores dinâmicos são turbo compressores com um padrão de fluxo axial ou radial e são projetados para maiores taxas de fluxo de volume.
O desempenho de um compressor dinâmico depende muito das condições ambientais. Explicaremos abaixo o impacto dos diferentes parâmetros ambientais e seus efeitos no desempenho. Ao considerar um investimento em um tipo de compressor centrífugo, é essencial considerar os extremos anuais e as condições médias ao dimensionar o equipamento para a aplicação para obter o máximo desempenho.
Os parâmetros ambientais que influenciam o desempenho são:
Temperatura de entrada
Pressão de entrada
Humidade relativa (HR)
Temperatura da água de resfriamento
CABP: Você pode fornecer aos nossos leitores um entendimento de como cada um desses parâmetros pode afetar o desempenho?
CAGI: Para entender o impacto desses parâmetros, precisamos primeiro examinar as curvas de desempenho de um compressor dinâmico e ver como o desempenho é impactado pela alteração dos parâmetros ambientais.
Temperatura de entrada
A temperatura de entrada do ar afeta a densidade do ar na entrada do compressor e influencia a energia cinética transferida pelas pás para o ar. O aumento da densidade a temperaturas mais baixas de entrada resultará em um fornecimento de ar livre mais alto (acfm) e também em um maior consumo de energia do compressor .
Outro efeito da mudança na densidade do ar ou do gás é a abertura de cama disponível do compressor. Essa é a faixa de fluxo em que é possível uma regulação eficiente através do uso de uma válvula de borboleta ou palhetas guia de entrada. Nas ilustrações abaixo, é claro que, com temperaturas mais baixas , está disponível uma faixa de abertura mais alta .
As figuras 1 e 2 mostram os efeitos da temperatura de entrada no desempenho de um turbo compressor.
Mudanças na temperatura de entrada produzem grandes mudanças no desempenho. Em clima frio, uma centrífuga pode fornecer muito mais fluxo de ar do que em clima quente - se o inversor for dimensionado para fornecer a energia adicional necessária.
Baixa temperatura de entrada:
Aumenta a pressão de pico.
Aumenta a capacidade máxima (fluxo de peso) a uma determinada pressão de descarga.
Aumenta o consumo de energia (potência).
Figura 1: A densidade do ar aumenta com a redução da temperatura do ar.
Maior temperatura de entrada:
Diminui a pressão de pico.
Diminui a capacidade máxima (fluxo de peso) em uma determinada pressão de descarga.
Diminui o consumo de energia (potência).
Figura 2: Como a temperatura da entrada afeta a energia
Os parâmetros mencionados têm efeitos similares no desempenho do compressor. O impacto desses parâmetros também pode ser entendido a partir dos gráficos de desempenho usados acima.
Pressão de entrada
Uma diminuição na pressão de entrada reduzirá a densidade do ar na entrada do compressor. Assim como as temperaturas mais altas, resultará em menor fornecimento e potência de ar livre. Alterações na pressão de entrada podem ser causadas por filtros de entrada com incrustação ou alteração da pressão baramétrica. O mesmo vale para a abertura de cama disponível - a pressão de entrada mais baixa resultará em uma abertura de cama menor (consulte a Figura 3).
Menor pressão de entrada:
Diminui a pressão de descarga ao longo de toda a curva.
Diminui a capacidade máxima (fluxo de peso).
Diminui o consumo de energia ou a potência (devido ao fluxo de peso reduzido).
Figura 3: Como a pressão de entrada afeta o desempenho do compressor centrífugo
Umidade Relativa (UR)
Um aumento na umidade relativa (UR) reduz o fluxo e a energia, e uma diminuição na UR aumenta o fluxo e a energia. A adição de vapor de água ao ar torna o ar úmido e reduz a densidade do ar. Isso ocorre porque a massa molar da água é menor que a do ar (veja a Figura 4).
Maior umidade relativa:
Diminui a pressão de descarga em surto.
Diminui a capacidade máxima de fluxo (fluxo de peso).
Diminui o fluxo no qual a oscilação ocorre.
Diminui o consumo de energia (potência).
As maiores perdas de condensado em dias de alta umidade resultam em fluxo reduzido entregue ao sistema de ar da planta.
Figura 4: Como a umidade relativa afeta o desempenho do compressor centrífugo
Temperatura da água de resfriamento
As temperaturas da água de resfriamento afetarão as temperaturas de entrada no segundo estágio e em outros estágios adicionais - se houver. A água mais fria aumenta o fluxo e a energia, e a água mais quente reduz o fluxo e a energia.
CABP : Então, como você sugere que nossos leitores levem isso em consideração ao dimensionar seu compressor centrífugo?
CAGI: Para dimensionar um compressor centrífugo, você deve considerar o padrão de fluxo de demanda do local de trabalho do usuário e as condições de entrada do local (mínimo / médio / alto) para obter o melhor desempenho.
Outro ponto importante de consideração é o dimensionamento do motor. Se o motor / driver for selecionado com base no desempenho em temperaturas mais baixas de entrada, ele garantirá que, mesmo durante baixas temperaturas de entrada, o motor tenha energia suficiente disponível para cuidar dos aumentos de fluxo. O cliente pode tirar proveito do aumento do fluxo disponível em seu compressor (veja a Figura 5).
A temperatura da água de resfriamento afetará o desempenho do estágio do compressor após o primeiro estágio. O efeito no desempenho é semelhante ao da temperatura do ar de entrada. Isso, é claro, é verdade porque as variações de temperatura da água de resfriamento afetam diretamente a temperatura do ar que entra no segundo, terceiro e subseqüente estágio, onde existem intercoolers localizados entre os estágios.
Baixa temperatura de resfriamento:
Aumenta a pressão de descarga.
Aumenta a capacidade máxima (fluxo de peso).
Aumenta o consumo de energia (potência).
Figura 5: O efeito da temperatura da água de resfriamento no desempenho centrífugo
Maior temperatura da água de resfriamento:
Diminui a pressão de descarga.
Diminui a capacidade máxima (fluxo de peso).
Diminui o consumo de energia (potência).
Aprendendo mais sobre compressores centrífugos
CABP : A partir desta breve explicação, nossos leitores provavelmente desejarão entender melhor esses elementos e como eles afetam especificamente suas operações. Como nossos leitores podem obter mais informações e assistência da CAGI e de seus membros da Seção de Compressores Centrífugos?
CAGI : A CAGI e seus membros da seção de compressores centrífugos, que incluem a Atlas Copco, Cameron, FS Elliott e Ingersoll Rand, treinaram engenheiros para auxiliar e orientar os usuários na seleção do compressor de tamanho correto para sua operação. Uma avaliação do sistema de compressor é recomendada ao atualizar e / ou substituir os sistemas existentes para garantir que o desempenho do sistema seja maximizado.
Para obter informações mais detalhadas sobre a CAGI, seus membros, aplicações de ar comprimido ou respostas a qualquer uma das suas perguntas sobre ar comprimido, entre em contato com o Instituto de Ar e Gás Comprimido. Os recursos educacionais da CAGI incluem cursos de e-learning no SmartSite, guias de seleção, vídeos e o Manual de ar e gás comprimido.
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