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