Sistemas de controlo para compressores de ar quando a procura aumenta

Um dos grandes desafios na conceção de sistemas de controlo de compressores de ar é a forma de lidar com exigências periódicas de caudal elevado. Os fabricantes de alimentos e bebidas estão entre as indústrias de processo que frequentemente enfrentam esses eventos. Se acrescentarmos a isto as necessidades de ar comprimido das embalagens no local, a tarefa torna-se ainda mais complicada.

Os grandes sistemas de ar comprimido têm muitas vezes dificuldade em fornecer uma pressão constante durante os picos de produção. As actividades intensivas em ar comprimido podem testar os limites de um sistema. Isto ocorre frequentemente em fábricas com vários compressores de ar que foram adicionados ao longo do tempo sem alterações adequadas ao armazenamento, controlos e tubagens.

O fornecimento de uma pressão constante em toda a fábrica mantém a produção sem problemas. Muitos equipamentos modernos de produção e embalagem são concebidos para funcionar dentro de uma banda de pressão estreita e podem não funcionar corretamente fora dessa banda. Para evitar desperdícios, alguns equipamentos monitorizam a pressão de entrada e desligam-se se a pressão for demasiado baixa ou demasiado alta para funcionar corretamente. Os reguladores de ponto de utilização podem evitar a sobrepressurização, mas não situações de baixa pressão.

A gestão de eventos de elevada procura intermitente requer a avaliação de vários aspectos dos sistemas de controlo de compressores de ar, que serão discutidos a seguir:

Controlos do compressor de ar

Os controlos individuais do compressor de ar determinam a forma como o fornecimento de ar é regulado, por exemplo, controlo duplo, modulação, acionamento de frequência variável (VFD) ou deslocamento variável. Os controlos modernos também monitorizam e comunicam o estado dos componentes internos para ajudar a um funcionamento seguro, ao planeamento da manutenção e à resolução de problemas. Normalmente, também mantêm registos históricos com carimbos de data e hora, juntamente com alarmes e mensagens que podem ser enviados para o utilizador por vários meios (e-mail, texto, etc.).

Do ponto de vista da análise de dados, com uma simples ligação Ethernet à rede, é possível aceder a informações importantes nos controlos e configurar mensagens (e-mails, textos) para alertar sobre eventos específicos. A maioria dos controladores individuais atualmente disponíveis tem muitas funções que ajudam a explicar o funcionamento do sistema. A análise dos ciclos de funcionamento do compressor de ar é útil para compreender o funcionamento do sistema, bem como para fornecer informações críticas, como a temperatura de funcionamento, a pressão, os avisos e os alarmes.

Comandos principais dos compressores de ar

Em sistemas de compressores maiores e com várias unidades, os controlos individuais do compressor de ar ajustam-se às alterações na procura, mas apenas até um certo ponto. Note-se que, normalmente, respondem a sinais de pressão na descarga do compressor de ar, pelo que existe um atraso inerente na forma como podem responder a alterações de pressão a centenas ou milhares de metros de distância. Os controlos do sistema melhoram o tempo de resposta ao receberem sinais de pressão a jusante. Ao medir não só a pressão, mas também a taxa de alteração da pressão, os controlos inteligentes podem escolher que compressor(es) de ar devem ser carregados e descarregados para manter uma pressão constante.

Os controladores do sistema principal fazem com que o compressor de ar funcione em conjunto, assegurando que os compressores de ar são optimizados, que a dinâmica do sistema é equilibrada e que a pressão é mantida. Outro aspeto fundamental dos controladores principais é a monitorização de todo o sistema de ar comprimido. Isto pode incluir secadores, filtros, válvulas, várias salas de compressores de ar, bem como sensores remotos.

Os controladores principais dispõem de uma grande quantidade de informações, desde mensagens e alarmes para compressores de ar individuais, a mensagens e alarmes para a estação, tudo num único local. Também fornecem dados e análise de tendências, quer limitados no ecrã, quer, em alguns casos, anos de dados disponíveis através de um navegador Web. A exploração destes dados pode ajudar a identificar se o evento de elevada procura é um problema de controlo do compressor de ar ou um problema do ponto de utilização.

Tubagem e velocidade do ar.

Um ponto muito importante sobre os dados é que se trata apenas de um ponto no tempo e não dá necessariamente uma imagem completa de como o sistema está efetivamente instalado. A tubulação pode ter um efeito significativo no desempenho do compressor de ar, especialmente em sistemas com eventos de alta demanda. Existe uma grande quantidade de informações de referência disponíveis para a seleção, dimensionamento e conceção de tubagens, mas os dois principais pontos a focar são manter as velocidades controláveis e a queda de pressão baixa. Quanto mais estreita for a tubagem, mais rapidamente um determinado volume tem de fluir através dela para alimentar a procura na outra extremidade. Isto tem vários efeitos negativos.

Em geral, uma boa regra geral é manter o gradiente de pressão do(s) compressor(es) de ar até ao ponto mais distante da tubagem de distribuição a 10% ou menos da pressão de descarga do compressor de ar. Considerando que a maior parte dessa queda de pressão será através dos secadores e filtros, a tubulação deve ter pouco ou nenhum efeito sobre a queda de pressão. Aconselha-se que seja avaliado o custo de aumentar o tamanho da tubagem da instalação, se isso poderia melhorar a produção através da estabilização da pressão de funcionamento e a diminuição do custo de energia através da minimização da pressão da instalação.

Armazenamento de ar comprimido: húmido, seco e no ponto de utilização.

O volume armazenado na sala do compressor de ar é fundamental para o funcionamento do compressor de ar. Um tanque húmido evitará o excesso de ciclos, o que não só ajudará a manter a pressão constante, como também reduzirá os requisitos de manutenção e reparação. Um tanque seco maior a jusante dos secadores e filtros fornece o armazenamento principal para o sistema e ajuda a reduzir a velocidade através do tratamento do ar. O armazenamento no ponto de utilização pode ter um efeito importante na fiabilidade do sistema. Fornece um reservatório de ar limpo e seco pronto a satisfazer uma procura elevada, minimizando o impacto do caudal elevado nos outros utilizadores de ar.

Quando as condutas são corretamente dimensionadas, podem também proporcionar armazenamento adicional na instalação, o que pode ajudar a equilibrar a procura. No entanto, as tubulações devem ser dimensionadas para evitar velocidade excessiva e queda de pressão.

Uma ferramenta adicional na categoria de armazenamento é o controlador de caudal. Com o desenvolvimento de compressores de ar e controlos de sistema mais sofisticados, este dispositivo não é frequentemente concebido em novos sistemas. Continua a ser uma ferramenta valiosa, especialmente nos casos em que o tempo e os orçamentos proíbem alterações significativas ao sistema de ar, bem como nos casos em que partes da fábrica necessitam de uma pressão significativamente mais baixa do que outras áreas ou em que a maior parte da procura de ar flutua consideravelmente e o armazenamento no ponto de utilização simplesmente não consegue satisfazê-la.

Conceber o sistema de controlo para compressores tendo em conta a flexibilidade e o futuro.

A dinâmica do sistema pode mudar de turno para turno e, sem dúvida, alterar-se-á à medida que o equipamento de produção for acrescentado, retirado ou alterado. O sistema concebido com base no que a fábrica estava a fazer há um ano atrás pode não funcionar bem hoje, a menos que tenha sido concebido propositadamente para ser flexível.

Existem várias considerações para lidar com grandes sistemas com exigências dinâmicas:

• Os controlos mantêm os compressores a funcionar em segurança, quer sejam compressores individuais ou principais. Estes controlos respondem a eventos de procura, e ambos possuem uma grande quantidade de dados e informações.

• Tubagem: limitar a queda de pressão no sistema e minimizar a velocidade. Se o diâmetro for duplicado, a área da secção transversal do tubo é quadruplicada e a velocidade é reduzida para um quarto do que era.

• O armazenamento na sala do compressor de ar proporciona uma reserva de controlo, ajudando a preservar a longevidade do sistema de ar comprimido, bem como poupanças de energia que permitem que os compressores de ar tenham tempo para ficarem inactivos e desligados ou tempo suficiente para carregar um compressor de ar para a preparação ou para o modo de espera. O armazenamento no ponto de utilização elimina o ruído no sistema e mantém o funcionamento no ponto de utilização para que a produção possa decorrer sem problemas.

É aconselhável ser flexível com o tamanho do compressor de ar e do secador, maior não é necessariamente melhor. Investir numa conduta maior ou em vários compressores de ar mais pequenos, em vez de um grande, pode proporcionar uma melhoria significativa do ar comprimido a longo prazo, bem como aumentar a produtividade, eliminando tempos de paragem desnecessários e quedas de pressão.

Nos casos em que se verifica uma perda de produtividade ou tempo de inatividade devido a eventos de elevada procura, estas são questões fundamentais para os sistemas de controlo de compressores de ar.