Regolazione inverter su compressori aria
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Regolazione inverter su compressori aria
Variabilità della domanda La domanda d’aria nelle applicazioni industriali è molto spesso variabile. Raramente si ha una richiesta costante dell’utenza. Da una ricerca fatta in Belgio è emerso che solo 12% dei compressori lavora a fronte di una domanda pressochè costante. Nell’88% dei casi si ha una elevata variabilità Variabilità della domanda: misurazioni In base a 184 misurazioni effettuate in Belgio nel 1998 Air Demand Profile n°1 120 Air Demand Profile n°2 140 100 80 Capacity in l/s Sunday Monday Tuesday Wednesday Thursday Friday Wednesday Thursday 40 Friday Saturday 20 Saturday 0:00 22:45 21:30 20:15 19:00 17:45 16:30 15:15 14:00 12:45 11:30 9:00 10:15 7:45 6:30 5:15 4:00 2:45 1:30 0:15 Time 0:00 22:45 20:15 21:30 17:45 19:00 15:15 16:30 12:45 14:00 10:15 11:30 7:45 9:00 5:15 0:15 0 0 6:30 20 Tuesday 60 2:45 40 Monday 80 4:00 60 Sunday 100 1:30 Capacity in l/s 120 Time 88 % 12 % Air Demand Profile n°3 140 100 Sunday Monday Tuesday Wednesday 80 60 Thursday Friday Saturday 40 20 0:00 22:45 21:30 20:15 19:00 17:45 16:30 15:15 Time 14:00 12:45 11:30 10:15 9:00 7:45 6:30 5:15 4:00 2:45 1:30 0 0:15 Il carico medio determina il consumo di energia del compressore Capacity in l/s 120 Il carico massimo determina la scelta del compressore Variabilità della domanda: Es. Produzione PET La domanda è somma di molte componenti: Aria per soffiaggio Funzione del lotto di produzione Richiesta d'aria Aria per tappatrici Aria per servizi … Tempo Tappatrici Servizi Soffiaggio Totale Conseguenze della variabilità A fronte della variabilità della domanda emergono due fondamentali necessità: Scegliere la taglia del compressore sul carico max anche se il consumo è proporzionale al carico medio Air Demand Profile n°1 120 80 Sunday Monday 60 Tuesday Wednesday 40 Thursday Friday 20 Saturday 0:00 22:45 21:30 20:15 19:00 17:45 16:30 15:15 Time 14:00 12:45 11:30 9:00 10:15 7:45 6:30 5:15 4:00 2:45 1:30 0 0:15 Capacity in l/s 100 Introdurre una modalità di regolazione per gestire il funzionamento ai carichi parziali La risposta della tecnologia Le principali forme di regolazione storicamente utilizzate per ovviare al problema sono di origine meccanica: Funzionamento Load / No Load Air Demand Profile n°1 120 80 Sunday Monday 60 Tuesday Wednesday 40 Thursday Friday 20 Saturday 0:00 22:45 21:30 20:15 19:00 17:45 16:30 15:15 Time 14:00 12:45 11:30 9:00 10:15 7:45 6:30 5:15 4:00 2:45 1:30 0 0:15 Capacity in l/s 100 Regolazione a slide (compressore a vite) La risposta della tecnologia Entrambe le forme di regolazione permettono di regolare la portata e superare il limite meccanico del numero di avviamenti e fermate del compressore. Sono soluzioni apparentemente poco costose ma….. Entrambe risultano Energeticamente inefficienti La soluzione: regolazione ad inverter L’ idea: adattare in tempo reale le performance del compressore alle necessità della applicazione Massimo risparmio energetico Semplificazione impiantistica Semplicità di regolazione Riduzione della manutenzione Riduzione del rumore Elevate performances nel gestire più compressori Maggiore Affidabilità dell’impianto Cosa è un inverter? Convertitore di frequenza Uline UDC Uout Risparmio energetico su Compressori Power and Torque 100 Coppia 80 60 40 Coppia = Costante Potenza 20 Potenza ∝ Velocità 0 0 20 40 60 Speed (%) 80 100 1/3 Risparmio da dove nasce…. Nel funzionamento Carico/Scarico il motore del compressore continua a funzionare anche quando non è necessario assorbendo una percentulale non irrilevante di potenza: Fino al 25% per un compressore vite Misurazioni di laboratorio fatte su compressori vite Fino al 15% per un compressore a pistoni 2/3 Risparmio da dove nasce…. Con l’inverter il compressore elabora la sola portata necessaria, fermandosi nel momento in cui non è richiesta portata dall’utenza. Eventuali fasi a scarico saranno a velocità minima con assorbimenti estremamente ridotti La potenza assorbità sarà proporzionale al carico! Misurazioni di laboratorio fatte su compressori vite Il compressore non risulterà mai sovradimensionato al cambiare dei lotti produttivi Il compressore lavora a Cos ϕ prossimo all’unità, riducendo l’energia reattiva assorbita, dunque la necessità di investire per il rifasamento dell’utenza 3/3 Risparmio da dove nasce…. Con l’inverter ulteriore risparmio si ottiene dalla precisione di mantenimento del setpoint di pressione ( 0,2 bar anzichè 0,5 della logica Carico/Scarico) Questo può significare un risparmio ulteriore fino al 3% (da testare in impianto) Misurazioni di laboratorio fatte su compressori vite La riduzione delle perdite durante il funzionamento parziale comportano un ulteriore risparmio fino al 2% ( da testare in impianto) ABB CompressorSave…. Permette di stimare l’ordine di grandezza del risparmio energetico Valuta il tempo di payback dell’investimento Valuta il valore attuale dell’investimento Stima l’energia reattiva risparmiata ABB CompressorSave Permette di valutare la riduzione dell’impatto ambientale (emissioni CO2) Quantificazione del risparmio…. Ipotesi: Assorbimenti proporzionali alla portata Non più cicli a scarico del compressore con inverter ABB CompressorSave Dati sull’energia in Italia – ASHRAE 2002 Prezzo dell’energia: 20 ÷ 60% superiore alle altre nazioni europee Il consumo energetico aumenta del 2 ÷ 3% ogni anno Le centrali elettriche italiane sono vecchie e offrono scarsa resa ........Estate 2003 Risparmi possibili: Es. produzione del PET Nella produzione del PET l’inverter è ad oggi il viecolo migliore per raggiungere alti standard di efficienza energetica! I costi energetici di funzionamento rappresentano, infatti, più del 70% dei costi del ciclo di vita del compressore standard Il risparmio energetico teorico fino al 30% Semplificazione impiantistica Possibile eliminazione della trasmissione tramite cinghia e pulegge Possibilità di ridurre la taglia del compressore con funzionamento a 60 Hz Nessun avviatore stella/triangolo Nessun extracosto per dimensionare l’impianto sui picchi di corrente Nessun banco di rifasamento 1/2 Semplicità e precisione di regolazione Massima precisione nel controllo della pressione grazie ad una precisa regolazione PID Le oscillazioni nel controllo della pressione sono ridotte garantendo ulteriore risparmio energetico (il mantenimento del setpoint è più preciso) La precisione nel controllo permette una maggiore qualità del prodotto finito grazie alla stabilità del processo 2/2 Semplicità e precisione di regolazione Riduzione della banda di pressione di lavoro (Pmax-Pmin) Il processo risulta più stabile Non più eccessive riduzioni di pressione nel sistema Ulteriore risparmio energetico I tempi di funzionamento senza carico sono ulteriormente ridotti Riduzione della manutenzione Eliminazione degli stress in avvio e fermata sulle componenti (cinghie, cuscinetti...). Conseguente riduzione della necessità di manutenzione Eliminazione parti meccaniche in movimento che necessitano manutenzione periodica Non più limiti sul numero di avvi e fermate Velocità media più bassa, dunque minor usura complessiva del sistema Tempi di fermata ridotti, dunque minor problemi da fasi di fermo “Funzionamento permanente”, dunque affidabilità Riduzione del rumore L’inverter permette di ridurre la rumorosità dell’impianto funzionando a portate ridotte Saltando frequenze critiche, di risonanza, si possono eliminare vibrazioni propagabili nell’impianto 1/2 Performance con più compressori L’inverter è in grado di gestire più compressori sullo stesso impianto, uno in regolazione, gli altri ON/OFF I compressori ON/OFF saranno ad alte performance, quello ad inverter garantirà elevate prestazioni e seguirà le irregolarità della domanda Con un solo inverter si ottimizza la capacità di tutto il sistema Minor investimento iniziale 2/2 Performance con più compressori L’inverter è in grado di gestire l’avvio di più compressori presenti nello stesso sistema L’inverter porterà il primo compressore a 50 Hz, Lo bypasserà sulla rete dopo averlo sincronizzato con questa. Sarà nuovamente disponibile per gestire un nuovo compressore Soluzione ABB Un unico fornitore per motori ed inverter: Massima compatibilità tra inverter e motore Massima efficienza nel range di regolazione Assoluta compatibilità EMC Assistenza qualificata in tutto il mondo