Por Lori Lehner, Donaldson Torit Gerente de Treinamento Técnico
Prolongar a vida útil do filtro. Conservar energia. Economize dinheiro.
A otimização do controle do fluxo de ar em seu coletor de pó, névoa e fumaça oferece benefícios importantes, incluindo vida útil prolongada do filtro, maior conservação de energia e economia de custos em geral. Além disso, em muitas aplicações, o fluxo de ar correto é crítico para a qualidade. Demasiado fluxo de ar na solda de aço inoxidável pode afastar o gás de proteção das soldas, resultando em costuras de baixa qualidade, enquanto muito pouco fluxo de ar pode expor os operadores a compostos perigosos como o cromo hexavalente.
Em aplicações de processamento de materiais onde o pó inflamável pode ser uma preocupação, o fluxo de ar correto é especialmente crítico, pois muito fluxo de ar pode puxar o produto valioso para fora do processo para o fluxo de resíduos, mas muito pouco fluxo de ar pode permitir que a poeira escape do processo e potencialmente aumentar os perigos da poeira combustível na instalação.
O impacto do fluxo de ar na vida útil do filtro é muitas vezes negligenciado durante as operações, mas pode ser significativo quando os filtros são instalados pela primeira vez. Operacionalmente, a baixa resistência à pressão inicial dos filtros novos pode resultar no aumento do fluxo através do sistema, o que pode não ser um problema para as operações, mas pode reduzir drasticamente a vida operacional total dos filtros (muitas vezes em mais da metade). Uma estratégia de controle do fluxo de ar para manter o fluxo de ar de projeto prolongará a vida útil total do filtro.
A economia de energia e os custos gerais variam de acordo com a estratégia de controle do fluxo de ar e são delineados nas discussões a seguir.
A maneira tradicional de controlar o fluxo de ar é ajustar manualmente um amortecedor de saída no ventilador do coletor. Este pode ser um meio eficaz de controle do fluxo de ar se for feito corretamente e ajustado com frequência, já que as condições no sistema mudam com o tempo. Infelizmente, nem todos os operadores sabem como ajustar um amortecedor de saída adequadamente e, como resultado, não é incomum para uma planta ver uma vida mais curta do filtro, qualidade de produto comprometida e aumento da manutenção e custo operacional como resultado.
Abordagens alternativas para otimizar o controle do fluxo de ar incluem:
- Uso de válvula de controle de entrada
- Modificando o ventilador, substituindo as roldanas
- Uso de um sistema de controle digital com acionamento de frequência variável (VFD)
A seguir estão os seguintesprósecontrasde cada um:
Válvula de controle de entrada
Uma válvula de controle de entrada pode oferecer economia de energia ao pré-girar o ar enquanto entra no ventilador para que o ventilador não trabalhe tão duro. Esta opção proporciona alguma economia de potência e energia, com um custo de capital relativamente baixo. A desvantagem da válvula de controle de entrada é que o válvula ainda requer ajustes manuais, já que as condições do sistema mudam com o tempo, e há uma necessidade potencial de manutenção para o amortecedor.
Modificar o ventilador substituindo as roldanas no motor e/ou no ventilador
Outra opção para controlar o fluxo de ar é realmente modificar a velocidade de rotação do ventilador instalando novas roldanas no motor e/ou ventilador. A menor velocidade de rotação do ventilador reduz a potência de frenagem, economizando custos operacionais. Esta modificação pode ser rentável, no entanto, não é fácil ajustar a velocidade do ventilador em uma ampla gama de condições. Além disso, geralmente envolve o uso contínuo de uma válvula para ajuste fino do fluxo de ar, uma vez que as condições do sistema mudam com o tempo.
A estratégia de substituir as roldanas não é incomum, pois geralmente há fatores conservadores aplicados durante os projetos do sistema para manter as velocidades no sistema. Identificar e remover estimativas de projeto conservadoras pode proporcionar algumas economias de energia. Os projetistas frequentemente incluem uma ou duas polegadas adicionais de capacidade estática em um ventilador para resistência inesperada no projeto do duto.
Um exemplo de prática conservadora de projeto seria a indústria de grãos, onde muitos projetistas usam 4.500 pés por minuto como velocidade mínima de transporte porque o sistema muda estaticamente (à medida que o pó se acumula nos filtros). Os operadores não podem ajustar a válvula de saída (supondo que exista um) num esforço para evitar que a poeira se acumule no duto, que é um risco de poeira combustível e de peso. Os projetistas de sistemas frequentemente usam velocidades mais altas do que as exigidas para compensar as reduções inesperadas no fluxo de ar.
Controles digitais com acionamento por frequência variável (VFD)
A maneira mais eficaz de otimizar o fluxo de ar em um coletor é com um controle digital usando um acionamento de frequência variável (VFD).1 Este método monitora um parâmetro do sistema, como a pressão de velocidade em um duto ou a pressão estática na entrada do coletor - ambos podem ser diretamente ligados a um parâmetro operacional desejado, como a vazão volumétrica. O sistema de controle digital com uma VFD pode monitorar o status do sistema e ajustar automaticamente o fluxo de ar conforme as condições do sistema mudam com o tempo.
O principal benefício de um VFD controlado digitalmente é que ele mantém automaticamente o fluxo de ar de projeto à medida que as condições do sistema mudam. O fluxo de ar de projeto é estabelecido e o controlador digital é ajustado para a variável de controle por um técnico durante a partida inicial. Isto elimina qualquer necessidade posterior de um operador ajustar manualmente um amortecedor à medida que as condições do sistema mudam (ou seja, a queda de pressão aumenta à medida que a poeira se acumula nos filtros). O sistema de fluxo de ar VFD controlado digitalmente ajuda a manter a captação adequada na capota, mantendo a produtividade alta, deixando o produto onde deveria estar no processo, e ajudando a garantir a qualidade do ar na área de respiração dos trabalhadores. O sistema VFD controlado digitalmente também assegura uma velocidade de transporte consistente, o que reduz o acúmulo de material nos dutos, minimizando a manutenção e os riscos potenciais, como incêndios nos dutos.
Um sistema VFD controlado digitalmente também produz uma economia de energia semelhante a um arranque suave do motor, reduzindo as cargas de pico de demanda. Outro benefício do uso de um VFD controlado digitalmente é a redução do ruído. Evitar o excesso de volume de ar e a velocidade associada reduz substancialmente o ruído em comparação ao uso de um amortecedor de saída. Um cliente que dirige uma oficina de pulverização térmica declarou que, após instalar um coletor de pó com este tipo de sistema, o ruído foi tão drasticamente reduzido que planeja equipar todos os seus coletores de pó com VFDs controlados digitalmente.
Uma desvantagem dos sistemas VFD controlados digitalmente tem sido seus custos de capital. Ao considerar um sistema de controle VFD, procure descontos em sites como DSIRE™ (Banco de Dados de Incentivos Estaduais para Renováveis e Eficiência) e empresas locais de eletricidade e gás. Esses incentivos podem muitas vezes ser substanciais, compensando grande parte do custo de capital de um sistema VFD controlado digitalmente. É importante notar que algumas organizações exigem que o pedido seja apresentado (e até mesmo aprovado) antes que uma Ordem de Compra possa ser emitida para a compra do equipamento.
Economia de energia através do Sistema de Controle Elétrico e VFD
Um sistema VFD controlado digitalmente pode economizar energia ao minimizar a velocidade (RPM) do ventilador para controlar o fluxo de ar. Isto funciona bem porque as leis estabelecidas sobre ventiladores incluem uma relação em cubos entre a velocidade do ventilador e a potência do freio ou a energia consumida pelo ventilador. A fórmula é mostrada à direita.
O custo operacional anual desse ventilador a $0,07 por Quilowatt hora (kWh) para operação 24/7 é de $17.000. (É recomendado que você verifique online a tarifa da conta de eletricidade em sua área)
Custo operacional anual = HP x 0,746 kW/HP x $/kWh x Horas / eficiência do motor
Se a média de carga estática de seu sistema for de 7", em vez dos 10"wg necessários quando os filtros estão perto do fim de sua vida útil, a velocidade média do ventilador (usando um VFD) pode ser reduzida para 1680 RPM. Nesse momento, o custo operacional anual seria apenas menor.
Durante a maior parte da vida operacional dos filtros, o ventilador custaria $ 12.500 por uma diferença de $ 4.500 por ano, o que representa uma economia. Isso equivale a $ 1.500 para cada polegada de pressão estática economizada neste sistema para este ventilador, e a economia continua ano após ano.
O mesmo cenário a $0,20 por kWh, gera uma economia de $18.000, ou $6.000 por polegada de pressão estática economizada a cada ano.
Mesmo uma curva do ventilador que corresponda exatamente ao fluxo de ar de seu coletor incluirá uma ou duas polegadas de pressão estática adicional para acomodar obstáculos inesperados e mudanças nas condições do filtro. Com um sistema que mantém automaticamente o fluxo de ar de projeto, o risco de queda de material no duto para fora da corrente de ar é reduzido e uma velocidade de transporte menos conservadora pode ser selecionada.
A Poupança soma
Um sistema com um controlador de fluxo de ar VFD custa mais inicialmente, mas o retorno do investimento (ROI) baseado apenas na economia de energia é geralmente inferior a dois anos, e isto não inclui nenhuma economia adicional resultante de uma maior vida útil do filtro e um melhor controle do processo.
Formas de otimizar ainda mais seu sistema e tirar proveito da economia de energia:
- Utilizar meios filtrantes de alta qualidade que permitam a carga de poeira em sua superfície, em vez de embutir em sua profundidade. Isto aumenta a limpeza, diminui a queda de pressão e prolonga a vida útil do filtro. Lembre-se que cada centímetro de pressão estática custa dinheiro, e o uso de uma mídia de carga superficial pode muitas vezes economizar de um a dois centímetros de pressão estática média em comparação com a mídia de commodity.
- Faça as seguintes correções em seu sistema para aumentar a economia de energia:
- Retirar os cotovelos desnecessários para endireitar os canais,
- Substitua qualquer cotovelo diretamente à frente do ventilador por uma caixa de entrada bem desenhada,
- Substituir qualquer ajuste em T por entradas clássicas de ramos de 30 graus e redesenhar ou substituir qualquer capota ineficiente e/ou danificada.
Ao otimizar o fluxo de ar em seu coletor de pó, fumaça ou névoa, um controlador de fluxo de ar VFD provou ser a opção mais confiável porque proporciona maior vida útil ao filtro, conserva energia e, por fim, economiza dinheiro.
