Modulação dos compressores

A mais eficiente modulação dos compressores de amônia, vista durante o trabalho foi o sistema mestre-escravo.

Neste tipo de controle os compressores se comunicam e operam com a mesma capacidade até que uma máquina em espera possa ser ligada ou uma das máquinas que estão operando possa ser desligada de acordo com os parâmetros pré-estabelecidos.

O sistema mestre-escravo permite que o compressor opere de três diferentes maneiras, manual, automático ou mestre-escravo.

Operando em manual é possível aumentar e diminuir a carga do compressor através de botões da IHM (Interface Homem Máquina), normalmente para manobras ou emergência.

O set point é o valor definido como alvo que o sistema de controle irá buscar até alcançá-lo e, uma vez alcançado, o sistema de controle tenta mantê-lo.

Na operação em automático, o compressor utiliza apenas sua própria configuração e buscará o set point do parâmetro de controle escolhido, que geralmente será ou a PS, ou a

temperatura de saída do fluido secundário (produto a ser refrigerado) no evaporador do chiller (sistema de refrigeração compacto) ou um sinal de uma entrada externa, que pode ser um sensor de temperatura na entrada de um tanque, por exemplo.

Quando a operação está como mestre-escravo, todos os compressores operam em função de um único controle e o compressor definido como mestre é quem controlará todos eles, mandando o sinal para entrada, saída e modulação dos demais. Para isso todos os compressores devem estar configurados corretamente para o mesmo sistema, o set point deve ser o mesmo em todos eles e cada um deve ser configurado com um número diferente, porém em sequência, para formar a fila de partida.

O objetivo no sistema de refrigeração, neste caso, é resfriar o fluido secundário e mantê- lo em uma faixa de temperatura.

Este fluido secundário após ser resfriado é que atenderá as cargas nas áreas produtivas. Então, o melhor parâmetro de controle para os compressores ou chillers, do ponto de vista energético, é o sinal de temperatura do sensor localizado na tubulação de entrada do tanque de acumulação do fluido secundário, após tem sido resfriado nos evaporadores. Este parâmetro usará a entrada externa disponível para mandar seu sinal. Assim, se garante que o fluido entre no tanque com a temperatura desejada e os compressores operem para manter esta temperatura constante.

Há dois sistemas mestre-escravo analisados durante o estudo, o UNISAB da empresa Johnson Controls e o Auto Stage da Mayekawa, ambos desenvolvidos visando eficiência energética, para otimizar o uso da energia elétrica em função do capacidade frigorífica dos compressores. O princípio de funcionamento é, basicamente, o mesmo para os dois sistemas, mas há algumas diferenças.

Como já mencionado anteriormente, o compressor parafuso com inversor de frequência modula sua carga de duas maneiras: pela slide valve e pela frequência.

A modulação pela slide valve ocorrerá quando o compressor inicia seu funcionamento com uma frequência mínima de operação, por exemplo, de 24 Hz a 30 Hz, para garantir a ventilação do motor. Neste momento a slide valve estará fechada (0%), pois o motor do compressor tem que vencer a inércia inicial.

Uma vez estabilizado, a slide valve varia sua capacidade até 100%. Após a slide valve atingir 100% começará a modulação pela frequência, cujo responsável é o inversor, que varia da frequência mínima, exemplo 24 Hz, até a frequência máxima, por exemplo, 67 Hz (MAYEKAWA, 2011).

Independente do modo de operação, o ponto ótimo de operação dos compressores pode ser atingido, desde que ele esteja operando com a carga mais elevada na região onde a curva de desempenho do consumo de energia elétrica x capacidade frigorífica é linear (MAYEKAWA, 2011).

Há dois modos de operação para o sistema Auto Stage: “Local”, onde a operação será feita pela IHM do chiller; “Remoto”, onde a operação será realizada via supervisório, recebendo comandos externos. Este sistema pode funcionar de três diferentes modos de controle: manual ou auto local ou ainda auto remoto (MAYEKAWA, 2011).

O sistema UNISAB também pode operar de três modos de controle diferentes: manual ou automático ou remoto.

No modo manual o compressor será ligado através de botão, sem nenhuma condição de falha, e o controle de carga do compressor também será através de botões. Este tipo de controle é usado apenas em casos de emergência.

Se o sistema for definido para operar em automático, ele precisará da definição de Local ou Remoto e da referência de controle, PS ou temperatura de saída do etanol do evaporador ou

temperatura de entrada do tanque. Assim, os set points e parâmetros de liga e desliga das máquinas, pré-definidos na referência de controle escolhida é que controlarão a partida, parada e o controle de capacidade do compressor.

A diferença da operação Auto Remoto para Auto Local, no sistema Auto Stage, é que a primeira aguarda um sinal externo para a partida (MAYEKAWA, 2011).

Para o sistema Auto Stage, quando o modo de controle é o Stage, obrigatoriamente, o parâmetro de controle será a temperatura de entrada do fluido secundário no tanque, cujo sinal chega a cada máquina através de uma rede de comunicação, e cada máquina executa seu próprio controle no inversor de frequência, através do PID (MAYEKAWA, 2011).

Para o funcionamento do Stage, os parâmetros devem estar configurados corretamente. Para o sistema UNISAB operando em remoto, o parâmetro de controle, PS ou

temperatura de saída do evaporador ou entrada externa, pode ser escolhido e o controle de todas as máquinas é feito pelo compressor mestre do sistema.

Se todos os compressores possuírem inversor de frequência, todos eles modularão na mesma capacidade, mas se nem todos possuírem inversor de frequência, os que não possuem operarão a 100% de capacidade enquanto os que possuem, modularão na mesma capacidade. Neste caso, é recomendado que o mestre do sistema seja um compressor com inversor de frequência. Para o funcionamento do modo remoto, os parâmetros devem estar configurados corretamente.

Visando o melhor rendimento energético é definido o ponto mínimo de operação de cada máquina, que no sistema Auto Stage, o usuário pode escolher este ponto. Elas operação apenas acima deste ponto pré-definido em testes de performance, por exemplo, 60%.

Além do ponto mínimo de operação, deve ser definido um parâmetro, que quando atingido, conta-se um tempo e liga a próxima máquina, por exemplo, 100% e um parâmetro de rotação mínima, para a partida da máquina (MAYEKAWA, 2011).

Para o UNISAB, todos estes parâmetros são definidos internamente.