Mejora de la eficiencia del sistema de aire comprimido: Parte 6

Su comprensión de los controles del compresor y cómo usarlos puede ser un factor importante en el funcionamiento de su sistema de aire y la energía que consume. Desafortunadamente, muchos sistemas consisten en una serie de controles de unidades individuales que no pueden enfrentar el desafío de hacer que dos o más compresores funcionen juntos de manera efectiva. Una vez que se compra e instala un compresor, la atención a menudo se limita a mantener la máquina en funcionamiento, pero no necesariamente de manera efectiva. El control del compresor se ignorará a menos que la salida esté por debajo de la presión mínima aceptable o el equipo falle por algún motivo.

Conocimientos básicos de compresor de aire.

El compresor no genera presión;Bombean volumen. Si un compresor está clasificado para una presión determinada, significa que está construido para adaptarse de manera segura a esa presión. El controlador limita la presión relativa a la configuración bombeada por el compresor. Si se bombea más volumen al sistema aguas abajo del que descarga el usuario, la presión aumenta. Si el usuario expulsa más aire del que se bombea al sistema, la presión cae. El efecto del control es limitar parcial o totalmente el volumen bombeado en relación con el punto de ajuste de presión ajustado en el control. A plena carga, el compresor bombea el 100 % de su capacidad de volumen y los controles no funcionan.

Ya sea que busque un solo compresor o varios compresores, es importante que cada compresor en funcionamiento se optimice; eso significa bombear el mejor volumen a la mejor presión, o cualquier presión que se haga con la menor cantidad de presión Bombear el máximo de libras de energía de gas por minuto. Además, el control del compresor protege el equipo. Suelen estar estrechamente relacionados con alertas de seguridad, alarmas o interrupciones. Le conviene saber qué características de seguridad hay en su sistema de control y cómo funcionan.

La gran mayoría de los compresores más antiguos tienen pocas características de seguridad y son relativamente simples; a veces, solo se apagan por alta presión y temperatura. Muchos compresores más nuevos usan microprocesadores para funciones de control y seguridad. Sus consolas incluyen más funciones de seguridad y una funcionalidad sofisticada.

Señales de control y posiciones de señal

Independientemente del tipo de control del compresor, debe haber una señal de presión para operar el control. El origen de la señal es fundamental para el funcionamiento del equipo, la cantidad de energía que consume, si funciona con otros compresores y si puede lograr el rendimiento deseado.

La idea detrás de la señal de control es tomar presión desde algún lugar dentro o aguas abajo del compresor y transmitirla neumática o electrónicamente al controlador del compresor. Esta señal interactúa con un interruptor o sensor de presión. En la mayoría de los compresores, el propósito es mover el aire corriente abajo desde el extremo de aire del compresor para mantener la presión en la ubicación de la señal en un punto (o puntos) de ajuste ajustable precargado en el controlador del compresor en o entre ellos. Los fabricantes de compresores especifican muchas ubicaciones potenciales diferentes para las señales de presión, Figura 1.

Dado que esta ubicación cambia la energía y el rendimiento consumidos por el compresor, se deben tener en cuenta los siguientes puntos:
• Los fabricantes de compresores han calificado su rendimiento en función del volumen del paquete, la presión y la energía aguas arriba del posenfriador. Las ubicaciones de las señales generalmente no se tratan en la documentación del producto. En algunos casos, el rendimiento se denomina «encapsulación», pero esto no significa qué hay en la encapsulación o dónde se ubican las señales.
• Algunos fabricantes han estado usando la posición de señal A durante muchos años, pero recientemente comenzaron a usar la posición B.
• Otros fabricantes indican el rendimiento aguas abajo del posenfriador, interpolan DpagsAunque la señal es aguas arriba del posenfriador, pero a través del posenfriador en rendimiento, y
• Muchos fabricantes usan los mismos componentes de flujo en un tamaño de marco de paquete para acomodar múltiples tamaños de capacidad: la parte superior del marco es hasta el doble del tamaño de la parte inferior del marco. Influencia de los ingredientes DpagsY la ubicación de la señal tendrá un gran impacto en el rendimiento. A medida que aumenta el volumen desplazado en un tamaño de cuadro determinado, DpagsA medida que aumenta la función cuadrática del caudal, disminuye el rendimiento.

Uno de los problemas con la instalación aguas arriba de la ubicación de la señal es la mala calidad del aire allí. El aire está lleno de humedad y posiblemente lubricante. Tanto el agua como el lubricante pueden condensarse en los cables de señal y contaminar el controlador o el sensor. Otro problema común es el efecto de acumulación de líquido en las líneas de control, lo que puede causar que la señal de presión sea demasiado alta. Tomar la señal del divisor aguas abajo del posenfriador reduce este problema en aproximadamente un 80 %, pero solo retrasa lo inevitable. Algunos fabricantes instalarán sopladores de línea de señal para mantener las líneas limpias todos los días. Sin embargo, la mayoría de las personas no tienen otra solución a este problema que quitar los cables de control o usar una señal diferente de una fuente limpia y seca corriente abajo del equipo de purificación.

Puntos de ajuste y bandas muertas

Los controles del compresor limitan el rendimiento y/o el desplazamiento volumétrico, generalmente en función de la presión. El controlador intentará mantener la presión de la señal entre o en el punto establecido. Los representantes del fabricante suelen ajustar los puntos de ajuste, y muchos operadores e ingenieros de planta no tienen idea de cómo se configuran estos controles.

La mayoría de los compresores utilizan dos puntos de ajuste. Estos representan las bandas muertas del control de la unidad. La banda muerta es la diferencia de presión entre la presión más alta a la que el compresor bombea la menor masa de aire y la presión más baja a la que bombea la mayor cantidad de aire. Estos dos puntos de ajuste generalmente también representan las presiones de carga y descarga. Ajustar el punto de referencia tiene un gran impacto en el funcionamiento del compresor. La presión diferencial determina cómo responderá el dispositivo para administrar la presión en la ubicación de la señal.

La Figura 2 muestra un conjunto típico de puntos de control en un interruptor de presión. Hay una diferencia de 10 psig entre los puntos de ajuste de control. Si los controles de este compresor están configurados para modular, esto significa que cada incremento de 1 psi representa el 10 % de la capacidad dentro del punto de referencia. El volumen I está bajo presión. A medida que aumenta el desplazamiento de la máquina, la presión también disminuye. Esto significa que el aumento en la energía del trabajo es menos que lineal.

Diferentes tipos de compresores responderán de diferentes maneras. Los compresores de tornillo rotativo desplazarán del 40 % al 100 % de su capacidad. Por lo tanto, en la modulación de banda muerta se puede desplazar el 60% de la capacidad. Si la unidad está modulando al 50 % de la banda muerta (como se muestra en la Figura 2), el compresor producirá el 50 % del primer 60 %, o 700 cfm a 113 psig. Justo antes de llegar al punto de descarga, la unidad se reducirá al 40 % o 400 cfm a 118 psig.

Si la máquina está en una operación de carga y descarga (Figura 3), desplazará su capacidad a una presión variable entre las presiones de carga y descarga. Si el compresor tiene un diseño de desplazamiento positivo, el volumen desde la presión de carga hasta la presión de descarga permanecerá constante a medida que aumenta la presión, aumentando la densidad a la masa nominal o la función utilizable. En el caso de los compresores alternativos, algunos son multietapas. En una configuración de dos pasos, el compresor funcionará al 0 % y al 100 %, como se muestra en la banda muerta A en la Figura 3. Deadband B en la Figura 3 es un control de tres pasos que reemplaza 0%, 50% y 100%. Esto requeriría dos interruptores de presión o un regulador de control para realizar la misma función que dos interruptores de presión. La mayoría de los compresores alternativos más grandes son capaces de operar en al menos tres pasos.

Si una celda alcanza su calidad óptima a una presión dada, establecer el control de la celda por debajo de este punto no logrará un rendimiento óptimo. Ajustar el control por encima de este punto sobrecargará el motor de accionamiento. La planificación cuidadosa de los puntos de ajuste puede determinar cuántos compresores se requieren para lograr un resultado específico.

Algunos compresores, como los diseños centrífugos, utilizan un único controlador de punto de ajuste. La mayoría de estos tipos de controles intentan mantener la presión de la señal en el punto de referencia ajustando los controles de entrada y descarga, o funcionan con carga sin carga dentro de una banda proporcional ajustable en relación con el punto de referencia. El objetivo debe ser mantener la unidad en su curva natural y no estar limitada por tales compresores de carga base. Cuando la presión de la señal se acerca al punto de ajuste, el control se activa y mueve la operación fuera de la curva y hacia un rango de control limitado en la línea del acelerador. Durante carga-sin carga, la presión de la señal sigue la curva natural del compresor, Figura 4.

Cuando la demanda supera la capacidad del compresor, la presión cae por debajo del punto de ajuste mínimo de la banda muerta. Esta situación se llama reducción. Es importante comprender esta condición porque todos los compresores cargados con sus propios controles o con un secuenciador deben estar apagados antes de que se pueda cargar el siguiente compresor. La figura 5 muestra una cascada de tres compresores con dos unidades en estado bajado.

Si todos los compresores de la Figura 5 están en modulación y la demanda disminuye, la presión de la señal aumentará y todos los compresores acelerarán y mantendrán la carga parcial. Si cada máquina tiene una extensión de banda muerta diferente Dpags, la presión de la señal resultante será una función de cómo se ajuste el punto de ajuste.

Determinar el punto de consigna

Determinar la presión diferencial óptima entre los puntos de ajuste es un problema interesante. Cuanto más amplio sea el punto de ajuste, más lejos estará el sistema del rendimiento óptimo. Muchos miembros del personal de servicio configuran los controles a 10 psid o más para reducir los ciclos potenciales. El resultado son fluctuaciones de presión considerables y un rendimiento deficiente. Al aumentar la presión diferencial, la capacidad por unidad de presión disminuye, lo que reduce la velocidad de respuesta. El uso efectivo del almacenamiento de control reducirá el rango operativo del compresor. Manejar el alcance del trabajo más cerca de lo óptimo reduce la cantidad de energía requerida sin causar ciclos excesivos.

Para los compresores centrífugos, el mercado se ha visto atraído por el concepto de mantener una única presión de control. Para esto, la unidad debe operar en modulación. Además, existe la idea errónea de que este tipo de compresor no requiere almacenamiento. Si bien hay algo de verdad en esta afirmación, existen algunos problemas asociados con no tener la capacidad de almacenar aire y usar una modulación de punto de ajuste único. Una es la necesidad de tener siempre más capacidad del compresor en línea, ya sea de estrangulamiento o ventilación, para que los cambios de eventos negativos en el sistema puedan soportarse sin reducir significativamente la presión. Por otro lado, si un evento de gran demanda sale del sistema más rápido de lo que responde la válvula de control del compresor, el compresor puede subir hasta el punto máximo sin almacenamiento suficiente.demasiado a menudo,El ajuste del punto de referencia se establece bajo en la modulación para compensar. El resultado puede ser la ineficiencia. Los controles no deben usarse para compensar un diseño deficiente del sistema. Cuando los controles tardan en responder, el compresor es demasiado grande para el evento o no tiene suficiente espacio de almacenamiento.

La capacidad de mantener con precisión el punto de ajuste en el controlador afectará la diferencia entre las presiones de carga de cada compresor. Esta diferencia determinará cuánto debe caer el compresor antes de que el siguiente compresor se cargue o se vea afectado por la señal. También determinará la presión más baja que hará que el sistema tenga la demanda más alta.

Por ejemplo, suponga que un sistema tiene cuatro compresores (cada uno con una banda muerta de 10 psig) y el interruptor de presión del sistema se desvía hasta 3 psig. La primera unidad de carga base es de 10 psi y cada compresor adicional es de al menos 3 psi, más de 16 psi en toda la capacidad de volumen del compresor. El uso de menos de 3 psid entre presiones de carga significa que la deriva inherente en el controlador puede hacer que los compresores luchen entre sí, Figura 6.

Otra consecuencia de tener demasiada diferencia entre los puntos de ajuste de carga es que todos los compresores de carga base bombearán su capacidad a presiones más bajas a medida que se requiera más volumen y caída de presión. Dependiendo de dónde se encuentre la zona muerta en relación con el rendimiento óptimo, esto puede significar una pérdida considerable de masa por kilovatio de todos los equipos encendidos. En algunos sistemas, la banda muerta está tan mal configurada que la capacidad de carga base cae más rápido de lo que aumenta la capacidad del compresor ajustado. El resultado es una incapacidad para aplicar presión a eventos más grandes. En este caso, la capacidad es amplia, pero la configuración utilizada da la impresión de ser escasa.

La precisión de la señal de presión también afecta los resultados. El control por microprocesador recibe señales electrónicas de los transductores de presión. La mayoría de los fabricantes utilizan una precisión del 62 %;Si el sensor tiene una clasificación de 0 a 200 psig, puede haber un error de 64 psig en todo el rango operativo. Esto puede provocar cargas inestables en compresores adicionales o dificultar el funcionamiento del compresor o de todo el sistema.

Para los compresores centrífugos, los problemas de señal pueden causar fluctuaciones en las válvulas de control de admisión y escape y dificultades con más de una máquina. Por lo tanto, se recomienda encarecidamente un equipo más preciso. En los compresores de mayor presión, la precisión de la señal de control y del receptor se vuelve más importante. Cuesta más dinero aumentar la precisión, pero es insignificante en comparación con la necesidad de funcionar con el compresor adicional y la factura de electricidad.

R. Scot Foss es presidente de Plant Air Technology, con sede en Charlotte, Carolina del Norte, que se especializa en auditorías y diseño de sistemas de aire. Esta serie de artículos se basa en su libro Compressed Air System Solutions Series. Para pedir una copia, haga clic aquí .

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