Sistemas de Control de Compresores.

Por lo general, la demanda de aire de una planta no es constante, sino que varia en cada instante de tiempo. Demanda de Aire8 10 12 14 16 18 20 22 24Demanda (CFM)Horas

Un Sistema de Control es la forma en que un compresor se adapta a la demanda de aire del sistema.

El sistema de control mantiene:La presin que requiere el sistemaLa capacidad (CFM) que requiere el sistema

Definicin de Sistema de Control.

Un compresor Estacionario puede adaptar su capacidad de descarga a lo que requiere el sistema , de dos formas:

Regulando el flujo de descarga de aire, manteniendo las revoluciones del compresor constante.

Regulando el flujo de descarga de aire, variando las revoluciones del compresor

Formas de Controlar

Sistema de Control con revoluciones constantes

Entrega de Aire cuando rpm=cteEn este caso el compresor de aire entrega una cantidad de aire (masa) constante a una determinada presin.CFM = cterpm = ctePVCurva ideal

Si un compresor trabaja libremente, para una demanda de aire variable del sistema, la presin y el flujo de aire estaran desplazandose a lo largo de la curva. PVCurva idealPero en un sistema de aire se requiere mantener la presin en cierto valor.PsEntrega de Aire cuando rpm=cte

En compresores de Tornillos:

Arranque y Paro AutomticoEn lnea / Fuera de Lnea

Tipos de Sistema de Control con rpm=cte

SISTEMA DE ARRANQUE Y PARO AUTOMTICO

AUTO START AND STOP CONTROL

Arranque y Paro Automtico.El compresor almacena aire en el tanque, hasta una determinada presin, luego del cual el compresor se apaga.

PTIEMPO Presin Off Presin OnoNecesariamente requiere de un tanque de aire

Arranque y Paro Automatico.La presin se mantiene de la siguiente forma:

La potencia Consumida se mantiene as:

PresinTiempo Presin Off Presin OnT KW Off KW OnPotencia Off Off On On On

RESUMENEl motor arranca y para de acuerdo con la demanda

VentajaEs el control ms eficiente que existeDesventajaLmite de arranques por hora del motor (De 6 a 8 veces)Picos de corriente en el arranque producen mayor facturacin de energa elctrica.Arranque y Paro Automatico.

SISTEMA DE CONTROLEN LNEA/FUERA DE LNEA

ON LINE / OFF LINE

Control On Line/Off LineEn Lnea (On line)Con la Vlvula de Admisin Totalmente abierta.El Compresor se encuentra consumiendo toda la potencia, porque entrega toda su capacidad desde una presin inicial a una presin final.El Tiempo que permanece en Lnea se le conoce como tiempo en cargaVlvula de admisinUnidad de aire

Vlvula de admisinUnidad de aireTIEMPOPresin Off Line Presin On LineControl On Line/Off LineEn Lnea (On line)Presin Tiempo en carga V x ( Pfinal P inicial )Tiempo en carga = _________________ ( En minutos ) P atm x Flujo Medio

donde: Flujo Medio = CFM del Compresor - CFM del Sistema

Control On Line/Off LineEn Lnea (On line)TiempoPresin Off Line Presin On LinePresin Tiempo en cargaTiempoBHP a la Presin Off LineBHP a la Presin On LineTiempo en cargaPotencia

Control On Line/Off LineLos BHP a una determinada presin se calculan con la siguiente expresin:

Rerated = Rated * (1+ 0.005 (ReRated Pressure - Rated Pressure)) BHP BHP

donde :

Rated = BHP especificado por el fabricante a una determinada presin BHP

Rated Pressure = Presin especificada por el fabricante a la cual se ha especificado el RATED BHP.

En Lnea (On line)

Con la Vlvula de Admisin Totalmente Cerrada.El Compresor trabaja en vaco. Consume el 30% potencia (BHP).El Tiempo que permanece Fuera de Lnea se le conoce como tiempo en descargaVlvula de admisinUnidad de aireFuera de Lnea (Off Line )Control On Line/Off Line

Vlvula de admisinUnidad de aireTIEMPOPresin Off Line Presin On LineFuera de Lnea (Off line)Presin Tiempo en descarga V x ( Pfinal P inicial )Tiempo en descarga = _________________ ( En minutos ) P atm x Demanda

donde: Demanda = CFM que consume el SistemaControl On Line/Off Line

Control On Line/Off LineFuera de Lnea (Off line)FILTRO DE ADMISONVALVULA DE ADMISIONUNIDAD DE AIRESEPARADOR AIRE / ACEITEPOST ENFRIADORSEPARADOR DE HUMEDADVALVULA DE PRESION MINIMAENFRIADOR DE ACEITEVALVULA TERMOSTATICAFILTRO DE ACEITE

TiempoPresin Off Line Presin On LinePresin Tiempo en descargaTiempoBHP en descargaTiempo en descargaPotencia Control On Line/Off LineNOTA:

BHP en descarga = 30% RATED BHPFuera de Lnea (Off line)

Control On Line/Off LineRESUMIENDO:El Sistema de Control On Line / Off Line se representa en el siguiente grfico: En Lnea Fuera de LneaEl Compresor trabaja solo en los puntosextremos.

La Recta indica en forma simblica la reduccin de los BHP con la capacidadentregada por el compresor

En el Sistema de Control En Lnea / Fuera de Lnea existen los siguientes elementos:

Una presin a la cual el Compresor entra en Lnea (Presin En Lnea )Una Presin a la cual el Compresor entra fuera de Lnea (Presin Fuera de Lnea)Un Tiempo en CargaUn Tiempo en Descarga.Control On Line/Off Line

Control On Line/Off LinePresinPresin Fuera de Lnea

Presin En Lnea(Presin Requerida)tiempo Tiempo en cargaTiempo endescargaTiempo de CicloPresin Vs. Tiempo (On Line / Off Line )Nota : El Tiempo de Ciclo depende de la demanda de aire del Sistema

BHP (Kw)BHP a la Presin Off Line

BHP a la Presin On Line

BHP en descargaTiempo (h) BHP Vs. Tiempo(On Line / Off Line )Nota: El Area Bajo la curva representan los Kw-h consumidos por el compresor Tiempo en cargaTiempo endescargaControl On Line/Off Line

En todos los sistema de control descritos, se hace necesario un tanque de aire. Por lo general estamos acostumbrados a verlos, pero nunca nos hemos puesto a pensar la forma de elegir el tamao del tanque.

Tanque de Aire

Amortiguar pulsacionesAcumular aire para absorber picos de consumoDisminuir la temperatura del aire y retener suciedadesPermitir descanso al compresor

Funciones del Tanque

Aunque en realidad no existe una regla fija para definir el tamao, el procedimiento que veremos es recomendado por INGERSOLL-RAND, para compresores de Tornillos operando en el sistema de control En Lnea / Fuera de Lnea, que es el sistema de control que tienen todos los compresores de tornillo, indistintamente de la marcaVolumen del Tanque

En el pasado reglas del dedo como Un galn por cada HP o Un galn por cada CFM han sido usadas, siendo este un procedimiento practico..

Sin embargo el tamao de un tanque es un procedimiento que debe de considerar todas las variables que intervienen en el funcionamiento del sistema de aire, y no solamente el tamao del motor en forma general.

Volumen del Tanque

Todo esta sujeto a la aplicacinVolumen del Tanque

Hoja1

compresorcaudaltanquetanque

(cfm)(galones)

reciprocante15-50800.30

50-1001200.45

100-5002400.91

500-10004001.51

tornillo15-150800.30

150-3001200.45

300-10002400.91

1000-30004801.82

centrifugo400-10002400.91

1000-30004801.82

Hoja2

Hoja3

Sistema de Control con revoluciones variables

NomenclaturaAdjustable frequency drive (AFD)Adjustable SPEED drives (ASD)VARIABLE frequency drives (VFD)VARIABLE SPEED drives (VSD)InversoresConvertidores de Frecuencia

Variable Frequency DriveCambian la velocidad de un motor de induccin con el uso de un inversor de frecuenciaConforme el motor rota mas lento, el consumo de potencia es menorConforme el motor rota mas lento, el flujo entregado es menorPotencia y Flujo son linealesProporciona Control de Presin Constante

Teora de Motores de InduccinGiran a RPM Constantes60hz= 180050hz= 1500Proporcionan torque constantesEnfriamiento suficiente a velocidad nominal

Teora de Motores de InduccinConforme el motor reduce la velocidad, la habilidad de enfriamiento decaeTemperatura de aislacin aumentaOrigina fallas prematurasUna de las principales razones de limitar el mnimo de las rpm.

Teora de Variadores de Frecuencia

VFD Teora y PartesVariador es siempre parte del Sistema3 componentes de un VFDRectificadorInversorControles

RectificadorDiodos actan como compuertasConvierte Voltaje AC a DC

InversorConvierte Corriente DC a ACIGBT- Insulated Gate Bipolar TransistorsAbren y Cierran en SecuenciaVelocidad del Motor aumenta o disminuye

VFD ControlesCada Variador requiere de un sistema de controlPara minimizar errores, utiliza un control del tipo derivativoEl microprocesador del sistema mide la rapidez con la cual el sistema se aproxima al punto de ajuste y electrnicamente los detiene para minimizar la sobrecarga

El microprocesador del sistema mide la rapidez con la cual es sistema se aproxima al punto de ajuste y electrnicamente los detiene para minimizar la sobrecargaVFD Controles

Operacin del Variador - Resumen30Hz

Sistemas de ControlPTTanque Recibidor

Sistemas de ControlTanque RecibidorPTPTStart/Stop

ControlesEl Microprocesador y VFD no se comunican(Solamente seal de start/stop, botn de arranque y paro, paro automtico y paro de emergencia)Los dos transductores de presin trabajan independientemente

ControlesVlvula de Admisin se mantiene abierta al 100% en el rango 100-50% de la capacidad regulada por el cambio de velocidad.Compresor opera en OL/OL debajo de 50%Temporizador AS/S Apaga la unidad despus de 10 minutosRe-arranca segn sea requerido

..preguntas e inquietudes.

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