BRPI0708006A2 - dispositivo compressor otimizado - Google Patents

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Abstract

DISPOSITIVO COMPRESSOR OTIMIZADO Trata-se de um dispositivo compressor otimizado que consiste principalmente em um invólucro (2) que contém um elemento compressor (6) que é acionado por um motor de velocidade variável (7) com uma caixa de controle (8) com um número máximo estabelecido de revoluções (Nmax) para o elemento compressor (6), um resfriamento de ar (10) quesuga o ar do ambiente através de uma entrada (11) e sopra o mesmo de volta para o ambiente através do invólucro (2) e através de um escapamento (12), e um circuito deresfriamento (13) para o resfriamento do gás que foi comprimido pelo elemento compressor (6) , caracterizado pelo fato de que uma caixa de controle (8) é equipada com um algoritmo (24) que reduz o número máximo ajustado permitidode revoluções mencionado acima (Nmax) em um nível definido assim que a temperatura ambiente monitorada (T20) se eleva em um nível máximo estabelecido (Tmax) e o número máximo ajustado permitido de revoluções (Nmax) se eleva novamente assim que a temperatura ambiente (T20) se encontra abaixo do nível mencionado acima (Tmax)

Description

DISPOSITIVO COMPRESSOR OTIMIZADO
A presente invenção refere-se a um dispositivocompressor.
Mais particularmente, a presente invenção serefere a um dispositivo compressor do tipo velocidadevariável que consiste basicamente em um invólucro com umelemento compressor no mesmo, que é acionado por motor develocidade com um número máximo ajustado fixo de revoluçõespara o compressor, um resfriamento de ar que suga o ar doambiente através de uma entrada e sopra o mesmo através deum escapamento, através deste invólucro, de volta para oambiente e um circuito de resfriamento separado com um meiode resfriamento para resfriar o gás que foi comprimido pelocompressor ou um resfriamento do ar comprimido.
Os dispositivos compressores comuns são geralmenteprojetados para serem capazes de funcionar em certascondições de temperatura ambiente máxima, estas condiçõessão chamadas como as condições.
No caso em que os limites das condições ambientaisnominais foram excedidos, então, o bom funcionamento dodispositivo compressor não pode mais ser garantido e istolevará a paradas imprevisíveis do dispositivo compressor.
Em tal caso, decidiu-se usar atualmente umdispositivo compressor que é dimensionado em excesso e,portanto, gera menos calor que um dispositivo compressormenor nas mesmas condições ou para um dispositivocompressor que esteja funcionando em sua capacidade máximaatravés daquele número máximo permitido estabelecido fixode revoluções do compressor ser limitado, por exemplo.,.através da aplicação de uma transmissão com razão detransmissão menor que nas condições nominais. Portanto,cria-se uma reserva térmica extra que pode ser usada a fimde neutralizar a temperatura ambiente mais alta.
A desvantagem disto consiste na necessidade de ummaior investimento para o dispositivo compressor e o mesmonão é otimamente utilizado sob todas as condições nominaisresultando em uma perda de desempenho das condiçõesnominais.
A presente invenção tem como objetivo proporcionaruma solução para uma ou mais desvantagens mencionadas acimaou outras, à medida que proporciona um dispositivocompressor otimizado que é equipado com um controle deauto-regulação que assegura que o dispositivo compressortambém em desempenho máximo possa ser empregado em todas astemperaturas ambientes com operação de resfriamentopermanentemente ótima. Para este propósito, a invenção dizrespeito a um dispositivo compressor otimizado que consisteprincipalmente em um invólucro com um elemento compressorinterno que é acionado por motor de velocidade variávelmotor com uma caixa de controle com um número máximoestabelecido de revoluções para o compressor, umresfriamento de ar que suga o ar do ambiente através de umaentrada e sopra o mesmo de volta para o ambiente uma vezque este passou através de um escapamento e um circuito deresfriamento para o resfriamento do gás que foi comprimidopelo compressor, caracterizado pelo fato de que a caixa decontrole é equipada com um algoritmo que reduz o númeroajustado permitido máximo de revoluções mencionado acimacom um valor definido assim que a temperatura ambientemedida se eleva acima de um nível máximo estabelecido e onúmero máximo ajustado permitido de revoluções se elevanovamente assim que a temperatura ambiente cai abaixo donível mencionado acima.
A vantagem de tal dispositivo, de acordo com ainvenção, é que, quando a temperatura ambiente se elevaacima do nível nominal ao qual o dispositivo compressor édesignado, o número máximo permitido de revoluções seráautomaticamente reduzido, como um resultado do dispositivocompressor que irá desenvolver menos calor e da capacidadede resfriamento do resfriamento de ar ser suficiente para ocompressor, mesmo nesta temperatura ambiente elevada, paramanter o resfriamento suficiente a fim de evitar paradasindesejadas devido ao superaquecimento e garantir o bomfuncionamento do dispositivo.
De preferência, o algoritmo mencionado acima é,adicionalmente, o número máximo estabelecido de revoluçõesque é adicionalmente reduzido quando a temperatura doresfriamento mencionada acima do gás comprimido éinsuficiente ou a temperatura do meio de resfriamento seeleva acima de um nível estabelecido.
Através do monitoramento da temperatura do arambiente e/ou o resfriamento de maneira contínua ouintermitente e o ajuste do número máximo permitidoestabelecido de revoluções como uma função dos resultadosde medida, o dispositivo compressor será capaz de funcionarmesmo em temperaturas ambiente mais altas do que énominalmente fornecido, de maneira permanente, em suacapacidade máxima sem risco de paradas ou danos.
Geralmente, o invólucro inclui um compartimentoeletrônico que é equipado com resfriamento de ar que suga oar ambiente através de uma abertura e sopra o mesmo devolta para o ambiente através de uma saída, por meio daqual se evita qualquer dano causado aos componenteseletrônicos, um nível máximo é imposto para a temperaturado ar frio que é usado para este propósito. O resfriamentode ar deste compartimento eletrônico é geralmente calculadopara condições nominais e ao exceder a temperatura máximado ar frio, isto irá levar a paradas indesejadas dodispositivo compressor.
De acordo com um aspecto adicional da invenção,neste caso, um resfriamento adicional pode ser fornecidopara o resfriamento do ar que funciona como um meio deresfriamento do compartimento eletrônico, por meio do qualeste resfriamento é comutado somente quando a temperaturaambiente indicar a elevação acima de um nível estabelecido.Isto ocorre para manter os custos de energia tão baixosquanto possíveis.
Este resfriamento adicional pode funcionarindependentemente ou pode ser usado em combinação com oalgoritmo para o controle do número máximo estabelecido derevoluções do dispositivo compressor, por meio do qual esteresfriamento é controlado, de preferência, pela caixa decontrole do dispositivo compressor mencionada acima.
Com a intenção de mostrar as características dainvenção, mais adiante neste documento, como um exemplo semqualquer caráter limitado, uma forma preferida damodalidade do dispositivo compressor, de acordo com ainvenção, é descrita com referência aos desenhos em anexo,onde:
A Figura 1 mostra esquematicamente um dispositivocompressor otimizado, de acordo com a invenção,
As Figuras 2 e 3 mostram dois algoritmos decontrole que podem ser aplicados pelo dispositivo da Figura1.
O dispositivo compressor 1 da Figura 1 consistebasicamente em um invólucro que, neste caso, é dividido emdois compartimentos 4 e 5 através do enchimento 3, nocompartimento 4 um elemento compressor 6 que é acionado porum motor de velocidade variável 7, por exemplo, um motor defreqüência controlada, com uma caixa de controle 8 com umnúmero máximo estabelecido de revoluções Nmax e ocompartimento 5 é um compartimento eletrônico em que oscomponentes eletrônicos 9 são encontrados, tal como, porexemplo, a caixa de controle mencionada acima 8.
O compartimento 4 é resfriado por um resfriamentode ar 10 que suga o ar ambiente através de uma entrada 11 esopra o mesmo de volta para o ambiente através docompartimento 4 do invólucro 2 e através de um escapamento12, conforme mostrado nas setas A. O dispositivo compressor1 é adicionalmente equipado com um circuito de resfriamento13 com ou sem um meio de resfriamento como óleo, água ousimilar para o resfriamento do gás que é comprimido pelocompressor e através de um cano de descarga 14 160 e umaconexão 15 pode ser distribuído para uma rede de ar dedescarga.
O compartimento eletrônico 5 inclui resfriamentode ar 16 que suga o ar ambiente através de uma abertura 17e sopra o mesmo de volta para o ambiente ao longo docompartimento eletrônico 5 através de uma saída 18, comomostrado pelas setas B.Embora na Figura 1 seja mostrado um dispositivocompressor em que o resfriamento de ar 10 e 16 doscompartimentos 4 e 5 são separados, não se excluem estesresfriamentos de ar 10 e 16 que são comuns ou que incluempartes comuns.
Adicionalmente, de acordo com a invenção, umresfriamento 19 é fornecido para o resfriamento do arsugado através do resfriamento de ar 16.
Ademais, o dispositivo compressor 1 inclui um meio20 para determinar a temperatura T2 0 do ar ambiente; ummeio 21 para determinar a temperatura T21 do resfriamento13 do compressor, por exemplo, na saída deste circuito deresfriamento 13 e um meio 22 para a determinação datemperatura T22 do ar frio que flui através docompartimento eletrônico 5 para o resfriamento docomponente eletrônico 9. Estes meios 20, 21 e 22 sãoeletronicamente conectados à caixa de controle mencionadaacima 8 através das conexões 23.
0 dispositivo compressor é projetado para sercapaz de operar em condições nominais através datemperatura ambiente máxima Tmax que é estabelecida nacaixa de controle 8.
A caixa de controle 8 é equipada, de acordo com ainvenção, com um algoritmo 24 que é sistematizado na Figura2 para o estabelecimento do número máximo de revoluçõesNmax do elemento compressor 6, através do qual na primeirafaze 2 5 a temperatura ambiente T2 0 é comparada com o nívelestabelecido Tmax da temperatura ambiente e através daqual, em um uma fase seguinte 26, este número máximopermitido de revoluções Nmax com um nível definido éreduzido assim que a temperatura ambiente T20 indicar aelevação acima de um nível máximo estabelecido Tmax e onúmero máximo permitido estabelecido de revoluções énovamente elevado até seu nível inicial assim que atemperatura ambiente T20 fica abaixo e acima do nívelmencionado Tmax.
De preferência, o número máximo estabelecido derevoluções Nmax é ajustado pelo algoritmo em que acapacidade de resfriamento do resfriamento de ar 10 é, emtodas as vezes, suficiente com a temperatura ambientemonitorada para permitir que o elemento compressor 6 opereneste número máximo estabelecido ajustado de revoluçõesNmax sem o perigo de superaquecimento.
Em uma fase seguinte 27 do algoritmo 24 atemperatura T21 do meio de resfriamento do circuito deresfriamento 3 e/ou da temperatura do ar comprimido sãocomparadas com o nível máximo estabelecido T21max e como nafase 2 6 o número máximo permitido estabelecido derevoluções Nmax é novamente reduzido quando a temperaturaT21 do meio de resfriamento mencionado acima se eleva acimado nível estabelecido T21max.
É claro que este algoritmo pode ser realizado demaneira contínua ou regularmente intermitente e que o valorcom o qual o número máximo estabelecido de revoluções éreduzido ou ajustado pode ser uma função dos resultados demedida e, portanto, a diferença entre as temperaturasmedidas e os níveis máximos estabelecidos correspondentes.
O funcionamento do dispositivo compressor 1 ésimples e da seguinte forma.
Quando a temperatura ambiente T20 se eleva acimado nível máximo estabelecido Tmax, o número máximoestabelecido de revoluções Nmax será reduzido, com um valordefinido como um resultado do elemento compressor 6 queirá/pode ser acionado por um número inferior de revoluções,que resulta em uma geração de calor reduzida que é a funçãoprimária do número de revoluções do elemento compressor 6 eda pressão de compressão do gás pressurizado na saída doelemento compressor 6.
Além disso, com esta regulação existe um perigo deque a temperatura T21 do circuito de resfriamento 13 sejamuito alta, o número máximo estabelecido de revoluções Nmaxserá ajustado em um nível ainda mais baixo, de modo que nãoexista não perigo de superaquecimento das partes docompressor no compartimento 4.
Deste modo, assegura-se que o dispositivocompressor 1 possa ser permanentemente acionado em umnúmero máximo de revoluções e, portanto, com um gáspressurizado com capacidade máxima, tendo em mente, acapacidade de resfriamento disponível do resfriamento de ar10 e do circuito de resfriamento 13. Portanto, não énecessário proporcionar qualquer resfriamento medido emexcesso é geralmente o caso dos dispositivos compressorespreviamente conhecidos.
Esta regulação normalmente não ocorre entre ocontrole normal do número de revoluções do motor, masfunciona com número dinâmico limitado de revoluções.
A caixa de controle 8 pode ser opcionalmenteequipada com um segundo algoritmo 28 que é esquematicamenteexibido na Figura 3 e cujo propósito é assegurar a proteçãodos componentes eletrônicos 9 no compartimento eletrônico5, tendo em mente, o fato de que estes componentes 9 nãopodem ficar desprotegidos em altas temperaturas e que, comoum resultado, a temperatura T22 do ar frio que flui atravésdo compartimento eletrônico 5 não pode se elevar acima deum certo nível máximo crítico.
O algoritmo 28 compara a temperatura ambiente T20em uma primeira fase 2 9 com um nível máximo estabelecidoTmax que pode ou não ser o mesmo que aquele usado noalgoritmo 24 e compara em uma segunda fase 3 0 a temperaturaT22 do ar frio no compartimento 5 com o nível.máximo prévioestabelecido T22max.
Quando a temperatura ambiente T20 se eleva acimade T20max, o circuito de resfriamento 19 liga e o ar frioque é enviado através do compartimento eletrônico torna-seadicionalmente resfriado.
Quando tanto a temperatura ambiente T2 0 como atemperatura do ar frio T22 se eleva acima de seusrespectivos níveis máximos estabelecidos Tmax e T22max,então, na fase 31, a capacidade de resfriamento Q doresfriamento 19 é mais alta a fim de reduzir a temperaturado ar frio T22 logo abaixo da temperatura crítica doscomponentes eletrônicos 9.
Este segundo algoritmo 28 oferece as seguintesvantagens:
o resfriamento de ar 16 não precisa serdimensionado em excesso para reciprocar as temperaturasambientes nominais;
não existem perdas de energia para oresfriamento extra quando o resfriamento de ar 16 ésuficiente, como no caso de temperaturas ambientes normais;- através do resfriamento adicional do ar frio docompartimento eletrônico 5 para permitir o resfriamentologo abaixo da temperatura crítica do componente 9, aenergia extra é economizada, através da capacidade deresfriamento mínima. Isto resulta na eficiência total damáquina permanecer tão alta quanto possível.
Também, o segundo algoritmo pode ser aplicado comuma certa freqüência de maneira contínua ou intermitente.
É claro que tanto o algoritmo 24 como o 28 podemser aplicados, individualmente, separadamente ou juntos nodispositivo compressor 1. Também é claro que ambos osalgoritmos podem ser aplicados na mesma caixa de controle 8ou em caixas de controle separadas.
A presente invenção não se limita, de modo algum,à modalidade descrita por meio de exemplo e mostrada nasFigures mas, um dispositivo compressor otimizado, de acordocom a, invenção pode ser realizado em todos os formatos edimensões sem sair do escopo da invenção.

Claims (9)

1. Dispositivo compressor otimizado que podeconsistir principalmente em um invólucro (2) que contém umelemento compressor (6) que é acionado por um motor develocidade variável (7) com uma caixa de controle (8) comum número máximo estabelecido de revoluções (Nmax) para oelemento compressor (6) , um resfriamento de ar (10) quesuga o ar ambiente via através de uma entrada (11) e soprao mesmo de volta para o ambiente através do invólucro (2) eatravés de um escapamento (12) e um circuito deresfriamento (13) para o resfriamento do gás que foicomprimido pelo elemento compressor (6), CARACTERIZADO pelofato de que a caixa de controle (8) é equipada com umalgoritmo (24) que reduz o número máximo ajustado permitidode revoluções (Nmax) mencionado acima em um certo nívelassim que a temperatura ambiente medida (T20) se elevaacima de um nível máximo estabelecido (Tmax) e o númeroajustado permitido máximo de revoluções (Nmax) se elevanovamente assim que a temperatura ambiente (T20) seencontrar abaixo do nível mencionado acima (Tmax).
2. Dispositivo compressor otimizado, de acordo coma reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que um númeromáximo estabelecido de revoluções (Nmax) é ajustado atravésdo algoritmo (24) de tal modo que a capacidade deresfriamento do resfriamento de ar (10) através datemperatura ambiente medida (T2 0) seja suficiente parapermitir que o compressor (6) opere neste número máximoestabelecido de revoluções ajustado (Nmax) sem o perigo desuperaquecimento ou paradas indesejadas.
3. Dispositivo compressor otimizado, de acordo comqualquer uma das reivindicações 1 ou 2, CARACTERIZADO pelofato de que um algoritmo mencionado acima (24) seja de talmodo que o número máximo estabelecido de revoluções (Nmax)seja adicionalmente reduzido quando a temperatura (T21) docircuito de resfriamento mencionado acima se elevar acimade um nível estabelecido (T21max).
4. Dispositivo compressor otimizado, de acordo comqualquer uma das reivindicações 1, 2 ou 3, CARACTERIZADOpelo fato de que uma temperatura (T20-T21) do ambiente e/ouo resfriamento é medido de maneira contínua ou intermitentee o número máximo estabelecido de revoluções (Nmax) éajustado em função dos resultados medidos.
5. Dispositivo compressor otimizado, de acordo comqualquer uma das reivindicações 1, 2, 3 ou 4, CARACTERIZADOpelo fato de que um invólucro (2) inclui um compartimentoeletrônico (4) que é equipado com um resfriamento de ar(16) que suga o ar ambiente através de uma abertura (17) esopra o mesmo através de uma saída (18) de volta para oambiente e que o dispositivo compressor (1) inclui umresfriamento adicional (19) para o resfriamento do ar desteresfriamento de ar (16) do compartimento eletrônico (5) ,por meio do qual este resfriamento adicional (19) é ligadoquando a temperatura ambiente (T20) indicar a elevaçãoacima de um nível estabelecido (Tmax).
6. Dispositivo compressor otimizado, de acordo coma reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que um nívelestabelecido (Tmax) da temperatura ambiente (T20) édefinido pela temperatura máxima permitida do ar frio (T22)do componente no compartimento eletrônico (5).
7. Dispositivo compressor otimizado, de acordo comqualquer uma das reivindicações 5 ou 6, CARACTERIZADO pelofato de que uma temperatura (T22) do ar que é resfriadopelo resfriamento adicional (19) é medida e que acapacidade de resfriamento (Q) deste resfriamento adicional(19) é elevada quando a temperatura medida (T22) do arresfriado se elevar acima de um nível máximo críticoestabelecido (T22max).
8. Dispositivo compressor otimizado, de acordo coma reivindicação 7, CARACTERI ZADO pelo fato de que umacapacidade de resfriamento (Q) do resfriamento adicional(19) é ajustado de modo que a temperatura (T22) do ar frioque flui através do compartimento eletrônico (5) fique logoabaixo do nível crítico mencionado acima (T22max).
9. Dispositivo compressor de acordo com qualqueruma das reivindicações 5, 6, 7 ou 8, CARACTERIZADO pelofato de que um resfriamento adicional (19) é controladoatravés da caixa de controle mencionada acima 8 do motor(7) .
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