Linha GA VSD. Compressores com inversor de Frequência Atlas Copco

Linha GA VSD

Antes do VSD...

2 sistemas de controle para compressores

O sistema Carga / Alívio

• O mais usado mundialmente para compressores parafuso • É definida uma faixa de pressão para trabalho

• Quando o compressor atinge a mínima pressão estabelecida, o mesmo entra em “carga” gerando ar para a linha

• Quando o compressor atinge a máxima pressão estabelecida, entra em “alívio” mantendo – se pressurizado internamente, consumindo energia, porém sem gerar ar para a rede

• Seu consumo de energia não é constante, variando de acordo com a necessidade de ar do usuário

• Quanto mais próximo for, a demanda de ar, da capacidade do compressor, melhor será a eficiência energética

O sistema Modulado

• Usado por alguns concorrentes • A pressão é constante

• Por consequência, neste caso, o consumo de energia também é constante • A válvula de alívio modula regulando a quantidade de ar que será

admitida no compressor de acordo com a demanda de ar necessária • Quanto mais próximo for, a demanda de ar, da capacidade do

compressor, melhor será a eficiência energética

• Menos eficiente que o sistema carga alívio para demandas de ar abaixo de 90% da capacidade total do compressor

Controle Modulado Controle Carga/Alívio

Power Consumption

Volume Used

Operating Pressure

Pequena Banda de Pressão

Baixo consumo de energia 90 – 100% Duty Médio consumo de energia 80 – 90% Duty Alto consumo de energia 0 – 80% Duty

Grande Banda de Pressão

Baixo consumo de energia

Médio consumo de energia 0 – 80% Duty Alto consumo de energia 90 – 100% Duty

Porque o VSD ?

• A idéia do VSD surgiu para ser um diferencial em relação ao consumo de energia

• Não possui válvula de alívio que gera desgaste na mola

• Mais confiável

• Não necessita de reservatório, salvo em algumas aplicações em que uma grande quantidade de ar comprimido, maior que a capacidade do compressor, é consumida em pouco tempo

Variar a velocidade do motor elétrico,

proporcionalmente ao consumo de ar

comprimido, a fim de manter a melhor

relação entre consumo e potência.

Conceito VSD



Ciclo = Forma de onda completa que

representa todos os seus valores.



Período (T) = Tempo para ocorrer um ciclo.

(em segundo)



Freqüência (f) = número de ciclos por

segundo. ( em Hertz : Hz)

Freqüência

f = (n x p)/120

n = (120 x f) / p

n = velocidade de rotação em Rotações Por Minuto p = números de pólos

f = freqüência

2 pole 4 pole 6 pole 8 pole

50 Hz 3000 rpm 1500 rpm 1000 rpm 750 rpm

Potência Reativa (kVAr)

Potência Ativa (kW) Potência Aparente (kVA)

Eletricidade = Incapaz de realizar trabalho Cerveja = Espuma Cerveja = Líquido Eletricidade = Realização de trabalho Cerveja = Copo cheio

Eletricidade = Potência da aplicação

kVA = Preço Cheio

kW = Custo p/ realização do trabalho

kVAr = Custo sem retorno

j

j

S

P

Cos

Sen

S

Q

Cos

S

P

Cos

I

U

P

Cos

P

S

I

U

S

=



=



=







=

=





=











3

3

Triângulo de Potência

3



=

V

S

I

3

220

=

S

I

_{I = 1381,22 [A]}

3

220

95

,

0

500



=

kW

I

Exemplo

cos j = 0,95, 500 kW, 220V, Trifásico

3



=

V

S

I

3

220

=

S

I

_{Diferença de 368,33 [A]}

Ao diminuir o cos j aumenta a

corrente. Em redes trifásicas, a energia dissipada aumenta com o quadrado desta nova corrente

3

220

75

,

0

500



=

kW

I

I = 1749,55 [A]

Exemplo

j

PRINCIPAIS CONSEQÜÊNCIAS DE UM BAIXO FATOR DE POTÊNCIA

•Acréscimo na conta de energia elétrica por estar operando com baixo fator de potência;

•Limitação da capacidade dos transformadores de alimentação; •Quedas e flutuações de tensão nos circuitos de distribuição;

•Sobrecarga nos equipamentos de manobra limitando sua vida útil;

•Aumento das perdas elétricas na linha de distribuição pelo efeito Joule; •Necessidade de aumento do diâmetro dos condutores;

•Necessidade de aumento da capacidade dos equipamentos de manobra e proteção.

CAUSAS DO BAIXO FATOR DE POTÊNCIA

•Motores de indução trabalhando a vazio;

•Transformadores trabalhando a vazio ou com pouca carga; •Reatores de baixo fator de potência no sistema de iluminação; •Fornos de indução ou a arco;

•Máquinas de tratamento térmico; •Máquinas de solda;

•Nível de tensão acima do valor nominal provocando um aumento de consumo de energia reativa.

Seção do Cabo

Seção Relativa Fator de Potência

1,00 1,00 1,23 0,90 1,56 0,80 2,04 0,70 2,78 0,60 4,00 0,50 6,25 0,40 11,10 0,30

0,76 0,78 0,8 0,82 0,84 0,86 0,88 0 20 40 60 80 100 120 I @ 100% 66,36404661 I @ 75% 50,94416519 I @ 50% 37,0107183 I Teorico 100% 66,36404661 75% 49,77303496 50% 33,18202331

S

P

Cos



=

O Consumo de Ar

Através de equipamento específico de medição é possível obter a demanda de ar do cliente.

Consumo de ar - Perfil n°3 0 20 40 60 80 100 120 140 0 :1 5 1 :3 0 2 :4 5 4 :0 0 5 :1 5 6 :3 0 7 :4 5 9 :0 0 1 0 :1 5 1 1 :3 0 1 2 :4 5 1 4 :0 0 1 5 :1 5 1 6 :3 0 1 7 :4 5 1 9 :0 0 2 0 :1 5 2 1 :3 0 2 2 :4 5 0 :0 0 Tempo C a p a c id a d e e m l /s Domingo Segunda Terça Quarta Quinta Sexta Sábado Consumo de ar - Perfil n°1 0 20 40 60 80 100 120 0 :1 5 1 :3 0 2 :4 5 4 :0 0 5 :1 5 6 :3 0 7 :4 5 9 :0 0 1 0 :1 5 1 1 :3 0 1 2 :4 5 1 4 :0 0 1 5 :1 5 1 6 :3 0 1 7 :4 5 1 9 :0 0 2 0 :1 5 2 1 :3 0 2 2 :4 5 0 :0 0 Tempo C a p a c id a d e e m l /s Domingo Segunda Terça Quarta Quinta Sexta Sábado Consumo de ar - Perfil n°2 0 20 40 60 80 100 120 140 0 0 :1 5 0 1 :4 5 0 3 :1 5 0 4 :4 5 0 6 :1 5 0 7 :4 5 0 9 :1 5 1 0 :4 5 1 2 :1 5 1 3 :4 5 1 5 :1 5 1 6 :4 5 1 8 :1 5 1 9 :4 5 2 1 :1 5 2 2 :4 5 Tempo C a p a c id a d e e m l /s Sunday Monday Tuesday W ednesday Thursday Friday Saturday A capacidade máxima determina a seleção do compressor A capacidade média determina o consumo de energia

92%

8%

O Consumo de Ar

O Consumo de Ar

Depois de mais de 200 medições, chegou – se a seguinte conclusão sobre a porcentagem usada de cada perfil

Resultado dos Testes

perfil I perfil II perfil III

Resultados de economia de energia !

O CIRCUITO RETIFICADOR transforma a tensão alternada de entrada em tensão continua que é filtrada no CIRCUITO INTERMEDIARIO. Esta tensão continua alimenta o CIRCUITO INVERSOR. Através de transistores o CIRCUITO INVERSOR fornece um sistema de corrente alternada de freqüência e tensões variáveis

Power

supply Motor

EMC possui 2 aspectos

- Emissão : O equipamento não pode interfirir em outro equipamento.

- Imunidade : O equipamento deve ser imune para interferências providas de outro equipamento.

Diretiva 89/336/EEC define níveis de emissão e imunidade.

‘As correntes parasitas ', não tem controle, e fluirão do eixo do motor ao eixo de compressor que causa falhas nos rolamento também no

compressor

Correntes Parasitas

Compressor Motor

Maior indução de corrente em motores com variação de velocidade

As correntes correrão através dos rolamentos do motor e criarão falhas prematuras

Pulsos de alta freqüência gerados pelo chaveamento de alta velocidade, causam a migração de corrente do eixo pela esfera.

Falha prematura do rolamento

Vibration peaks at component resonance 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1st Qtr 2nd Qtr 3rd Qtr 4th Qtr 1000-1200 rpm V ib ra ti o n l e v e ls max min speed

Aumento da freqüência de ressonância em determinadas velocidades.

O VSD Atlas Copco não está sujeito às Janelas de Velocidade

O resumo das principais vantagens de uma operação sem janelas de velocidade são!

 Maior vida útil

 Pressão Constante

 Melhor ajuste à aplicação

Cálculo Teórico

Nós calculamos o consumo de energia de um compressor com rotação constante da seguinte maneira:

 Consideramos a potência à plena carga PF

 Tomamos a potência do compressor em alívio PN

 Consideramos que a carga do compressor seja digamos igual a 0,7 (70% em carga)

Então calculamos a potência da seguinte forma:

0,7xPF + 0,3xPN = Potência Média

Pressão em carga

Pressão do sistema em alívio

Teórico

T

T- tempo para alívio completo do sistema

Real

Excesso de energia

tempo

Economia de Energia

Economia de Energia

Economia de Energia

Economia de Energia

Terceira geração de IGBT’s (IGBT³) = Aumento da resistência a temperatura

Maior Eficiência de Chaveamento (switching) = Economiza energia e aumenta a confiabilidade Projeto especial do motor = Refrigeração contínua do motor aumenta a confiabilidade

A Atlas Copco foi pioneira na tecnologia VSD.

Projetado para Eficiência e Confiabilidade Através da Experiência e Inovação

Combinação Motor/drive : O mesmo fornecedor, co engenharia, aplicação específica e confiabilidade

O Conceito do GA+ VSD provou sua confiabilidade com mais de 10 Anos de experiência no projeto VSD e milhares de instalações ao redor do mundo

Benefícios Da Linha VSD

 Economia de energia em até 38%

 Faixa de pressão constante com tolerância de 0,1

bar gerando melhor controle do processo

 Diminuição das perdas por vazamento

 Fator de potência (cos φ) acima de 95%

 Só trabalha em carga

 Eliminação completa do consumo de energia em alívio

 Perda 0 de energia elétrica

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 20 40 60 80 100 Capacidade [%] C o n su mo d e en er g ia [kW ] Carga-alívio Modulação VSD Sistemas de controle:

Benefícios Da Linha VSD

Controle Modulado Controle Carga/Alívio Controle VSD

Power Consumption

Volume Used

Operating Pressure

Pequena Banda de Pressão

Baixo consumo de energia 90 – 100% Duty Médio consumo de energia 80 – 90% Duty Alto consumo de energia 0 – 80% Duty

Grande Banda de Pressão

Baixo consumo de energia

Médio consumo de energia 0 – 80% Duty Alto consumo de energia 90 – 100% Duty

Pequena Banda de Pressão

Baixo consumo de energia 0 – 90% Duty Médio consumo de energia 90 – 100% Duty Alto consumo de energia

Controle Modulado Carga/Alívi o Redução de Energia Controle VSD Redução de Energia Redução de Energia % Carga Volume % Carga Potência % Carga Potência Comparado com o Modulado % Carga Potência Comparado com o Carga/Alívio Comparado com o Modulado 100 100 103 +3% 103 0 +3% 90 96 97 +1% 87 -10% -9% 80 93 94 +1% 77 -18% -17% 70 90 90 0 69 -23% -23% 60 87 85 -2% 59 -30% -32% 50 85 79 -7% 51 -35% -41% 40 83 72 -13% 42 -42% -49% 30 82 62 -24% 34 -55% -59% 20 81 51 -33% 26 -49% -68% 0 25 25 0 0 100 100

Comparação baseada em um compressor de 75 KW

Pressão Requerida 6.5 Bar

Modulação 6.5 – 7 Bar

Carga / Alívio 6.5 – 7.5 Bar

VSD 6.5 Bar Compressor em carga % 100% 0 Consumo de energia 100% 0 25..% 20.% Atlas Copco VSD

Melhor eficiência no range de veloc.

2.5% ..5% economia com a banda de presão

% são aproximados e podem variar dependendo do tamanho do compressor Os dados são médias baseadas em compressores operando em um determinado tempo

+ Economia

Compressor em Carga % 100% 0 Consumo de Energia 100% 0 25..% 20.% VSD

Melhor Eficiência no Range de Veloc.

2.5% ..5% Economia Banda de

Pressão

Os Benefícios do GA+ VSD da Atlas Copco

Controle Superior: Menor pressão de trabalho, sem blow off do elemento separador ar/óleo, +economia de energia

Projeto VSD: Projeto ideal e componentes especificados para a aplicação VSD; +Confiabilidade e Alta Performance

Combinação Motor/drive : O mesmo fornecedor, co engenharia, aplicação específica e +confiabilidade

Demanda de Ar Envio de ar Freqüência Velocidade do Motor Rotação dos elementos compressores Consumo de energia Tempo 0 % Transdutor de pressão Elektronikon Carga e alívio Sistema de Controle VSD

GA VSD - Funcionamento

GA VSD - Vantagens

Variando a velocidade do motor, o GA VSD consome de acordo com a demanda de ar

comprimido.

Carga - alívio

Controle modulado VSD

Não é possív el exibir esta imagem no momento.

 Sem sistema de alívio, isto

significa sem partes móveis.

– Menores perdas internas – Maior confiabilidade

Baixa Corrente de Partida

 Sem picos de corrente ao partir;

 Não há limite de partidas para o motor elétrico;

 Partida / parada em tempo controlado de aceleração / desaceleração;

 Menor “stress” nos componentes elétricos;

 Sistemas convencionais usam alto torque

 Alto torque na transmissão – fadiga e desgate na partida

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0,1 0,15 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 nominal Speed Ratio n/ns A b s o lu te T o rq u e N M Y-D DOL VSD SS

Baixo Torque

 Não é necessário investimentos do cliente em proteções relacionadas ao fator de potência

 Baixa corrente em todas as condições

0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90 0,95 1,00 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50% 55% 60% 65% 70% 75% 80% 85% 90% 95% 100% VSD FSD CO S Ø Carga

Corrente I=V / COS PHI

Regulagem de Pressão

• Cada 1 bar de pressão adicional representa 6% de aumento no consumo de energia • Grandes diferenciais de regulagem de pressão causam aumento de consumo.

• O GA VSD proporciona a utilização do menor diferencial possível, minimizando ainda os vazamentos. Com os compressores VSD consegue-se regulagem de pressão de até 0,1 bar

Pressão mínima na rede

p _carga p _alívio 0 6 7 8 b a r 7.5 6.5 6.0

Economias Indiretas

Atlas Copco GA 55 66 dB(A)

Compair L55 - Ceccato CSC 75 – CP CPC 75 71 dB(A)

Kaiser CSD102 - Ceccato CSD75 – CP CPD 75 69 dB(A) Worthington Rollair 75 70dB(A)

Referência Absoluta em Nível de Ruído

66 69 71 75

Schulz SRP 2075 E 81 dB(A) !!!

81

+ Silencioso

GA+ 30 - 90: 65-74 dBA

Nào necessita de uma Sala de Compressores

• Sem grandes Linhas de Ar Sem Vazamentos na Linha de Ar Praticamente sem Perda de

Carga

Instale o seu compressor onde quiser, Ultra silencioso. Pode ser Instalado na sua Linha de Produção

A combinação das características do GA+ permite a instalação do compressor em qualquer lugar !

+ Silencioso

O motor superaquecido - perde o torque e a eficiência reduzindo a vida útil

O fluxo de ar do ventilador é proporcional à

velocidade ao quadrado

Motores com velocidade variável Atlas Copco

Boa refrigeração significa boa eficiência em todas as velocidades, torque suficiente, grande faixa de

velocidade, vida longa do enrolamento e economia de energia

Alteração em todo o pacote elétrico.

 Sistema de aterramento entre eixo e

carcaça

 Fio de isolamento especial, para

suportar os picos de tensão

Motores com velocidade variável possuem proteção contra indução de corrente nos rolamentos

Cabos blindados isolado da carcaça Rolamentos Especiais Acoplamento Isolados

Alterações Elétricas

Alimentação de energia do motor principal Entrada de força

Inversor

Inversor de Freqüência : WEG

 Compatibilidade eletro-magnética

De acordo com as diretrizes da EMC 8C9/336/EEC

Freqüências

Projetados Especialmente

• Motor especial para aplicações VSD •Mesma marca do motor e inversor

•Projetados para trabalharem juntos em aplicações VSD

• Os compressores com inversor de frequência da Atlas Copco são os que tem o maior turndown do mercado • É da Atlas Copco também a maior variação de faixa de pressão: 4 a 13 bar

Ganhe competitividade com os Benefícios do VSD Custo da Energia Custo de Manutenção Custo do Equipamento Economia do VSD da Atlas Copco

Diminuição do Custo do Ar Comprimido Diminuição dos seus Custos de Produção

Custo de Instalação

+ Valor agregado

Nosso compromisso é aumentar

sua produtividade através da