BR112012013310B1 - Método para controlar um dispositivo que compreende uma instalação de compressor de gás e um sistema de recuperação de calor - Google Patents

Método para controlar um dispositivo que compreende uma instalação de compressor de gás e um sistema de recuperação de calor Download PDF

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Abstract

método para controlar um dispositivo composto e dispositivo composto onde tal método é aplicado. método para controlar um dispositivo (1) que compreende , pelo menos, uma instalação de compressor (2) e/ou dispositivo de secagem, por um lado, e um sistema de recuperação de calor (3), por outro lado, onde o sistema de recuperação de calor (3) absorve calor da instalação de compressor (2) e onde o dispositivo composto (10 compreende ainda um controlador (5) e meios (6) para determinar um ou mais parâmetros do sistema caracterizado pelo fato de que o controlador (5) controla a instalação de compressor (2) e/ou dispositivo de secagem e o sistema a de recuperação de calor (3) com base nos parâmetros de sistema acima mencionados, tal que a eficiência geral do dispositivo composto (1) é optimizada.

Description

A presente invenção relaciona-se com um método para controlar um dispositivo composto e um dispositivo composto no qual este método pode ser aplicado.
Mais especificamente, a invenção tem como objetivo controlar um dispositivo composto que compreende, pelo menos, um dispositivo compressor e/ou dispositivo de secagem e um sistema de recuperação de calor.É conhecido que a compressão de gás numa instalação de compressor produz muito calor.
As instalações de compressor são conhecidas como tendo meios de recuperação de energia para recuperar este calor de forma tão eficiente quanto possível.
Tradicionalmente, os compressores foram equipados com uma regulação básica com o objetivo de controlar o compressor de acordo com a quantidade de ar comprimido solicitada.
Em dispositivos conhecidos, o fluxo do fluído refrigerante é controlado através de uma válvula termoestática na saída do circuito de refrigeração. É então possível controlar o fluxo de fluido refrigerante de modo a que a temperatura à saída do circuito de refrigeração permaneça constante e seja igual a um valor pré-definido.
Ao utilizar uma válvula termoestática, este valor pré- definido é um valor fixo e não pode ser ajustado de acordo com o consumo de calor.
A temperatura à saída do circuito refrigerante será então sempre a mesma, não obstante a quantidade de calor absorvida pelo fluído refrigerante.
Uma desvantagem é que nem a eficiência da instalação do compressor nem a eficiência de todo o sistema composto é optimizada.
Devido à ausência de qualquer forma de optimização, o dispositivo composto será então, por exemplo, sujeito a flutuações de temperatura.
Tais flutuações de temperatura são, habitualmente, indesejadas e podem também originar desgaste prematuro do dispositivo.
O documento WO 2008/106774 descreve um controle de um sistema para recuperar calor de um motor a gasolina e converter calor em eletricidade. Não é tida em consideração a extensão na qual a optimização do circuito de recuperação de calor afeta a eficiência e fiabilidade do próprio motor a gasolina.
O objetivo da presente invenção é providenciar uma solução para uma ou mais das desvantagens acima mencionadas e/ou outras desvantagens, ao providenciar um método para controlar um dispositivo composto que compreende, pelo menos, uma instalação de compressor e/ou dispositivo de secagem, por um lado, e um sistema de recuperação de calor, por outro lado, onde o sistema de recuperação de calor absorve o calor da instalação do compressor e/ou dispositivo de secagem, onde o dispositivo composto compreende ainda um controlador e meios para determinar um ou mais parâmetros do sistema da instalação do compressor e/ou o dispositivo de secagem, e o sistema de recuperação de calor, onde os parâmetros do sistema acima mencionado são indicativos da eficiência parcial da instalação do compressor e/ou dispositivo de secagem e o sistema de recuperação de calor, respectivamente, e onde o controlador controla a instalação de compressor e/ou o dispositivo de secagem e o sistema de recuperação de calor com base nos parâmetros de sistema acima mencionados, tal que a eficiência geral do dispositivo composto é optimizada.
A presente invenção também se relaciona com um dispositivo composto que consiste de, por um lado, uma instalação de compressor e/ou dispositivo de secagem, e por outro lado, um sistema de recuperação de calor para recuperar calor da instalação de compressor e/ou dispositivo de secagem, onde o dispositivo composto acima mencionado também compreende meios para determinar um ou mais parâmetros de sistema da instalação do compressor e/ou dispositivo de secagem e o sistema de recuperação de calor acima mencionados, onde os parâmetros de sistema acima mencionados são indicativos de uma eficiência parcial da instalação de compressor e/ou dispositivo de secagem e o sistema de recuperação de calor respectivamente, e onde os meios acima mencionados são ligados a um controlador que controla a instalação de compressor e/ou dispositivo de secagem e o sistema de recuperação de calor, com base nos parâmetros de sistema acima mencionados, tal que a eficiência geral do dispositivo composto é optimizada.
Uma vantagem é que o método permite que seja realizada uma eficiência geral óptima, influenciando o controle do dispositivo compressor e/ou dispositivo de secagem, e o sistema de recuperação de calor, tudo de modo a que o consumo de energia total do dispositivo composto seja substancialmente reduzido.
A eficiência geral significa aqui não só a eficiência energética mas pode, por exemplo, também incluir a eficiência económica.
De modo a ser capaz de monitorizar a eficiência geral, o controlador utiliza preferencialmente certas definições de um utilizador do dispositivo composto, tal como o custo da eletricidade, o custo de combustível para produzir calor e/ou semelhante. Em cada ponto de operação do dispositivo composto, a eficiência geral é avaliada com base nos parâmetros de sistema especificados e as definições do utilizador.
Outra vantagem é que o controle do dispositivo compressor e/ou dispositivo de secagem e o sistema de recuperação de calor podem ser harmonizados um com o outro.
Uma vantagem relacionada é que o dispositivo composto pode ser melhor protegido de muitos fatores indesejados, tais como temperaturas excessivamente elevadas ou grandes flutuações de temperatura do fluído refrigerante ou semelhante.
Ao evitar a ocorrência de todos estes fatores indesejados, o desgaste do dispositivo composto é limitado, tanto quanto possível, e a vida útil do dispositivo composto pode assim ser aumentada.
É claro que a combinação dos dois controles abre perspectivas para um número de métodos de controle que não podem ser realizados caso apenas o dispositivo compressor seja controlado.
Com a intenção de melhor demonstrar as características da invenção, é aqui descrita uma forma de realização preferida através de exemplo, sem qualquer natureza limitante, de um dispositivo composto de acordo com a invenção, e um método preferido de acordo com a invenção, com referência apenas ao único desenho em anexo.
O desenho acima mencionado mostra um dispositivo composto 1, o qual, neste caso, consiste principalmente num dispositivo compressor 2 e um sistema de recuperação de calor 3.
Como é conhecido, o dispositivo compressor 2 pode ser uma estrutura com um elemento compressor no seu interior que é acionado por um motor elétrico.Adicionalmente, o dispositivo compressor 2 tem geralmente um sistema de arrefecimento 4.
De acordo com a invenção, o dispositivo composto 1 também tem um controlador 5, que é preferencialmente construído como um componente eletrônico separado.
Novamente de acordo com a invenção, são providenciados meios 6 que permitem que um ou mais parâmetros do sistema sejam determinados.
Estes meios 6 podem, por exemplo, compreender sensores de temperatura, sensores de pressão, etc., e podem, por exemplo, estar localizados na saída 7 do gás comprimido e/ou na saída 8 do circuito de arrefecimento.
Preferencialmente, estes meios 6 estão ligados ao controlador 5 através de cabos elétricos 9-10.O método de acordo com a invenção é muito simples e do seguinte modo.Em primeiro lugar, um critério a ser optimizado tem de ser selecionado por um utilizador.Este critério pode ser pré-programado no controlador eletrônico 5, mas não é um requisito da invenção descrita.
Durante o funcionamento do dispositivo composto 1, um ou mais parâmetros de sistema podem ser medidos ou determinados de forma contínua e/ou em pontos temporais regulares no tempo através dos meios 6 para determinar os parâmetros de sistema.
Os parâmetros medidos e/ou determinados são preferencialmente enviados para o controlador 5 através das ligações de dados 9 e 10, providenciadas para este fim.
Com base nos parâmetros de sistema medidos, o controlador 5 pode enviar sinais para o dispositivo compressor 2 e o sistema de recuperação de calor 3 através dos cabos de controle elétricos 11.
Os sinais que o controlador 5 envia dependem então do critério escolhido, bem como os parâmetros de sistema determinados e/ou medidos.
Não será necessário dizer que o controlador 5 pode também incluir um algoritmo que processe os diferentes parâmetros de sistema determinados e/ou medidos num parâmetro de sistema geral, e que este último parâmetro de sistema geral é optimizado de acordo com o critério definido.
A maior eficiência possível do dispositivo composto 1 é escolhida como critério para o dispositivo composto 1 de acordo com a invenção.
Neste caso, pode existir um algoritmo no controlador 5 que determine os pontos operacionais do dispositivo compressor 2 como uma função da eficiência total do dispositivo compressor 2 e o sistema de recuperação de calor 3.
O algoritmo pode, então, ser baseado na informação medida do dispositivo compressor 2 e/ou o sistema de recuperação de calor 3.
Numa forma de realização prática da invenção, o controlador 5 pode, por exemplo, controlar a posição da válvula 12 que afeta o fluxo da água de refrigeração, onde esta válvula 12 pode, por exemplo, ser gradualmente aberta de modo que o ajuste contínuo do fluxo da água de refrigeração seja efetuado. Não obstante, uma abertura e fecho súbito e/ou parcial da dita válvula não é excluído.
Assim, neste exemplo, no caso de um pequeno aumento no fluxo de água de refrigeração, o dispositivo compressor 2 é melhor arrefecido, enquanto, ao mesmo tempo, poderá haver maior procura por energia.
Quando a diminuição de consumo de energia acima mencionada no dispositivo compressor 2 é menor do que o aumento do consumo de energia no sistema de recuperação de calor 3, o consumo de energia total de todo o dispositivo 1 irá diminuir e assim a eficiência geral do dispositivo composto 1 é optimizada.
Outro exemplo é a ocorrência de um aumento na taxa de fluxo do refrigerante em períodos em que não há procura de energia por parte do sistema de recuperação de calor 3.
Nestas circunstâncias, a taxa de fluxo do refrigerante não deve ser diminuída de modo a obter uma temperatura de saída elevada no dispositivo composto 1, e consequentemente, neste caso, o consumo total de energia do dispositivo composto 1 irá ser reduzido devido à operação controlada do dispositivo composto 1.
Um critério adicional que pode ser selecionado para controlar o dispositivo composto 1 é, por exemplo, um aumento na vida útil e/ou aumento na fiabilidade do dispositivo composto 1.
Apesar de tudo, é geralmente conhecido que variações frequentes ou grandes, ou uma temperatura de saída excessivamente alta, pode causar danos imediatos ao dispositivo e/ou desgaste prematuro destes componentes.
De modo a otimizar a vida útil, o algoritmo pode ser definido de modo a que as grandes flutuações de temperatura permaneçam limitadas e ocorram tão poucas vezes quanto possível, tudo para que a temperatura no dispositivo composto 1 permaneça sempre numa zona de funcionamento segura.É claro que tal controle é possível ao controlar o dispositivo compressor 2 e o sistema de recuperação de calor 3.
Outro exemplo prático no qual o método de acordo com a invenção pode ser aplicado é um dispositivo composto 1 com um dispositivo compressor 2 e uma caldeira.
O fluxo da água que flui através da caldeira depende, geralmente, da procura por vapor.Quando existe uma variação na procura do vapor, o requisito para a água quente para aquecer a água na caldeira também irá variar.
A aplicação do método de acordo com a invenção permite que a temperatura da água seja controlada como uma função de um critério selecionado do dispositivo composto 1, e de acordo com a invenção, este critério consiste em otimizar a eficiência geral do dispositivo composto 1.
Como um critério adicional possível, pode ser escolhido que o gás comprimido seja sempre arrefecido de modo a que a água quente esteja sempre disponível, de modo a que a produção de vapor na caldeira possa aumentar em qualquer altura.
Outro critério possível adicional pode ser que o gás comprimido seja arrefecido tão eficientemente quanto possível, mesmo quando exista pouca ou nenhuma procura por produção de vapor.
Outro exemplo prático no qual o método de acordo com a invenção pode ser aplicado é o aquecimento da água para um sistema sanitário através do calor do dispositivo compressor 2.
Em sistemas sanitários, tais como chuveiros, geralmente não haverá uma procura constante de água quente, mas o consumo de água quente será periódico.
Poderá, então, haver uma grande procura por água quente de forma temporária, por exemplo, quando um utilizador está a tomar banho.
Através da aplicação do método de acordo com a invenção, a temperatura do refrigerante no compressor pode ser controlada, de modo a que o gás comprimido seja arrefecido e a água para o sistema sanitário seja aquecida apenas quando existe uma procura por água quente no chuveiro.
Como resultado, o método de acordo com a invenção permite que a regulação seja ajustada, de modo a que o gás comprimido seja arrefecido tão eficientemente quanto possível quando não existe ou existe apenas uma procura limitada por água quente no sistema sanitário.
Claro que a aplicação acima descrita não é limitada ao aquecimento de água pura para sistemas sanitários, mas pode também ser usada para aquecer uma mistura de água e glicol, por exemplo, ou de forma mais geral, quaisquer outros líquidos ou mistura de líquidos e/ou qualquer gás ou mistura de gases.
Na forma acima mencionada é obtido o benefício de que a eficiência geral do dispositivo composto 1, isto é o sistema sanitário 3 e o dispositivo compressor 2, é melhorada.
Numa realização prática adicional de um dispositivo composto 1 de acordo com a invenção, o dispositivo compressor é controlado em termos de velocidade e a velocidade rotacional deste dispositivo compressor 2 é determinada pelo ponto definido para a pressão do gás comprimido na saída do dispositivo compressor 2 e um certo intervalo de pressão à sua volta. Como resultado, o controlador 5 pode controlar a dita velocidade de rotação com base no que está a acontecer no sistema de recuperação de calor, e por exemplo, permitir temporariamente um maior intervalo de pressão à volta do ponto definido.
O consumo específico do dispositivo compressor 2, apesar de tudo, também depende da velocidade de rotação. Apesar de isto poder resultar num maior consumo de eletricidade, a quantidade de energia recuperada irá também aumentar, de modo que é possível uma poupança nos custos de combustível.É claro que a noção de um dispositivo compressor 2 pode referir-se a um único compressor ou um grupo compressor com um número de estágios de compressão.
Claro que o grupo compressor pode ser um grupo de estágios de compressor ligados em série bem como uma ligação paralela de um número de compressores e/ou combinações dos mesmos.
A invenção não é também limitada a dispositivos compostos 1 que compreendem uma combinação de instalação de compressor 2 e um sistema de recuperação de calor 3, mas também se relaciona com um dispositivo composto que compreende uma combinação de um dispositivo de secagem e um sistema de recuperação de calor 3, como neste último caso, o calor gerado no dispositivo de secagem pode ser recuperado através de um sistema de recuperação de calor 3.
Em cada uma das aplicações acima descritas, a instalação do compressor 2 pode ser substituída por um dispositivo de secagem ou por uma combinação de uma instalação de compressor 2 com o dito dispositivo de secagem.
A presente invenção não é, de modo algum, limitada às formas de realização descritas como exemplo e mostradas nos desenhos, mas um método de acordo com a invenção para controlar um dispositivo composto e um dispositivo composto no qual este método pode ser aplicado, pode ser realizado em vários tipos de variantes, sem sair do âmbito da invenção.

Claims (6)

1. Método para controlar um dispositivo (1) que compreende, pelo menos, uma instalação de compressor de gás (2), por um lado, e um sistema de recuperação de calor (3), por outro lado, onde o sistema de recuperação de calor (3) absorve calor da instalação de compressor de gás (2), caracterizado pelo fato de que o dispositivo composto (1) compreende ainda um controlador (5) e meios (6) para determinar um ou mais parâmetros do sistema da instalação de compressor de gás (2), e o sistema de recuperação de calor (3), onde os parâmetros de sistema acima mencionados são indicativos da eficiência parcial da instalação de compressor de gás (2) e o sistema de recuperação de calor (3), respectivamente, e onde o controlador (5) controla a instalação de compressor de gás (2) e o sistema de recuperação de calor (3) com base nos parâmetros de sistema acima mencionados, tal que a eficiência geral do dispositivo composto (1) é otimizada.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a fim de monitorar a eficiência geral, o controlador (5) utiliza configurações de um usuário do dispositivo composto (1), tal como o custo da eletricidade, o custo do combustível para produzir calor e/ou semelhante.
3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o método compreende a etapa de avaliar a eficiência geral do dispositivo composto (1) em cada ponto de operação, com base nos parâmetros do sistema acima mencionados e na configuração do usuário.
4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que o controlador (5) é construído como um componente eletrônico separado.
5. Método, de acordo com qualquer uma das5 reivindicações 1, 2, 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que os parâmetros do sistema são medidos ou determinados de forma contínua e/ou em pontos temporais regulares pelos meios (6) acima mencionados.
6. Método, de acordo com qualquer uma das10 reivindicações 1, 2, 3, 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que o controlador (5) inclui um algoritmo que processa os diferentes parâmetros de sistema medidos e/ou determinados para um parâmetro de sistema geral, o qual é otimizado tal que a eficiência geral do dispositivo composto (1) é15 otimizada.
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