12. capitolul vi – optimizarea consumurilor energetice

Capitolul VI –Optimizarea consumurilor energetice

CAPITOLUL VI

OPTIMIZAREA CONSUMURILOR ENERGETICE

Consumurile energetice se optimizează prin compresoare eficiente care diminuează

sarcina generatorului, așadar reducând prețurile și mărimea generatorului necesar navei. Interesul

major de a reduce consumurile de energie se materializează prin eficiența compresoarelor de aer

rulând constant.

Eficiența unui compresor de aer la o navă depinde de mai mulți factori. Un compresor

furnizează aer la presiune foarte mare care mărește temperatura la nivele foarte ridicate. În scopul

de a obține performanțe de calitate de la compresoarele de aer, este important să verificăm și să

menținem presiunea și temperatura în raza optimă.

Funcționarea eficientă a compresoarelor de aer

Scopul unui compresor de aer este de a furniza aer la presiune ridicată. Temperatura din

timpul procesului de comprimare este cunoscută ca și temperatură de comprimare. Această

temperatură de comprimare generată este suficientă pentru a aprinde vapori de ulei dacă sunt

prezenți în sistem. Mai mult decât atât, în acest proces, o mulțime de energie este de asemenea

pierdută sub formă de căldură.

Fig 6.1 Compresorul de aer

58


Pentru a evita pierderea de căldură și supraîncîlzirea componentelor interne, răcitoare

intermediare sunt montate în compresorul de aer. Cu ajutorul acestora este posibil să se apropie

de compresia izotermă ideală pentru a obține eficiența volumetrică maximă.

Apa de mare este adesea folosită cu scopul de a răci compresoarele de aer. Apa de mare

este circulată în sistem folosind o pompă sau folosind sistemul principal sau auxiliar pentru

circularea apei de mare. Este de remarcat faptul că apa de mare cauzează depuneri de calcar în

pasajele de răcire. Uneori, apa dulce de la un sistem închis este de asemenea folosită pentru a

evita problemele de depuneri.

Diagrama 6.1 Lucrul mecanic salvat în timpul răcirii intermediare

Locația compresorului

Locația compresoarelor de aer și calitatea aerului folosit de compresoare vor influența

semnificativ cantitatea de energie consumată. Performanța compresoarelor se îmbunătățește prin

răcirea, curățarea, uscarea aerului înainte de admisie.

Temperatura aerului de admisie

Performanța compresoarelor depinde în mod direct de calitatea aerului de admisie. Aerul

de admisie care este contaminat sau prea cald poate reduce performanța unui compresor și rezultă

consumarea excesivă de energie și costuri suplimentare pentru întreținere.

59


Dacă umiditatea, praful sau alte elemente contaminante sunt prezente în aerul de admisie,

cum ar fi contaminanți care se depun pe piesele interne ale compresorului,valvule, elici, rotori și

clapeți. Astfel de depuneri pot cauza uzuri premature și pot reduce capacitatea compresorului.

Compresorul generează căldură datorită funcționării continue a acestuia, această căldură

este disipată în camera compresoarelor, lucru care duce la încălzirea aerului de admisie. Ca o

regula generala, “fiecare creștere de patru grade Celsius a aerului de admisie produce un

consum de energie mai ridicat cu 1 % pentru a atinge un randament echivalent”.

Tabel 6.1 Efectul temperaturii aerului de admisie în consumul de energie

Temperatura de admisie(ºC) Descărcarea relativă de aer

(%)

Economie de energie(%)

10.0 102.0 +1.4

15.5 100.0 Nil

21.1 98.1 -1.3

26.6 96.3 -2.5

32.2 94.1 -4.0

37.7 92.8 -5.0

43.3 91.2 -5.8

În situația în care un filtru de admisie a aerului este montat pe compresor temperatura

mediului ambiant trebuie menținută cât mai scăzută pentru a preveni reducerea debitului. Acest

lucru poate fi realizat prin localizarea conductei de admisie în afara încăperii.

Căderile de presiune în filtrul de aer

Filtrul de admisie al compresurui trebuie instalat astfel încât aerul de aspirație să fie curat

și să aibă o temperatură scăzută. Cu cât filtrarea aerului de admisie este mai bună, cu atât

necesitatea operațiilor de întreținere la compresor e mai scăzută.

Cu toate acestea, căderea de presiune asupra filtrului de aer trebuie menținută cât mai

redusă pentru a preveni reducerea accelerată a capacității compresorului. Căderea de presiune nu

trebuie să depașească 0.068 bari. Tabelul de mai jos indică efectul de cădere de presiune asupra

filtrului și consumul de energie electrică.

60


Tabel6.2 Efectul căderilor de presiune asupra filtrului de aer în creșterea consumului de energie

Căderile de presiune asupra filtrului de aer

(mm colH2O)

Creșterea în consumul de energie (%)

0 0

200 1.6

400 3.2

600 4.7

800 7.0

Răcitoare intermediare și răcitoare finale

Cele mai multe compresoare cu trepte de răcire multiple folosesc răcitoare intermediare

care sunt schimbătoare de căldură ce realizează disiparea căldurii a comprimării între trepte.

Răcirea intermediară influențează eficiența totală a compresorului.

Atunci când energia mecanică este folosită pentru a comprima un gaz temperatura

acestuia crește. Răcitoarele finale sunt instalate după treapta finală de compresie pentru a micșora

temperatura aerului. În timp ce temperatura aerului este scăzută, vaporii de apă din aer sunt

condensați, separați, colectați și purjați în afara sistemului.

Ideal temperatura aerului de intrare în fiecare treaptă a unui compresor cu trepte multiple

trebuie să fie aceeași cu prima treaptă. Acest lucru se mai poate numi și “răcirea perfectă” sau

comprimarea izotermă.

În practică temperatura aerului de intrare în treptele următoare sunt mai ridicate, lucru

care duce la creșterea consumului de energie.

Tabel 6.3 Efectul răcirii intermediare la consumarea energiei de compresor

Specificații Răcire imperfectă Răcire perfectă Răcire cu apă

61


(valori de bază)

Primul stagiu al

temperaturii de admisie ºC

21.1 21.1 21.1

Stagiul doi al temperaturii

de admisie ºC

26.6 21.1 15.5

Capacitatea (Nm2/min) 15.5 15.6 15.7

Puterea axului (kW) 76.3 75.3 74.2

Consumul de enrgie

specific kW (Nm2/min)

4.9 4.8 4.7

Schimbarea procentajului +2.1 Atribuție -2.1

Utilizarea apei la temperatură scăzută reduce consumul specific de energie electrică, dar

folosind apă foarte rece duce la condensarea umidității în aer, iar dacă aceasta nu este îndepărtată

conduce la deteriorarea cilindrului.

Similar, răcirea inadecvată în răcitoarele finale permite căldurii, umidității aerului să

pătrundă în butelie, fapt care cauzează și mai mult condens în butelii și în liniile de distribuție

ceea ce duce la mărirea coroziunii, căderi de presiune și pierderi de aer în sistem.

Curățarea periodică și asigurarea unui debit adecvat la o temperatură potrivită a

răcitoarelor intermediare si a răcitoarelor finale este necesară pentru menținerea funcționării

optime.

Minimalizarea pierderilor de aer

62


Fig 6.4 Detector ultrasonic

Pierderile de aer comprimat duc la un consum sporit de energie electrică. Atât timp cât

pierderile de aer din sistem sunt aproape imposibil de observat cu ochiul liber, alte metode

trebuie folosite pentru localizarea acestora. Cea mai bună modalitate de a detecta pierderile este

utilizarea unui detector ultrasonic acustic care poate recunoaște sunetele de frecvență înaltă

asociate cu pierderile de aer.

Cel mai des pierderile de aer au loc la conexiuni și articulații. Oprirea pierderilor poate fi

simplă, cum ar fi strângerea unei conexiuni sau complexă cum ar fi înlocuirea echipamentului

defect, cuplări, secțiuni din conductă, furtune, articulații.

Îndepărtarea condensului

După ce aerul compresat părăsește camera compresiei, răcitorul final al compresorului

reduce temperatura de aer descărcată mult sub punctul de condensare (pentru cele mai multe

condiții înconjurătoare) așadar vaporii de apă considerabili sunt condensați. Pentru a înlătura

această condensare, majoritatea compresoarelor cu răcitoare finale au în contrucția lor separator

de apă condensată.

În situații ca acestea, o supapă izolatoare trebuie sa fie montată alături de descărcarea

compresorului. O linie de scurgere trebuie sa fie conectată în bază pentru scurgerea condensului.

Aceasta trebuie sa fie într-o pantă înclinată de la bază pentru a funcționa adecvat. Este posibil ca

o condensare adiționala să apară dacă tubulatura racește aerul chiar și mai departe.În acest caz

sitemul de tubulaturi trebuie prevazut în puncte joase cu trape pentru scurgere. De asemenea este

63


important ca tubulatura de descărcare să fie de aceeași dimensiune ca aceea a conexiunii de

descărcare de la închiderea compresorului. Toate tubulaturile si garniturile trebuie să fie

corespunzător construite pentru a rezista presiunii de descărcare.

Examinarea atentă a mărimii tubulaturii de la punctul de conexiune a compresorului este

esențială. Lungimile conductelor, diametrul lor, numărul și tipul supapelor și garniturilor trebuie

să fie luat în considerare pentru eficiența optimă a compresorului.

Utilizarea controlată a compresorului de aer

Deoarece compresorul de aer este deja disponibil, inginerii sunt tentați să folosească aer

comprimat pentru a furniza aer instalațiilor de joasă presiune, cum ar fi transportoarele

pneumatice sau aerul de combustie. Folosind o suflantă care este construită pentru operarea la

joasă presiune va costa doar o fracțiune din costul și energia generată de aerul comprimat.

Controlul compresoarelor

Compresoarele de aer devin ineficiente atunci când sunt operate semnificativ sub puterea

lor evaluată. Pentru a evita rularea suplimentară a compresoarelor de aer când acestea nu sunt

necesare, un controler poate fi instalat pentru oprirea și pornirea automată a compresoarelor de

aer, depinde de cerință. De asemenea, dacă presiunea compresorului de aer este ținută cât mai

scăzută posibil, se îmbunătățește eficiența și pierderile de aer sunt reduse.

Practici de mentenanță

Practicile de mentenanță adecvate vor îmbunătăți dramatic eficiența performanței a unui

compresor de aer. În continuare sunt sunt enumerate câteva practici pentru operarea eficientă și

mentenanță ale sistemelor de compresoare de aer:

Ungere : Presiunea uleiului compresorului trebuie verificată vizual zilnic, iar filtrul de ulei

schimbat lunar;

Filtrele de aer : Filtrul de aer de admisie poate deveni cu ușurință înfundat, în special în

medii cu mult praf. Filtrele trebuie verificate și înlocuite în mod regulat;

Trapele de condens : Multe sisteme au trape de condens pentru a-l aduna (pentru acele

trape care au montate cu supapă de operare) curgând condensul din sistem. Trapele

64


manuale trebuie să fie periodic deschise și închise pentru a drena orice lichid acumulat, iar

trapele automate trebuie să fie verificate pentru eventualele pierderi de aer comprimat;

Uscătoarele de aer : uscarea aerului este consumatoare de energie. Pentru uscătoarele

frigorifice, inspectarea și înlocuirea filtrelor se face regulat deoarece aceste uscătoare au

adesea pasaje interne mici care se pot înfunda cu contaminanți. Uscătoarele de regenerare

necesită un filtru eficient pentru înlăturarea uleiului de pe intrările lor, deoarece acestea

nu vor funcționa bine în cazul în care uleiul de ungere folosit la compresor îngreunează

uscarea acestora. Temperatura uscătoarelor cu higroscopie mecanică trebuie să fie

menținută sub 100ºF pentru a evita consumul crescut a materialului desicant, care trebuie

înlocuit la fiecare 3-4 luni, în funcție de rata de epuizare.

65

12. capitolul vi – optimizarea consumurilor energetice

Documents