Els compressors centrífugs d'aire en constant evolució

L'aire comprimit és una necessitat essencial per als sistemes de combustió, processos de separació d'aire, sistemes de transport pneumàtic, aire per a plantes i instruments i altres aplicacions en llocs tan diferents com plantes químiques, instal·lacions de gas industrial, fàbriques de fertilitzants, molins d'acer, explotacions mineres, automoció, fabricació d'aparells electrònics, equipaments per a aliments i begudes i productes tèxtils i fàbriques de vidre. Encara que el disseny bàsic del compressor centrífug d'aire s'ha mantingut sense canvis durant molts anys, els venedors d'aquests cavalls de batalla són molt conscients de la necessitat de modernitzar contínuament els seus dissenys per elevar al màxims les prestacions.

Gran part d'aquest esforç continu ha estat dirigit a reduir els costos operatius i de capital. Per exemple, en els darrers anys, els avenços en tots els terrenys, des del disseny mecànic de tot el bloc al disseny de segells i rodaments i la major capacitat de diagnòstic dels avançats sistemes de control d'avui dia, han produït millores demostrables tant en el funcionament mecànic i aerodinàmic com en l'eficiència elèctrica dels compressors centrífugs d'aire, que han augmentat la fiabilitat i reduït els costos.

En els últims anys, gairebé tots els fabricants més importants han començat a oferir sistemes de compressor centrífug d'aire que es munten a partir d'una sèrie de mòduls estandarditzats, prefabricats. Avui dia, fabricants com G Kühnle, Kopp & Kausch's Compressor Divisió, Cooper Compressió, Man Turbo AG, FS-Elliott Co, Dresser-Rand Co, Siemens Power Generation Industrial Applications, i General Electric ofereixen compressors d'aire amb dissenys modulars. L'ús d'aquests components modulars prefabricats i pre-armats redueix enormement el nombre total de components i peces en comparació amb els dissenys convencionals. Aquesta reducció de les peces rebaixa els costos i escurça els temps de muntatge, i els dissenys modulars permeten que totes les peces internes es muntin prèviament en un taller, en condicions de treball més controlades que les que es donen en l'entorn típic d'una fàbrica .

Mentrestant, per a l'usuari, els dissenys modulars faciliten als enginyers de manteniment el ràpid accés per treballar amb els diferents subsistemes del compressor. Per exemple, control individual, es pot accedir per manteniment als mòduls de lubricació o de refrigeració intermèdia sense haver de desmuntar ni pertorbar tota la unitat. Els dissenys modulars d'avui ofereixen també als operadors una flexibilitat sense precedents pel que fa a la modificació dels paràmetres del sistema per cobrir les canviants necessitats del centre amb ajustos o substitucions menors, específiques de cada mòdul. Per exemple, si amb el pas del temps canvien les necessitats d'aire comprimit del centre, a causa de la demanda d'un flux més o menys, l'enginyer només ha de canviar un o dos mòduls individuals per actualitzar i adaptar el compressor existent.

A més del disseny en mòduls, les prestacions i fiabilitat dels compressors centrífugs d'aire actuals està millorant gràcies als continus avenços en altres aspectes del seu disseny mecànic. Per exemple, molts fabricants han augmentat la fiabilitat del seu compressor millorant els rodaments de l'eix rotor, usant dissenys del tipus rodament hidrostàtic, rodaments magnètics sense contacte, rodaments acte ajustables i rodaments d'empenta de doble acció per reduir al mínim la vibració en tota banda de càrrega operativa.

Tots els fabricants s'enorgulleixen dels dissenys d'avantguarda dels seus impulsors. La majoria dels impulsors d'avui es fabriquen d'acer endurit perquè resisteixin l'efecte erosiu i corrosiu dels contaminants atmosfèrics i el vapor d'aigua, i incorporen dissenys d'avantguarda inclinats cap enrere amb intricades configuracions tridimensionals registrades-el que exigeix un molí de cinc eixos durant la fabricació - per a un òptim comportament aerodinàmic.

Els fabricants d'avui segueixen afegint funcions als sistemes de control per millorar el control general del compressor d'aire, per augmentar la fiabilitat del sistema i l'eficiència en el consum d'energia de cara a la demanda variable i per donar assistència en la resolució de problemes i en les tasques de manteniment, preventives i de pronòstic.

Encara que el control independent és important, la majoria dels compressors centrífugs d'avui inclouen també un port en sèrie que permet interconnectar a la perfecció la unitat amb el sistema de control de tota la planta (DCS). Això permet a l'usuari supervisar i gestionar totes les necessitats del compressor d'aire bé al costat de la unitat o des de qualsevol altre lloc de la planta.

Els sistemes de control que vénen ara de sèrie en molts dels compressors centrífugs d'aire industrials ofereixen un procés de supervisió i diagnòstic millor que mai i permeten als operadors seguir en temps real l'estat de factors crítics de funcionament com la pressió i la temperatura , detecció de sobretensió, comportament aerodinàmic, vibració de rodaments i rotor, desplaçament de l'eix, posició axial del rotor, flux i temperatura de l'aigua en el sistema de refrigeració, provisió d'oli lubricant, i fins i tot la temperatura dins d'una habitació per detectar qualsevol acumulació de calor del motor.

En els últims anys l'esforç dels fabricants s'ha dirigit a reduir els costos operatius i de capital.

La producció d'aire comprimit és una operació intrínsecament costosa i que consumeix molta energia. A causa d'això, els fabricants de compressors sempre estan buscant formes de millorar l'eficiència energètica de les seves unitats.

Encara que l'aire comprimit és un requisit essencial en molts processos químics i en operacions industrials i de fabricació, són molt poques les instal·lacions que tenen una demanda constant, sinó que la necessitat d'aire comprimit canvia d'un dia a un altre i de vegades d'hora en hora .

L'estratègia convencional per fer front a aquests fluctuacions en la demanda ha estat la de fer funcionar el compressor a un ritme constant i simplement deixar anar a l'atmosfera l'aire comprimit innecessari, però aquesta és una estratègia intrínsecament costosa i energèticament ineficaç.

En els últims anys, per reduir el consum d'energia i harmonitzar millor el funcionament del compressor amb les necessitats d'aplicació, s'ha equipat a molts compressors de desplaçament positiu (com els compressors de cargol i els de pistó) amb unitats motrius de velocitat variable (VSD) per modular la velocitat del motor, o amb unitats motrius de freqüència variable (VFD), per a modular la freqüència de la potència d'entrada. En comptes de deixar simplement que el compressor funcioni a ralentí quan decau la demanda d'aire comprimit, aquests sistemes utilitzen sensors de pressió, convertidors de freqüència i controls basats en microprocessadors per ajustar contínuament la velocitat del motor, permetent a compressor proporcionar el subministrament d'aire requerit a la pressió necessària al mateix temps que redueixen enormement la demanda elèctrica del sistema en la seva totalitat.

No obstant això, encara que l'ús de les VSD i VFD s'ha generalitzat per als compressors de desplaçament positiu, excepte en rares excepcions aquests sistemes no són adequats per als compressors centrífugs d'aire. A causa de que la sortida d'aire d'un compressor centrífug està en funció de la velocitat del motor, qualsevol reducció de la velocitat del motor entorpiria la capacitat de l'aparell per proporcionar un volum donat d'aire a una pressió de descàrrega donada.

Així doncs, per maximitzar l'eficiència energètica i reduir al mínim el costós sagnat d'aire provocat per les variacions en la demanda, els compressors centrífugs d'avui tendeixen a comptar amb àleps guia d'admissió, amb o sense difusors i vàlvules de papallona, per modular la quantitat d'aire que entra a la unitat i això permet a aquests dissenys fer front a les variacions en la demanda del producte amb major eficiència energètica que els basats en vàlvules d'alleujament.