Por que os compressores de ar de parafuso de frequência variável de dois estágios economizam energia?

Compressão de estágio único versus compressão de dois estágios: a diferença mecânica

Em um compressor de parafuso de estágio único, o ar é aspirado e comprimido desde a pressão atmosférica até a pressão final de entrega em uma passagem através de um único conjunto de rotor. Funciona e, para muitas aplicações, funciona adequadamente. Mas a física impõe um custo. Um compressão do ar em uma única etapa gera calor significativo – e esse calor representa a energia que é utilizada para aquecer o ar, em vez de aumentar sua pressão. Quanto mais quente for o processo de compressão, menos eficiente será a conversão geral da potência do motor em ar comprimido útil.

A compressor de ar de parafuso de dois estágios divide esse processo. O ar entra no primeiro estágio e é comprimido a uma pressão intermediária – aproximadamente a média geométrica das pressões atmosférica e final. Em seguida, ele passa por um intercooler, onde o calor da compressão é removido antes que o ar entre no segundo estágio para o aumento final da pressão. O resfriamento entre os estágios significa que o rotor do segundo estágio está trabalhando com ar mais denso e frio, o que requer menos energia para comprimir ainda mais.

O resultado é um processo de compressão mecanicamente mais eficiente. A potência específica – quilowatts consumidos por unidade de ar fornecido – é menor para uma unidade de dois estágios do que para uma unidade de estágio único produzindo produção equivalente. Essa lacuna aumenta à medida que a pressão de entrega aumenta, razão pela qual as configurações de dois estágios são particularmente comuns em aplicações que exigem 10 bar ou mais.

Onde a unidade de frequência variável entra em cena

A compressão em dois estágios aborda a eficiência com que a máquina comprime o ar. O acionamento de frequência variável — VFD, também chamado de acionamento de velocidade variável — aborda um problema diferente: quão bem o compressor combina sua saída com o que o sistema realmente precisa em um determinado momento.

Um compressor de velocidade fixa funciona em uma velocidade do motor, independentemente da demanda. Quando a planta está em plena produção e o consumo de ar é alto, tudo bem. Quando a demanda cai — durante mudanças de turno, períodos de carga parcial ou variação sazonal na produção — a unidade de velocidade fixa continua girando a plena velocidade. Ele libera o excesso de ar ou fica ocioso em um ciclo ineficiente de carga/descarga. De qualquer forma, a energia está sendo consumida sem que seja realizado trabalho útil.

Um conversor de frequência variável ajusta continuamente a velocidade do motor para acompanhar a demanda real. Quando a demanda cai, o motor desacelera. Quando sobe, o motor acelera. O compressor fornece aproximadamente o que o sistema precisa, em vez de um volume fixo que o sistema precisa gerenciar. Em instalações com demanda de ar variável — que descreve a realidade operacional de uma ampla variedade de ambientes de fabricação e processamento — essa capacidade de correspondência se traduz diretamente em reduções mensuráveis ​​no consumo de eletricidade.

Por que combinar as duas tecnologias é importante

A compressão de dois estágios e o inversor de frequência variável são úteis de forma independente. Juntos, eles abordam diferentes ineficiências na mesma máquina e seus benefícios são compostos em vez de simplesmente somados.

A configuração do rotor de dois estágios melhora a eficiência termodinâmica da própria compressão – cada unidade de ar custa menos energia para ser produzida. O VFD garante então que apenas as unidades de ar que o sistema realmente necessita sejam produzidas em um determinado momento. Uma tecnologia reduz o custo por unidade. O outro reduz unidades desnecessárias. A combinação proporciona um nível de eficiência do sistema que nenhuma das abordagens alcança por si só.

Isto é particularmente relevante para operações onde a procura de ar comprimido é elevada em termos absolutos e variável ao longo do dia de produção. Uma grande fábrica de montagem automotiva, uma instalação de processamento de alimentos e bebidas, um fabricante têxtil com múltiplos turnos e utilização variável de máquinas – estes são ambientes onde ambas as dimensões da eficiência são importantes simultaneamente e são o caso de uma compressor de ar de parafuso de frequência variável de dois estágios é simples de fazer por motivos técnicos.