Como otimizar uma unidade de refrigeração industrial com parafuso para carga parcial e expansão da fábrica

Uma unidade de refrigeração industrial com compressor de parafuso pode funcionar de forma eficiente com a carga nominal, mas tornar-se instável quando a produção diminui, a demanda por câmaras frigoríficas se altera ou a capacidade da fábrica aumenta. Os sintomas típicos incluem alto consumo de energia com baixa carga, flutuações na pressão de sucção, ciclos repetidos de carga e descarga do compressor, retorno de óleo deficiente, recuperação lenta da temperatura e capacidade insuficiente durante o degelo ou picos de produção.

Antes de adicionar capacidade de compressor, compare as cargas de refrigeração mínimas e máximas da planta com a faixa de operação do compressor. A pressão de sucção, a capacidade do compressor, a posição da válvula, a temperatura ambiente, o status do degelo, o consumo de energia e a condição de retorno do óleo devem ser analisados ​​na mesma linha do tempo operacional. Isso ajuda a identificar se a restrição real decorre do escalonamento do compressor, dos controles, da tubulação, dos evaporadores, da rejeição de calor ou da capacidade de refrigeração insuficiente.

MONTECH A engenharia de refrigeração industrial oferece suporte à seleção de compressores de parafuso, operação com carga parcial, controles, comissionamento e planejamento de modernização de sistemas de refrigeração.

Por que a carga parcial afeta uma unidade de parafuso de refrigeração industrial?

Em carga parcial, o sistema de refrigeração ainda precisa de pressão de sucção estável, circulação do refrigerante, retorno do óleo e temperatura ambiente. Os problemas geralmente surgem quando a menor capacidade controlável do compressor é maior que a demanda real de refrigeração.

As configurações aplicáveis ​​de compressores de parafuso MOON-TECH podem fornecer uma faixa de regulação de capacidade de 10% a 100%, mas o correto escalonamento do compressor ainda é necessário.

Como o escalonamento do compressor de parafuso deve ser ajustado em baixa carga?

Compare a menor carga medida na planta com a capacidade mínima estável de cada combinação de compressores.

Se o compressor principal carregar e descarregar repetidamente durante a noite ou em períodos de produção reduzida, não diminua imediatamente o ponto de ajuste da pressão de sucção. Em vez disso, compare a capacidade do compressor, a potência do motor, a pressão de sucção e a carga de produção.

Caso outra combinação de compressores proporcione um degrau de capacidade estável menor, altere a sequência de avanço/retardo para que os períodos de baixa carga sejam atendidos pela menor combinação operacional adequada. Em seguida, compare a estabilidade da pressão de sucção, a frequência de ciclagem e o consumo de energia antes e depois do ajuste.

Se o sistema ainda não conseguir operar com carga mínima de forma estável, verifique a capacidade mínima do compressor ou a operação em frequência variável antes de considerar aumentar a capacidade do compressor.

Por que a pressão de sucção se torna instável?

Uma tendência repetida em forma de dente de serra na pressão de sucção geralmente significa que a capacidade de refrigeração e a carga do evaporador não estão em equilíbrio.

Se a pressão subir até o compressor carregar e depois cair bruscamente até descarregar, reduza o estágio de capacidade ativa ou altere a sequência de acionamento do compressor. Se a capacidade do compressor permanecer estável, mas a posição da válvula do evaporador oscilar, verifique a alimentação de refrigerante e o ajuste do controlador PID.

Quando as flutuações de pressão ocorrem principalmente durante o degelo, carregamento do produto ou inicialização do processo, ajuste esses eventos operacionais antes de trocar o compressor.

O objetivo não é a menor pressão de sucção possível. O melhor ponto de operação é a condição de evaporação mais alta possível que ainda mantenha a temperatura ambiente ou do processo desejada.

Como melhorar o retorno de óleo em baixa carga?

A baixa velocidade do fluido refrigerante pode reduzir a estabilidade do retorno de óleo durante operação prolongada com carga parcial.

Relatórios de informações aplicáveis ​​a compressores de parafuso Teor de óleo diesel abaixo de 5 PPM Em condições específicas, o desempenho em campo ainda depende de tubulações, separadores de óleo, filtros, pressão de operação, refrigerante e carga do compressor.

Se o nível de óleo se tornar instável, principalmente na capacidade mínima, compare o nível de óleo com a pressão de sucção e a carga do compressor. Inspecione o separador de óleo, o filtro de óleo, a linha de retorno de óleo e as válvulas relacionadas, e verifique se a tubulação de sucção mantém a velocidade adequada do refrigerante.

Se o retorno de óleo melhorar com o aumento da carga do compressor, corrija a operação de baixo fluxo e as condições da tubulação, em vez de adicionar óleo repetidamente.

Como devo ajustar o degelo durante carga parcial?

O degelo remove temporariamente a capacidade do evaporador, ao mesmo tempo que adiciona calor ao espaço refrigerado. Portanto, vários evaporadores entrando em degelo simultaneamente podem causar grandes perturbações durante períodos de baixa produção.

Analise o horário de início do degelo, a duração, a condição da serpentina, o status do ventilador, a temperatura ambiente e o tempo de recuperação. Se os ambientes aquecerem durante o degelo, alterne os ciclos para que menos evaporadores fiquem indisponíveis simultaneamente.

Evaporadores com pouca formação de gelo também devem ser verificados quanto à frequência excessiva de degelo. O tempo de reinicialização do ventilador deve ser confirmado para que o sistema não prolongue desnecessariamente a recuperação da temperatura.

Um bom programa de degelo deve seguir o desempenho real de formação e recuperação de gelo, em vez de aplicar um intervalo fixo a cada evaporador.

Soluções específicas para problemas de carga parcial

O princípio fundamental é simples: não substitua o equipamento até que os dados operacionais identifiquem o verdadeiro gargalo.

O que deve ser recalculado antes da expansão da fábrica?

A adição de uma nova câmara fria ou linha de processo afeta mais do que apenas a capacidade total de refrigeração. Também pode alterar a carga mínima, a carga de pico simultânea, a perda de pressão na linha de sucção, o estoque de refrigerante, a operação da bomba, a demanda elétrica e a carga do condensador.

A nova demanda de refrigeração deve ser calculada a partir da vazão, temperaturas de entrada e de destino, cronograma de produção, horas de operação, períodos de resfriamento rápido, degelo e demanda simultânea do equipamento.

Para projetos de armazéns, realize um cálculo de carga de armazenamento refrigerado antes da expansão, em vez de simplesmente adicionar uma porcentagem à capacidade original do projeto.

A nova carga deve então ser inserida no perfil operacional horário existente. Uma linha de processo que atinge o pico de carga durante o resfriamento da câmara fria ou o degelo simultâneo pode gerar um pico muito maior do que a carga média da planta. Por outro lado, um novo processo operando durante um período de baixa carga existente pode exigir menos capacidade adicional do compressor.

O compressor de parafuso industrial existente consegue suportar a nova carga?

Não determine a capacidade de expansão comparando apenas a potência ou o deslocamento do compressor instalado.

As informações disponíveis sobre os compressores de parafuso MOON-TECH abrangem faixas de deslocamento de aproximadamente 285 a 14.000 m³/h em diferentes modelos.

Comece por recalcular as novas cargas de refrigeração máxima e mínima. O escalonamento do compressor deve abranger essa faixa mais ampla sem descarga excessiva, ciclos ou pressão de sucção instável.

Em seguida, verifique a pressão de sucção no evaporador mais exigente, o fornecimento de líquido, a capacidade da válvula, a altura manométrica da bomba, a capacidade do reservatório, o estoque de refrigerante e o retorno de óleo com fluxo mínimo.

Por fim, verifique a capacidade do condensador ou resfriador de gás e o sistema elétrico, incluindo a corrente do motor, os painéis elétricos, a capacidade do transformador, os cabos e a sequência de partida do compressor.

Se o condensador se tornar o componente limitante, um compressor maior não resolverá o problema. Se a linha de sucção for subdimensionada, uma capacidade adicional do compressor poderá aumentar a perda de pressão.

Como verificar a tubulação de sucção após a expansão?

Uma nova sala ou linha de processo pode aumentar tanto o comprimento da tubulação quanto o fluxo de refrigerante através do coletor de sucção existente.

Portanto, o novo ramal e o coletor existente devem ser verificados quanto à perda de pressão sob o fluxo combinado. A perda de pressão na linha de líquido, a capacidade da válvula e o retorno de óleo também devem permanecer aceitáveis ​​nas condições operacionais mínimas e máximas.

Caso seja constatada perda de pressão excessiva, a solução prática pode ser um diâmetro de tubulação maior, um trajeto mais curto, uma conexão de ramal diferente, a substituição de uma válvula subdimensionada ou a separação de um ramal de alta carga do coletor principal existente.

Aumentar a capacidade do compressor não corrige o problema de uma linha de sucção subdimensionada.

O que deve ser feito se a pressão de condensação aumentar após a expansão?

A expansão da fábrica aumenta a demanda de rejeição de calor e pode expor um condensador existente que já esteja próximo do seu limite operacional.

Analise a pressão de condensação juntamente com as temperaturas da água de resfriamento, o fluxo de ar, o estado do ventilador, o funcionamento da bomba, a posição da válvula e a condição da superfície de transferência de calor.

Se a pressão de condensação aumentar, limpe primeiro a superfície de transferência de calor, se necessário, e restabeleça o fluxo de água de refrigeração ou de ar previsto. Em seguida, verifique o funcionamento da bomba, do ventilador e da válvula de controle.

Repita o teste de pico de carga após essas correções. Somente se a pressão de condensação ainda se aproximar do limite operacional, deve-se considerar a adição de capacidade ao condensador ou ao resfriador de gás.

Como o controle PID e do compressor devem ser reajustados?

As configurações do PID devem ser alteradas com base nas tendências de operação, e não por tentativa e erro.

Primeiramente, confirme se os sensores de pressão e temperatura estão corretos e se as válvulas de controle estão respondendo adequadamente.

Se a pressão de sucção ultrapassar o limite após cada alteração na capacidade do compressor, diminua a velocidade de resposta da capacidade ou reduza o incremento da capacidade ativa. Se as válvulas do evaporador estiverem totalmente abertas, mas a pressão de sucção se recuperar lentamente, verifique a capacidade de refrigeração e o desempenho do evaporador em vez de simplesmente aumentar o ganho do controlador PID.

Se vários eventos de produção começarem simultaneamente, sequenciar essas cargas pode ser mais eficaz do que forçar o controlador do compressor a absorver toda a perturbação.

As funções de controle aplicáveis ​​do MOON-TECH incluem coleta de dados operacionais, alarmes históricos e comunicação Modbus RTU/RS485, que permite comparações operacionais antes e depois da operação.

O que deve ser corrigido antes de comprar um compressor maior?

Um compressor maior deve ser normalmente a última opção.

Primeiro, confirme a precisão do sensor e o funcionamento da válvula. Em seguida, verifique a alimentação do evaporador, a formação de gelo, o fluxo de ar e as superfícies de transferência de calor. O tempo de degelo e o escalonamento do compressor devem ser corrigidos para que a operação com baixa carga não crie oscilações de pressão ou ciclos desnecessários.

Se os problemas persistirem, verifique os valores de pressão de sucção, os circuitos de retorno de óleo, a perda de pressão na tubulação e o dimensionamento das linhas. O desempenho do condensador, a capacidade do ventilador ou da bomba, a corrente do motor, o painel de distribuição e a capacidade do transformador também devem ser verificados.

Somente quando o sistema corrigido ainda não conseguir atender à carga de refrigeração medida e calculada, deve-se selecionar capacidade adicional do compressor.

Como as soluções de projeto de engenharia e cadeia de frio podem apoiar a expansão da fábrica?

Para projetos de expansão de armazéns frigoríficos ou fábricas, a MOON-TECH oferece soluções específicas. Projeto de Engenharia e Soluções para a Cadeia de Frio Pode auxiliar na avaliação da carga de refrigeração, no layout dos equipamentos, na modificação de tubulações, na análise do fluxo de ar em câmaras frias e na implementação de projetos.

A solução pode combinar a demanda existente de câmaras frigoríficas com novas cargas de processo, períodos de resfriamento rápido, programações de degelo e condições de pico simultâneas, em vez de selecionar equipamentos apenas com base na capacidade nominal.

Quando uma expansão altera o layout da tubulação ou da sala de máquinas, o trabalho de engenharia pode revisar a localização dos equipamentos, a tubulação do refrigerante, a perda de pressão, o acesso para manutenção e a conexão entre os sistemas existentes e os novos.

Para câmaras frigoríficas novas ou modificadas, a simulação CFD também pode ajudar a avaliar o fluxo de ar e a distribuição de temperatura. Isso é particularmente útil quando as temperaturas irregulares na câmara são causadas pela distribuição do ar em vez de capacidade insuficiente do compressor.

Quando o projeto exige equipamentos de refrigeração, tubulações, isolamento, instalações elétricas e construção coordenados, a Engineering Design & Cold Chain Solutions também pode oferecer suporte na área de engenharia e EPC (Engenharia, Suprimentos e Construção) necessária para implementar a modificação.

Serviço de Refrigeração Industrial MOON-TECH

Os compressores de parafuso aplicáveis ​​podem ser configurados para refrigerantes como R717, R507A e R404A, onde permitido e adequado. A seleção do refrigerante deve levar em consideração a temperatura de evaporação, as condições de condensação, os materiais, o óleo, as válvulas, os requisitos locais e os planos de ciclo de vida.

Serviço de ciclo de vida de refrigeração industrial Pode auxiliar na verificação de sensores, análise de alarmes, inspeção do sistema de óleo, limpeza por transferência de calor e planejamento de peças de reposição.

Consultoria completa em refrigeração pode apoiar a revisão técnica inicial, enquanto entrega de projetos de refrigeração de cadeia completa Pode coordenar a fabricação, a instalação, o comissionamento e a operação posterior.

Conclusão

Um desempenho ruim em carga parcial não deve levar automaticamente à necessidade de um compressor maior.

Primeiramente, determine se o problema se origina no escalonamento do compressor, no controle da pressão de sucção, na alimentação do evaporador, no tempo de degelo, no retorno de óleo, na perda de pressão na tubulação ou na rejeição de calor.

Para a expansão da fábrica, calcule as novas cargas mínimas e máximas de refrigeração e compare-as com o perfil operacional existente. Em seguida, verifique o escalonamento do compressor, a tubulação, o suprimento de líquido, o retorno de óleo, a capacidade do condensador e os limites elétricos.

FAQ

Por que uma unidade de refrigeração industrial com parafuso consome mais energia em carga parcial?

A capacidade mínima controlável pode exceder a demanda real de refrigeração, causando operação sem carga, ciclos ou pressão de sucção desnecessariamente baixa.

O que deve ser alterado primeiro se a pressão de sucção oscilar com baixa carga?

Compare a pressão de sucção com a capacidade do compressor e a posição da válvula do evaporador. Se a oscilação acompanhar a carga e a descarga do compressor, reduza o estágio de capacidade ativa ou altere a sequência de acionamento do compressor.

Um compressor de parafuso existente consegue lidar com a expansão de fábrica?

Somente após a verificação das novas cargas mínimas e de pico, perda de pressão de sucção, fornecimento de líquido, retorno de óleo, capacidade do condensador, capacidade elétrica e escalonamento do compressor.

O que deve ser feito se os cômodos frios aquecerem durante o degelo?

Desfaça o degelo do evaporador em etapas e compare a condição da serpentina, a temperatura ambiente e o tempo de recuperação antes e depois da alteração da programação.