Como é que as unidades de frequência variável para compressores de ar ajudam a reduzir o consumo de energia

No ambiente empresarial atual, as empresas precisam de minimizar os custos operacionais para se manterem rentáveis e poderem competir com a concorrência. Em qualquer unidade de produção, as facturas de energia podem ser muito elevadas devido ao equipamento pesado que consome muita energia. Por conseguinte, é necessário procurar soluções baseadas em novas tecnologias avançadas que possam oferecer não só um elevado desempenho e fiabilidade, mas também eficiência energética e custos de funcionamento mais baixos.

Nestes casos, uma das medidas que podem ser tomadas é a instalação de variadores de frequência para compressores de ar ou a adaptação de compressores de ar existentes com VFD. O VFD é um módulo eletrónico que é utilizado para alterar a velocidade do motor através da variação da frequência aplicada ao motor. Como a velocidade do motor é diretamente proporcional à frequência, as alterações na frequência afectam diretamente a velocidade do motor e a quantidade de energia consumida. O acionamento de frequência variável pode transformar compressores de ar tradicionalmente consumidores de energia em equipamento energeticamente eficiente. Até 85% do custo total do ciclo de vida de um compressor de ar provém do seu consumo de energia. Uma vez equipados com estes variadores de velocidade, o custo energético de um compressor médio é reduzido em 18%, pelo que os compressores instalados com VFDs ajudam a reduzir o consumo de energia.

Como funciona o conversor de frequência para o controlo do compressor?

O volume de ar comprimido necessário para uma aplicação varia consoante as diferentes fases de produção e a procura associada de outros equipamentos ligados ao compressor. Em termos de compressores, existe uma carga de base, que é a procura mínima durante um período de tempo, e uma carga definida, que são os picos de procura durante um ciclo. Uma unidade de frequência variável para compressores é útil na tarefa de gerir o consumo de energia durante a carga definida.

No caso de um compressor de velocidade fixa, o ar fornecido (também conhecido como fornecimento de ar livre ou FAD), é do 100% durante a carga da máquina. Se a demanda for menor do que a fornecida, a pressão sobe até o ponto de ajuste de descarga e o compressor é descarregado. Durante a descarga, o compressor não fornece ar, mas ainda consome aproximadamente 25-30% da energia.

Mesmo quando não há fornecimento de ar pelo compressor, a aplicação continua a consumir ar e a pressão no sistema cai para o ponto de ajuste de carga. Neste ponto de regulação da carga, o compressor começa a carregar novamente e produz os 100% de ar. Este ciclo de carga-descarga repete-se consoante a necessidade de ar da aplicação.

No caso de uma máquina accionada por VFD, o FAD é diretamente proporcional à velocidade do motor. O VFD altera a velocidade do motor do compressor e, por conseguinte, controla o FAD fornecido. Durante a carga de ajuste, o VFD fornece a demanda de ar variável necessária para o tempo exato, sem alterar a pressão, resultando num menor consumo de energia.

Poupança de energia com a utilização de conversores de frequência em sistemas de ar comprimido

• 25% poupança de energia devido à eliminação do ciclo de descarga

  Em geral, os compressores operam no modo carga-descarga. Quando há procura, o compressor carrega-se e permite que a pressão suba, descarregando-se quando atinge o ponto de regulação da pressão de descarga. O compressor não pode ser desligado, uma vez que os motores não foram concebidos para se ligarem e desligarem frequentemente. Durante o ciclo de descarga, a válvula de entrada fecha-se e não há fluxo de ar, mas o motor continua a funcionar à velocidade nominal. O compressor consome entre 25 e 30% de energia. Com a utilização de variadores de frequência para o equipamento do compressor, não há ciclo de descarga e o ar continua a ser produzido à pressão necessária.

• 7% poupança de energia devido à redução da pressão de funcionamento

  Se uma aplicação requer uma pressão de funcionamento de 6 bar, a máquina de velocidade fixa funciona com pontos de ajuste de carga e descarga que são 6 e 7 bar, respetivamente. Para comprimir mais 1 bar, são gastos aproximadamente 7 por cento de energia adicional, o que é um desperdício. Num compressor acionado por variadores de frequência, a pressão é mantida constantemente e esta perda é eliminada.

• 3% poupança de energia através da redução de fugas e quedas de pressão

  Quantificar e minimizar as fugas de ar comprimido industrial é uma prioridade.. As fugas de ar e as quedas de pressão são inevitáveis em qualquer sistema de ar comprimido. Por cada aumento de 1 bar na pressão do ar comprimido, há mais 3% de fugas e queda de pressão no circuito de ar comprimido, o que requer mais energia. Uma vez que uma máquina de velocidade fixa necessita de 1 bar a mais do que a pressão desejada, é provável que perca energia como resultado. Nos compressores accionados por variadores de frequência, a pressão mantém-se constante durante todo o ciclo e as perdas por fuga devido ao aumento de pressão são eliminadas.

As unidades de frequência variável para equipamento de compressor são uma forma muito eficiente de poupar energia durante a produção de ar comprimido. Se a necessidade for de 900 cfm, a carga de base será partilhada pelo compressor de carga-descarga de 400 cfm e a carga de ajuste será partilhada pelo compressor VFD de 500 cfm. Com resultados tão convincentes, a procura de equipamento posterior com VFDs está a aumentar constantemente.

Por conseguinte, uma vez que a velocidade do motor do compressor de ar é proporcional à potência real consumida pelo compressor de ar, a instalação de variadores de frequência para compressores de ar pode realizar um controlo em tempo real da velocidade do motor (potência de saída) sem alterar o binário do motor do compressor de ar através da coordenação precisa do controlo elétrico e do controlo de frequência no sistema do compressor de ar. Deste modo, as empresas não só se tornam mais eficientes e poupam no consumo de energia, como também está provado que o investimento em variadores de frequência para compressores de ar resulta num retorno fiável do investimento em poucos anos.

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