BR112013001497B1 - Método de controle de um ventilador centrífugo de baixa pressão de velocidade de rotação regulada - Google Patents

Método de controle de um ventilador centrífugo de baixa pressão de velocidade de rotação regulada Download PDF

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Abstract

método de controle de um ventilador centrífugo de baixa pressão de velocidade de rotação regulada a presente invenção está correlacionada a um método de controle da prevenção automática da perda de velocidade de um ventilador centrífugo de velocidade de rotação regulada. o ponto essencial da invenção é que o sistema automático de controle é controlado por meio de um sistema de automação do processo, em cujo sistema automático de controle, a perda de velocidade é detectada a partir do funcionamento da corrente elétrica, da tensão e da freqüência que alimentam o motor do ventilador centrífugo.

Description

Campo da Invenção
O objetivo da invenção é um método de controle da prevenção automática de perda de velocidade de um ventilador centrífugo de baixa pressão de velocidade de rotação regulada, conforme definido na descrição do preâmbulo da reivindicação 1. A invenção também se refere a um sistema automático de controle, conforme descrito na reivindicação 5.
Numerosos compressores e ventiladores centrífugos de diferentes tipos, dependendo de suas diversas aplicações, são conhecidos no segmento da técnica. Particularmente na indústria, os ventiladores centrífugos, compressores e ventiladores radiais são amplamente usados para obtenção de uma diferença de pressão na tubulação. Um problema de todos os ventiladores centrífugos, geralmente, é a conhecida perda de velocidade. Em outras palavras, a perda de velocidade é um estado característico de todos os ventiladores centrífugos, a qual ocorre quando a velocidade do volume de fluxo é acentuadamente pequena com relação à velocidade de rotação do rotor. Nesse caso, o ângulo de incidência entre o fluxo e a pá se modifica, tornando-se tão desvantajoso que o fluxo descola da superfície da pá. Um fluxo de retorno é então capaz de ocorrer na passagem pela pá e o rotor perde sua capacidade de aumento de pressão.
Desse modo, flutuações cíclicas de pressão são geradas, as quais excitam as freqüências naturais da estrutura envolvente, dentre outras coisas, da tubulação. As flutuações de pressão criam carga de fadiga na tubulação e nas estruturas. Além disso, a temperatura do fluxo pode significativamente se elevar quando o rotor, através das perdas, proporcionar continuamente energia para o gás, mas, o fluxo efetivo pode ser bastante pequeno.
Problemas ocorrem particularmente nos processos nos quais a resistência ao fluxo se modifica acentuadamente. Quando se utiliza um ventilador centrífugo para produzir baixa pressão nesses tipos de processos, uma perda de velocidade deve ser impedida, mediante fornecimento de ar de vazamento ao ventilador centrífugo de uma maneira controlada.
De modo convencional, ventiladores centrífugos que apresentam uma velocidade de rotação constante tem sido usados. Nesse caso, a perda de velocidade é evitada mediante uso de uma válvula automática de ar de vazamento, que controla o recebimento da corrente do motor de transmissão do ventilador centrífugo. No estado de perda de velocidade, a corrente do motor de transmissão é menor que a corrente na faixa normal de operação. A corrente elétrica também flutua de modo acentuado. A lógica de controle do ventilador centrífugo pode ser facilmente programada para detectar um estado de perda de velocidade e para eliminar o mesmo por meio de ar de vazamento.
Outro problema que surge em um estado de perda de velocidade é que a baixa pressão também flutua em um ciclo rápido, essa situação sendo prejudicial do ponto de vista do processo. Um dispositivo que apresenta uma velocidade de rotação regulada foi lançado no mercado de ventiladores centrífugos de baixa pressão como uma nova tecnologia, em que o controle da perda de velocidade não pode ser implementado com tecnologia convencional.
O essencial na presente invenção é que um dispositivo com uma velocidade de rotação regulada, que se encontra descrito no próprio estado da técnica, pode, agora, ser mais precisamente utilizado. Por meio dessa tecnologia é obtida uma solução com a qual um ventilador centrífugo pode ser implementado e em que os problemas citados no estado da técnica descrito acima não irão ocorrer. Além disso, a eficiência de diferentes possibilidades de um ventilador centrífugo pode agora ser significativamente aumentada e, ao mesmo tempo, a operação de todo o dispositivo pode ser otimizada.
Na solução de acordo com a invenção, as vantagens de um ventilador centrífugo que apresenta uma velocidade de rotação regulada são agora utilizadas mais efetivamente. Na presente invenção, uma nova solução para o controle de perda de velocidade é apresentada, que também possibilita a prevenção de perda de velocidade de um ventilador centrífugo de velocidade de rotação regulada. Além disso, a solução previne um ventilador centrífugo de apresentar uma situação de perda de velocidade, com conseqüente paralização.
Mediante a solução de acordo com a invenção, se torna possível, ao mesmo tempo, implementar aplicações que são consideravelmente mais versáteis e mais tecnicamente exigentes. Desse modo, os problemas provocados pelos exemplos citados no estado da técnica são evitados. As características essenciais da invenção afetam de forma significativa a prevenção de perda de velocidade, como, também, o método definido nas reivindicações anexas. Assim, a solução de acordo com a invenção apresenta diversas vantagens importantes.
Mais precisamente definido, a presente invenção é caracterizada pela descrição especificada nas reivindicações anexas.
A seguir, a invenção será descrita fazendo-se referência à Figura 1 em anexo, cujo desenho apresenta uma modalidade preferida da presente invenção.
De acordo com a figura, é essencial na invenção que os pontos entre diferentes quantidades de fluxo e velocidades de rotação correspondentes às mesmas, quando se inicia a perda de velocidade, e mais particularmente quando esta termina, são determinados por processamento de testes e mediante aferições. Através desses dados, um limite ou intervalo pode ser matematicamente interpolado, quando se torna evidente o curso de uma perda de velocidade. O movimento para esse limite ou para dentro desse intervalo é evitado, ao se proporcionar maior quantidade de fluxo ao ventilador centrífugo (1), a partir do exterior do objeto de influxo presente, como ar de vazamento ou, alternativamente, a partir de um segundo objeto de influxo. Um fluxo adicional é fornecido, após um limite de segurança matemático ajustável ter sido excedido, elemento de deslocamento (6) o fluxo adicional é reduzido após se dispor abaixo de um segundo limite matemático. Esses limites são dispostos a uma determinada distância entre os mesmos, cuja distância é estabelecida pelo fator ajustável de histerese.
A velocidade de rotação do ventilador centrífugo (1) é constantemente medida com um conversor de freqüência ou com um dispositivo de medição separado. O fluxo de ar/gás é calculado por meio da corrente elétrica e tensão que são alimentadas ao motor (2) do ventilador centrífugo (1), assim como, por meio da temperatura e pressão do fluxo, ou com um dispositivo de medição separado projetado para tal fim. O sistema de controle automático (4) controla a válvula (3) que ajusta o fluxo adicional, com base nos dados medidos acima mencionados e no limite de perda de velocidade calculado.
Uma curva de perda de velocidade calculada é definida para cada ventilador centrífugo, no momento da colocação em uso do mesmo e na sua tubulação em questão. Desse modo, pontos de perda de velocidade em diferentes velocidades são procurados, e a tensão e corrente elétrica são medidos após a ocorrência da perda de velocidade, ao mesmo tempo em que se verifica a possibilidade da permanência fora de um estado de perda de velocidade. A resistência do fluxo da tubulação é ajustada a partir do ponto mais extremo possível, de modo que todo o volume de ar da tubulação é incluído, quando da determinação dos pontos. Os fatores na fórmula abaixo são determinados a partir desses pontos. O ajuste final é feito após a programação da curva e, depois, a variável final da equação quadrática, com cuja variável a curva pode ser levantada ou abaixada, é modificada. Dessa maneira, a operação mais precisa possível é obtida para a válvula.
Quando o ponto de perda de velocidade se torna próximo a válvula é aberta, e quando a situação se normaliza a válvula é fechada. Um estado de perda de velocidade é detectado a partir da tensão, corrente e freqüência. Entre estes, existe um pequeno espaçamento diferencial no qual nada é feito. Isso evita um desnecessário controle recíproco da válvula.
A programação do sistema de automação do processo é preferivelmente implementada conforme exposto a seguir: - Controle da válvula (3) de prevenção de perda de velocidade (HV14) (4). Um estado de perda de velocidade de um ventilador centrífugo (1) é detectado a partir do funcionamento da corrente, tensão e freqüência que são alimentadas ao motor (2). De acordo com o resultado calculado, a válvula (3) de prevenção de perda de velocidade é aberta ou fechada, de acordo com a necessidade. Além disso, o efeito da temperatura do fluxo é levado em consideração na fórmula apresentada no exemplo a seguir. Exemplo: Se U-I-N-(Tp/Tk)2/1000 < 0, 0032^F2 + 0,1099^F + 10.15, a válvula será aberta, por exemplo, de 5%, caso a válvula já não esteja totalmente aberta (100%). Se U-I-N2(Tp/Tk)2/1000 > 0, 0032^F2 + 0, 1099^F + 10.16, a válvula será fechada, por exemplo, de 5%, caso a válvula já não esteja totalmente fechada (0%). O controle da válvula é repetido, por exemplo, em intervalos de 5 segundos ou em algum outro tempo aplicável. U = tensão de suprimento do motor a partir do conversor de freqüência (V); I = corrente de suprimento do motor a partir do conversor de freqüência (A); F = freqüência de suprimento da corrente do motor (Hz); N = fator de ajuste de histerese; Tk = temperatura nas condições de teste (K); Tp = temperatura do ar de influxo (K).
As fórmulas que configuram o limite de perda de velocidade que são apresentadas acima são exemplos matemáticos. Ao invés da equação quadrática apresentada, outras equações matemáticas que são conhecidas no segmento da técnica podem, logicamente, também ser usadas como modelo para o limite de perda de velocidade. O que aqui está destacado são os gráficos matemáticos adaptados para os pares de pontos medidos, cujas formas de gráficos variam caso a caso. Portanto, as fórmulas apresentadas constituem apenas um exemplo.
Torna-se óbvio para um especialista versado na técnica que a presente invenção não está limitada às modalidades acima apresentadas, pelo que a mesma pode ser variada dentro do escopo das reivindicações que são apresentadas em anexo.

Claims (8)

1. Método para controlar uma prevenção automática de perda de velocidade de um ventilador centrífugo (1) regulado pela velocidade de rotação, caracterizado pelo fato de que os pontos em que a perda de velocidade começa e, mais particularmente, quando ela termina, são determinados entre diferentes quantidades de fluxo e velocidades de rotação correspondentes a eles por meio de teste e medição, com esses dados, um limite ou faixa, quando é evidente a queda para uma perda de velocidade, é interpolado matematicamente e a distância de um limite de segurança matemático e um segundo limite de segurança matemático é calculada por um fator de histerese ajustável, o sistema automático de controle (4) é controlado por meio de um sistema de automação do processo, em cujo sistema automático de controle (4), a perda de velocidade é detectada a partir do funcionamento da corrente elétrica, da tensão e da frequência que alimentam o motor (2) do ventilador centrífugo (1), em que a velocidade de rotação do ventilador centrífugo (1) é medida constantemente com um conversor de frequência ou com um aparelho de medição separado, o fluxo de ar/gás é calculado por meio da corrente e tensão elétricas que vão para o motor (2) do ventilador centrífugo (1), e o sistema automático de controle (4) controla a válvula (3) que regula o fluxo adicional a partir do exterior da entrada como um vazamento de ar ou a partir de uma segunda entrada para o ventilador centrífugo (1) regulado pela velocidade de rotação, fornecendo fluxo adicional após o limite de segurança matemático ter sido excedido e reduzindo o fluxo adicional após cair abaixo do segundo limite de segurança matemático.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que quando o limite de segurança é excedido, a válvula (3) é aberta e, quando a situação normaliza e quando cai abaixo do segundo limite de segurança, a válvula (3) é fechada.
3. Método, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado pelo fato de que no dito método, o funcionamento calculado é preferivelmente definido de modo que quando U-I-N-(Tp/Tk)2/1000 < 0, 0032^F2 + 0,1099^F + 10,15, a válvula (3) será aberta de 5%, ou quando U-I-N2(Tp/Tk)2/1000 > 0, 0032^F2 + 0, 1099^F + 10,15, a válvula (3) será fechada, em que U é a tensão de alimentação do motor (2) a partir do conversor de frequência, I é a corrente de alimentação do motor (2) a partir do conversor de frequência, F é a frequência de alimentação da corrente do motor (2), N é o fator de ajuste da histerese, Tk é uma temperatura nas condições de teste e Tp é uma temperatura do ar de admissão.
4. Método, de acordo com as reivindicações 1-3, caracterizado pelo fato de que no dito método, a válvula (3) é controlada ciclicamente, de tal modo que o ciclo de controle se dispõe na faixa de 1 - 10 segundos, mais preferivelmente, na faixa de 5 segundos.
5. Sistema automático de controle (4) da prevenção de perda de velocidade de um ventilador centrífugo (1) de velocidade de rotação regulada, o dito sistema automático sendo programado dentro do sistema de automação do processo, em cujo sistema automático de controle (4) a perda de velocidade é detectada a partir do funcionamento da corrente elétrica, da tensão e da frequência que alimentam o motor (2) do ventilador centrífugo (1), caracterizado pelo fato de que uma velocidade de rotação do ventilador centrífugo (1) é medida constantemente com um conversor de frequência ou com um aparelho de medição separado, o fluxo de ar/gás é calculado por meio da corrente e tensão elétricas que vão para o motor (2) do ventilador centrífugo (1), e o sistema automático de controle (4) controla a válvula (3) que regula o fluxo adicional de fora da entrada como vazamento de ar ou de uma segunda entrada para o ventilador centrífugo (1) regulado pela velocidade de rotação, fornecendo fluxo adicional após o limite de segurança matemático ter sido excedido e reduzindo o fluxo adicional após queda abaixo do segundo limite de segurança matemático, em que pontos quando começa a perda de velocidade, e mais particularmente quando ela termina, foram determinados entre diferentes quantidades de fluxo e as velocidades de rotação correspondentes a elas, por meio de execução de testes e medições, com esses dados, um limite ou faixa quando é evidente a queda para uma perda de velocidade, é interpolado matematicamente e a distância de um limite de segurança matemático e um segundo limite de segurança matemático é calculada por um fator de histerese ajustável.
6. Sistema automático de controle, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que quando o limite de segurança for excedido, a válvula (3) é aberta e quando a situação se normaliza e quando cai abaixo do segundo limite de segurança, a válvula (3) está fechada.
7. Sistema automático de controle, de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que o funcionamento calculado é definido de modo que quando U-I-N-(Tp/Tk)2/1000 < 0, 0032ׂF2 + 0,1099ׂF + 10,15, a válvula (3) será aberta de 5%, ou quando U-I-N2(Tp/Tk)2/1000 > 0, 0032ׂF2 + 0,1099ׂF + 10,15, a válvula (3) será fechada, de—5%. em que U é a tensão de alimentação do motor (2) a partir do conversor de frequência, I é a corrente de alimentação do motor (2) a partir do conversor de frequência, F é a frequência de alimentação da corrente do motor (2), N é o fator de ajuste da histerese, Tk é uma temperatura nas condições de teste e Tp é uma temperatura do ar de admissão.
8. Sistema automático de controle, de acordo com as reivindicações 5 - 7, caracterizado pelo fato de que a válvula (3) é controlada ciclicamente, de tal modo que o ciclo de controle se dispõe na faixa de 1 - 10 segundos, mais preferivelmente, na faixa de 5 segundos.
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