ES2316491T3 - Metodo para regular una instalacion de compresor con un secador e instalacion de compresor utilizada con el mismo. - Google Patents
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Abstract
Método para regular una instalación de compresor con al menos un elemento (6) compresor y, en el conducto (11) de presión del mismo, al menos un enfriador (17), al menos un separador (18) de agua y un secador (2) del tipo que comprende un recipiente (24) a presión con una zona (3) de secado y una zona (4) de regeneración, girando un rotor (25) en este recipiente (24) a presión, rotor que está relleno con un agente de secado regenerable, por lo que el elemento (6) compresor se acciona mediante un motor (9) eléctrico, una parte del aire comprimido entregado por este elemento (6) compresor se bifurca en el enfriador (17) antes de enfriarse, se suministra, por medio de una bifurcación (15), hacia la zona (4) de regeneración y, después de enfriarse y de la separación del agua condensada, se retroalimenta hacia el conducto (11) de presión, y por lo que el rotor (25) en el secador (2) gira continuamente por medio de un motor (33) eléctrico, de modo que el agente de secado se mueve continuamente desde la zona (3) de secado hasta la zona (4) de regeneración y de vuelta a la zona (3) de secado, caracterizado porque la velocidad del motor (9) que acciona el elemento (6) compresor, así como la velocidad del motor (33) que acciona el rotor (25), se regulan en función del consumo de gas comprimido, por lo que el consumo de gas comprimido se determina utilizando la presión medida en la salida del elemento (6, 7) compresor o en la salida del secador (2).
Description
Método para regular una instalación de compresor
con un secador e instalación de compresor utilizada con el
mismo.
Esta invención se refiere a un método para
regular una instalación de compresor con al menos un elemento
compresor y, en el conducto de presión del mismo, al menos un
enfriador, al menos un separador de agua y un secador del tipo que
comprende un recipiente a presión con una zona de secado y una zona
de regeneración, girando un rotor en este recipiente a presión,
rotor que está relleno con un agente de secado regenerable, por lo
que el elemento compresor se acciona mediante un motor eléctrico,
una parte del aire comprimido entregado por este elemento compresor
se bifurca en el enfriador antes de enfriarse, se suministra, por
medio de una bifurcación, hacia la zona de regeneración y, después
de enfriarse y de la separación del agua condensada, se
retroalimenta hacia el conducto de presión, y por lo que el rotor en
el secador gira continuamente por medio de un motor eléctrico, de
modo que el agente de secado se mueve continuamente desde la zona de
secado hasta la zona de regeneración y de vuelta a la zona de
secado.
Las instalaciones de compresor dotadas con un
secador de adsorción se describen, por ejemplo, en los documentos
de patente US-A-5.385.603 y
GB-A-1.349.733 y US 5.688.305.
En estas instalaciones de compresor, el elemento
compresor así como el rotor se accionan continuamente a la misma
velocidad.
Esto significa que el caudal entregado por el
elemento compresor permanece constante o varía sólo dentro de
ciertos límites.
Sin embargo, cada vez más, se utilizan
instalaciones de compresor de ahorro energético, por lo que el
caudal entregado por el elemento compresor se ajusta al consumo. El
elemento compresor se acciona de este modo a una velocidad que
varía en función de dicho caudal, dando como resultado de ello que
la potencia consumida por el motor del elemento compresor pueda
restringirse hasta un mínimo.
Esto se consigue, por ejemplo tal como se
describe en el documento US 4.492.526, mediante el accionamiento
del elemento compresor por un motor eléctrico que está controlado
por un convertidor de frecuencia.
Puesto que el caudal puede variar dentro de un
amplio intervalo de un 20% a un 100%, estas instalaciones de
compresor de ahorro energético no pueden comprender un secador del
tipo mencionado anteriormente. Con un bajo caudal entregado, el
caudal a través de la zona de regeneración es demasiado pequeño para
permitir una regeneración suficiente del agente de secado dentro
del periodo de tiempo durante el cual este último está presente en
la zona de regeneración.
Debido al alto punto de rocío, una regeneración
insuficiente da como resultado una vida útil más corta del
secador.
La invención tiene como objetivo un método para
regular una instalación de compresor con un secador del tipo
descrito en el primer párrafo, que permita ahorrar energía.
Según la invención, este objetivo se consigue
porque la velocidad del motor que acciona el elemento compresor así
como la velocidad del motor que acciona el rotor, se regulan en
función del consumo de gas comprimido, por lo que el consumo de gas
comprimido se determina utilizando la presión medida en la salida
del elemento compresor o en la salida del secador.
De este modo, el motor que acciona el elemento
compresor, así como el motor que acciona el rotor del secador
pueden regularse por el mismo dispositivo de regulación en función
del consumo.
Con este objetivo, este dispositivo de
regulación puede regular en función de la presión que prevalece en
el conducto de presión, o bien entre el elemento compresor y el
secador, preferiblemente entre el separador de agua y el secador, o
bien en la salida del secador, por lo que entonces la presión medida
es el parámetro.
La invención también se refiere a una
instalación de compresor que es particularmente adecuada para
aplicar dicho método.
La invención también se refiere de este modo a
una instalación de compresor con al menos un elemento compresor,
conectado a un motor eléctrico para accionar el elemento compresor,
y tener en el conducto de presión de dicho elemento compresor al
menos un enfriador, al menos un separador de agua y un secador del
tipo que comprende un recipiente a presión con una zona de secado y
una zona de regeneración, un rotor montado de manera giratoria en
este recipiente a presión, rotor que está relleno con un agente de
secado regenerable, y un motor eléctrico para girar continuamente
este rotor, de modo que el agente de secado se mueve sucesivamente a
través de la zona de secado y la zona de regeneración, por lo que
se extiende una bifurcación desde la parte del conducto de presión
que está situada entre el elemento compresor y el enfriador hacia la
entrada de dicha zona de regeneración, y un conducto de retorno se
extiende desde la salida de esta zona de regeneración sobre un
enfriador y un segundo separador de agua de vuelta al conducto de
presión.
Según la invención, dicha instalación de
compresor se caracteriza porque el motor para accionar el elemento
compresor, así como el motor para accionar el rotor es un motor con
velocidad ajustable, por lo que el motor para accionar el elemento
compresor está acoplado a un dispositivo de regulación para regular
la velocidad de este motor en función del consumo de gas
comprimido, mientras que el motor para accionar el rotor del secador
también está acoplado a un dispositivo de regulación para regular
la velocidad de este motor en función del consumo de gas
comprimido, por lo que al menos dicho dispositivo de regulación al
que está acoplado dicho motor para accionar el rotor, está acoplado
a un manómetro instalado en el conducto de presión entre el elemento
compresor y el secador, o en la salida del secador, para determinar
el consumo de gas comprimido basándose en la presión medida por
dicho manómetro.
El motor que acciona el elemento compresor, así
como el motor que acciona el rotor del secador pueden acoplarse al
mismo dispositivo de regulación que regula la velocidad de ambos
motores en función del consumo.
Con este objetivo, este dispositivo de
regulación se acopla a un manómetro instalado en el conducto de
presión, o bien entre el elemento compresor y el secador,
preferiblemente entre el separador de agua y el secador, o en la
salida del secador, por lo que entonces la presión medida es el
parámetro.
Cuando el consumo de aire comprimido aumenta, la
presión medida por el manómetro tenderá a descender, a consecuencia
de lo cual el dispositivo de regulación hará que el motor del
elemento compresor vaya más rápido y la producción de aire o caudal
de aire por consiguiente aumente.
La instalación de compresor puede comprender un
compresor multietapa con más de un elemento compresor. En este
caso, el elemento compresor previsto anteriormente es la etapa
última o de alta presión.
Con la intención de mostrar mejor las
características de la invención, más adelante, como un ejemplo sin
carácter limitativo, se describen cuatro formas preferidas de
realización de un método para regular una instalación de compresor
con un secador y una instalación de compresor utilizada con el
mismo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
la figura 1 representa esquemáticamente una
instalación de compresor con un secador según la invención;
la figura 2 representa un diagrama con la
velocidad del rotor en función del caudal entregado;
la figura 3 representa el punto de rocío del
aire seco de salida en función del caudal, con una constante así
como una velocidad de rotor variable;
la figura 4 representa esquemáticamente una
instalación de compresor análoga a la de la figura 1, sin embargo,
refiriéndose a otra forma de realización.
La figura 5 representa una instalación de
compresor, que no es conforme a la invención.
La instalación de compresor con secador,
representada en la figura 1, comprende sustancialmente un compresor
1 de dos etapas y un secador 2 con una zona 3 de secado y una zona 4
de regeneración.
El compresor 1 de dos etapas comprende un
elemento 5 compresor de baja presión, un elemento 6 compresor de
alta presión con un enfriador 7 intermedio entre los mismos, seguido
por un separador 8 de agua, y un accionador que consiste de un
motor 9 eléctrico y una transmisión 10 para accionar los dos
elementos 6 y 7 compresores.
A la salida del compresor 1 de dos etapas, está
conectado el conducto 11 de presión, en el que está instalado un
manómetro 12 que está acoplado a un dispositivo 13 de regulación
que, por medio de un convertidor 14 de frecuencia, regula el número
de revoluciones del motor 9 en función de la presión medida por el
manómetro 12 o, en otras palabras, del consumo de aire
comprimido.
Todavía antes del manómetro 12, está conectada
una bifurcación 15 al conducto 11 de presión, bifurcación que
desemboca en la entrada de la zona 4 de regeneración de los
secadores 2 y que comprende una válvula 16 de mariposa. La presión
del aire comprimido que entra en la zona 4 de regeneración puede
regularse mediante la válvula 16 de mariposa.
Además, un enfriador 17, un separador 18 de
agua, un tubo 19 eyector y un segundo separador 20 de agua están
instalados en el conducto 11 de presión antes de que el conducto de
presión desemboque en el interior de la entrada de la zona 3 de
secado del secador 2.
Un conducto 21 de retorno conectado a la salida
de la zona 4 de regeneración desemboca en la zona de baja presión
del tubo 19 eyector. En este conducto 21 de retorno, entre la zona 4
de regeneración y el tubo 19 eyector, se instalan sucesivamente un
enfriador 22 y un separador 23 de agua.
El secador 2 es del tipo que comprende un
recipiente 24 a presión en el que un rotor 25 está instalado de
manera giratoria, rotor que consiste de un conjunto de tubos que
están rellenos con agente de secado regenerable, tal como, por
ejemplo, gel de sílice.
El recipiente 24 a presión está separado en una
zona 3 de secado y una zona 4 de regeneración, y a estos efectos
las extremidades del recipiente 24 a presión están separadas en dos
compartimentos, por medio de particiones 26 y 27.
En la figura, el recipiente 24 a presión y el
rotor 25 están instalados verticalmente, y los dos compartimentos
28 y 29 que están situados por debajo y por encima del rotor 25,
respectivamente, forman parte de la zona 3 de secado.
El conducto 11 de presión desemboca en el
compartimento 28, mientras que el compartimento 29 está dotado de
una salida 30 para conectar la red de aire comprimido para los
consumidores. La parte del rotor 25 situada entre estos
compartimentos 28 y 29 se sitúa de este modo en la zona 3 de secado,
y el agente de secado presente en esta parte se utiliza por lo
tanto para secar el aire comprimido.
De manera análoga, los compartimentos 31 y 32
que, en la figura, se sitúan por encima y por debajo del rotor 25,
respectivamente, forman parte de la zona 4 de regeneración así como
la parte del rotor 25 situada entre estos compartimentos 31 y
32.
La bifurcación 15 desemboca en el compartimento
31, mientras que la válvula 21 de retorno comienza desde el
compartimento 32.
El rotor 25 gira continuamente alrededor de su
eje mediante un motor 33 eléctrico.
El motor 33 se controla, por medio de un
convertidor 34 de frecuencia, por el dispositivo 13 de regulación
en función del número de revoluciones del motor 9.
El control de la instalación de compresor se
realiza como sigue:
- por medio del convertidor 14 de frecuencia, el dispositivo 13 de regulación regula el número de revoluciones del motor 9 en función del consumo. Cuando el consumo de aire comprimido aumente, entonces la presión medida por el manómetro 12 comenzará a descender. Por lo tanto, el dispositivo 13 de regulación hace inmediatamente que la frecuencia del convertidor 14 de frecuencia aumente y el motor gire más rápido, de modo que la producción de aire o el caudal Q de aire aumente y la presión ascienda de nuevo a su valor inicial y por lo tanto, visto en un periodo de tiempo, prácticamente permanezca constante.
La proporción entre la velocidad del motor y el
caudal Q es lineal. Con una frecuencia de, por ejemplo, 60 Hz, la
velocidad del motor es máxima, y el compresor 1 de dos etapas
entrega su máximo caudal. Con una frecuencia de, por ejemplo, 20
Hz, la velocidad del motor y el caudal son mínimos, por ejemplo, un
30% del máximo.
A través de la bifurcación 15, del uno al 40% de
dicho caudal se bifurca y suministra a la zona 4 de regeneración,
en la que aire comprimido caliente proporciona la regeneración del
agente de secado. Este aire comprimido cargado de humedad se dirige
sobre el enfriador 22, en el que se condensa una parte de la humedad
tomada. El condensado se separa en el separador 23 de agua.
El aire, que ahora es más seco y frío, se mezcla
en el tubo 19 eyector con el aire comprimido no bifurcado que se ha
enfriado en el enfriador 17 y desde el que el condesando se ha
separado en el separador 18 de agua.
Posibles gotitas que todavía estén presentes se
separan de la mezcla en el separador 20 de agua antes de que se
sequen en la zona 3 de secado.
El rotor 25 gira continuamente, de modo que el
agente de secado de la zona 3 de secado se lleva continuamente a la
zona 4 de regeneración.
Este giro, sin embargo, no se realiza a una
velocidad constante, sino que también se regula, por medio del
convertidor 34 de frecuencia, por el dispositivo 13 de
regulación.
El número N de revoluciones del motor 33 y, por
lo tanto, del rotor 25 se regula de modo que la presión medida por
el manómetro 12 permanece constante, lo que significa que este
número de revoluciones de hecho se regula en función del consumo o,
en otras palabras, el caudal Q. De este modo, el número N de
revoluciones del motor 33 de hecho es paralelo al caudal Q, tal
como se representa en la figura 2, en la que este número N de
revoluciones está representado en revoluciones por minuto, en
función del caudal Q en litros por segundo.
En consideración del hecho de que también se
regula el motor 9 en función del caudal Q o, en otras palabras, el
consumo de aire comprimido, los motores 9 y 33 en práctica se
regulan de una manera similar, que por lo tanto pueden realizarse
mediante el mismo dispositivo 13 de regulación.
Cuando, de este modo, el caudal Q del aire
comprimido desciende como resultado de una velocidad inferior del
motor 9, hay un caudal de aire más pequeño disponible para la
regeneración en el secador 2. Con el fin de aún poder regenerar un
volumen igual con agente de secado, el rotor 25 gira más lento
cuando el motor 33 funciona más lento, de modo que en este caso se
da más tiempo al caudal limitado de aire para la regeneración para
realizar tal regeneración.
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También en la zona 3 de secado, con un caudal Q
de aire comprimido en descenso se suministra menos aire comprimido,
sin embargo, como resultado de la velocidad inferior del rotor 25,
el aire comprimido permanece en contacto con el agente de secado
durante más tiempo.
Con cualquier consumo o caudal Q de aire
entregado mediante el compresor 1 de dos etapas, el dispositivo 13
de regulación elige la velocidad óptima para el rotor 25, de modo
que se realiza el secado y regeneración de manera suficiente.
De este modo, el secador 2 puede funcionar de
manera eficaz, es decir con un punto de rocío suficientemente bajo
del aire secado en la salida del secador 2, con un amplio intervalo
de caudales Q de aire.
Con un número N constante de revoluciones del
rotor 25, esto no sería el caso, tal como se representa en la
figura 3, en la que el punto de rocío en ºC se representa para el
aire seco de salida en función del caudal Q entregado por el
compresor 1 en l/s, con una velocidad constante del rotor 25 (línea
35) y con una velocidad regulada de la manera descrita
anteriormente (línea 36), respectivamente.
En este último caso, el punto de rocío varía
relativamente poco y permanece suficientemente bajo para caudales Q
diferentes.
En otra forma de realización, la presión en el
conducto de presión puede medirse en la salida del secador 2 en
lugar de entre el compresor 1 y dicho secador 2.
De este modo, en la figura 4 una forma de
realización de la instalación de compresor se representa con la
única diferencia con respecto a la figura 1 en que el manómetro 12
acoplado al dispositivo 13 de regulación se sustituye por un
manómetro 37 está instalado en la salida 30 del compartimento 29 y,
por lo tanto, en la salida del secador 2.
También en esta realización, el dispositivo 13
de regulación regula la velocidad de los motores 9 y 33 de modo que
la presión permanece aproximadamente constante y, por lo tanto, en
función del consumo de aire comprimido.
Una indicación de la calidad del proceso de
regeneración es la diferencia \DeltaT = T_{2} - T_{1} de
temperatura entre la entrada y la salida de la zona 4 de
regeneración. Durante el proceso de regeneración, el aire
comprimido, que fluye al interior del secador y, de este modo, la
zona 4 de regeneración, a una temperatura T_{1}, se enfría a una
temperatura T_{2} que tiene en la salida de esta zona 4 de
regeneración.
Cuanto más grande sea la diferencia \DeltaT de
temperatura, menor regeneración será todavía posible.
Por lo general, se supone que, con el fin de
obtener una regeneración suficiente, esta diferencia máxima de
temperatura puede ser de 70ºC, mientras que la temperatura en la
salida de la zona 4 de regeneración debe ser como mínimo de
60ºC.
Una regeneración insuficiente da como resultado
un punto de rocío desventajoso y una corta vida útil del rotor 25
del secador 2.
En la figura 5, una instalación de compresor que
no es conforme a la invención se representa de manera diferente a
aquélla según las figuras 1 y 4 en cuanto a que comprende un
dispositivo 38 de regulación separado que regula la velocidad del
motor 33 por medio de un convertidor 34 de frecuencia y que está
acoplado a un medidor 39 de temperatura que está instalado aguas
abajo de la zona 4 de regeneración, a saber en la bifurcación 15,
antes del compartimento 31, y a un medidor 40 de temperatura que
está instalado aguas abajo de la zona 4 de regeneración, a saber en
el conducto 21 de retorno, más allá del compartimento 32.
La velocidad del motor 9 del compresor 1
permanece regulada por el dispositivo 13 de regulación de la manera
descrita anteriormente, sin embargo, la velocidad del motor 33 se
regula mediante el dispositivo 38 de regulación en función de la
diferencia entre la temperatura T_{1} medida por el medidor de
temperatura y la temperatura T_{2} medida por el medidor 40 de
temperatura.
El compresor 1 no tiene que ser necesariamente
un compresor de dos etapas. Puede comprender, por ejemplo, sólo un
elemento 6 compresor.
El accionamiento del motor 25 no tiene que
realizarse necesariamente de manera axial, tal como se representa.
El rotor 25 puede estar dotado en su circunferencia de dientes y
puede accionarse por medio de una transmisión de ruedas dentadas y
esos dientes. El motor entonces puede instalarse al lado del
recipiente 24 a presión.
Este recipiente 24 a presión no tiene que
instalarse necesariamente de manera vertical. También puede estar
en una posición horizontal.
La invención no está limitada de ninguna manera
a las formas de realización descritas anteriormente y representadas
en las figuras, al contrario, tal método para regular una
instalación de compresor con un secador e instalación de compresor
utilizada en el mismo pueden realizarse en diversas variantes, sin
abandonar el alcance de la invención tal como se define en las
reivindicaciones.
Claims (7)
1. Método para regular una instalación de
compresor con al menos un elemento (6) compresor y, en el conducto
(11) de presión del mismo, al menos un enfriador (17), al menos un
separador (18) de agua y un secador (2) del tipo que comprende un
recipiente (24) a presión con una zona (3) de secado y una zona (4)
de regeneración, girando un rotor (25) en este recipiente (24) a
presión, rotor que está relleno con un agente de secado regenerable,
por lo que el elemento (6) compresor se acciona mediante un motor
(9) eléctrico, una parte del aire comprimido entregado por este
elemento (6) compresor se bifurca en el enfriador (17) antes de
enfriarse, se suministra, por medio de una bifurcación (15), hacia
la zona (4) de regeneración y, después de enfriarse y de la
separación del agua condensada, se retroalimenta hacia el conducto
(11) de presión, y por lo que el rotor (25) en el secador (2) gira
continuamente por medio de un motor (33) eléctrico, de modo que el
agente de secado se mueve continuamente desde la zona (3) de secado
hasta la zona (4) de regeneración y de vuelta a la zona (3) de
secado, caracterizado porque la velocidad del motor (9) que
acciona el elemento (6) compresor, así como la velocidad del motor
(33) que acciona el rotor (25), se regulan en función del consumo de
gas comprimido, por lo que el consumo de gas comprimido se
determina utilizando la presión medida en la salida del elemento (6,
7) compresor o en la salida del secador (2).
2. Método según la reivindicación 1,
caracterizado porque la regulación de la velocidad de los
motores (9 y 33) es tal que la presión en la salida del elemento
(6, 7) compresor o en la salida del secador (2) permanece
aproximadamente constante.
3. Método según las reivindicaciones 2 y 3,
caracterizado porque el motor (9) que acciona el elemento (6)
compresor así como el motor (33) que acciona el rotor (25) del
secador (2) se regulan por el mismo dispositivo (13) de regulación
en función del consumo del gas comprimido.
4. Instalación de compresor con al menos un
elemento (6) compresor conectado a un motor (9) eléctrico para
accionar el elemento compresor y tener en el conducto (11) de
presión de dicho elemento compresor al menos un enfriador (17), al
menos un separador (18) de agua y un secador (2) del tipo que
comprende un recipiente (24) a presión con una zona (3) de secado y
una zona (4) de regeneración, un rotor (25) montado de manera
giratoria en este recipiente (24) a presión, rotor que está relleno
con un agente de secado regenerable, y un motor (33) eléctrico para
girar continuamente este rotor (25), de modo que el agente de secado
se mueve sucesivamente a través de la zona (3) de secado y la zona
(4) de regeneración, por lo que una bifurcación (15) se extiende
desde la parte del conducto (11) de presión que está situada entre
el elemento (6) compresor y el enfriador (17) hacia la entrada de
dicha zona (4) de regeneración, y un conducto (21) de retorno se
extiende desde la salida de esta zona (4) de regeneración sobre un
enfriador (22) y un segundo separador (23) de agua de vuelta al
conducto (11) de presión, caracterizada porque el motor (9)
para accionar el elemento (6) compresor, así como el motor (33)
para accionar el rotor (25) es un motor con velocidad ajustable, por
lo que el motor (9) para accionar el elemento (6) compresor está
acoplado a un dispositivo (13) de regulación para regular la
velocidad de este motor (9) en función del consumo de gas
comprimido, mientras que el motor (33) para accionar el rotor (25)
del secador (2) también está acoplado a un dispositivo (13) de
regulación para regular la velocidad de este motor (9) en función
del consumo de gas comprimido, por lo que al menos dicho dispositivo
(13) de regulación al que está acoplado dicho motor (33) para
accionar el rotor (25), está acoplado a un manómetro (12) instalado
en el conducto (11) de presión entre el elemento (6) compresor y el
secador (2), o en la salida del secador (2), para determinar el
consumo de gas comprimido basándose en la presión medida por dicho
manómetro (12).
5. Instalación de compresor según la
reivindicación 4, caracterizada porque el motor (9) que
acciona el elemento (6) compresor, así como el motor (33) que
acciona el rotor (25) del secador (2) están acoplados al mismo
dispositivo (13) de regulación que regula la velocidad de ambos
motores (9, 33) en función del consumo.
6. Instalación de compresor según la
reivindicación 4 ó 5, caracterizada porque comprende un
compresor multietapa con más de un elemento compresor y porque
dicho elemento (6) compresor accionado por el motor (9) es la etapa
última o de alta presión.
7. Instalación de compresor según cualquiera de
las reivindicaciones 4 a 6, caracterizada porque comprende un
tubo (19) eyector en el conducto (11) de presión, tras el enfriador
(17) y el separador (18) de agua, y porque el conducto (21) de
retorno desemboca en la parte de vacío de dicho tubo (19)
eyector.
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