PT1890793E - Método melhorado para secagem a frio - Google Patents

Description

ΡΕ1890793 - 1 -

DESCRIÇÃO "MÉTODO MELHORADO PARA SECAGEM A FRIO" A presente invenção relaciona-se com um método melhorado para secagem a frio.

Em particular, a presente invenção relaciona-se com um método para um gás de secagem a frio, em particular ar, contendo vapor de água, em que este gás é guiado através da parte secundária de um permutador de calor, cuja parte primária é o vaporizador de um circuito de arrefecimento, o qual também compreende um compressor accionado por um motor; um condensador; um meio de expansão entre a saida do condensador e a entrada do vaporizador acima mencionado.

Tais métodos são usados entre outros para secar ar comprimido. 0 ar comprimido, o qual é fornecido, por exemplo, por um compressor, é na maioria dos casos saturado com vapor de água ou, por outras palavras, tem uma humidade relativa de 100%. Isto significa que em caso de uma redução de temperatura abaixo do que é chamado ponto de condensação, irá existir condensação. A água condensada origina a corrosão nos tubos e ferramentas, e os aparelhos podem desgastar-se prematuramente. É por isso que o ar comprimido é seco, o que pode ser feito do modo acima mencionado, através de secagem a - 2 - ΡΕ1890793 frio. Também outro ar, que não ar comprimido, ou outros gases podem ser secos deste modo. A secagem a frio é baseada no principio que ao baixar a temperatura do ar ou gás no vaporizador, a humidade no ar ou gás irá condensar, após o qual a água condensada é separada num separador de líquidos e após o qual ar ou gás é aquecido de novo, de tal modo que este ar ou gás não estará mais saturado. O mesmo se aplica a qualquer outro gás que não ar, e cada vez a que nos refiramos a ar, o mesmo também se aplica a qualquer outro gás que não ar. Já é conhecido um método para secagem a frio, em que na base de medições da pressão do vaporizador ou da temperatura do vaporizador, o circuito de arrefecimento é ligado ou desligado.

Se for registado a tiragem do ar comprimido, o circuito de arrefecimento é ligado e assim que a tiragem do ar comprimido parar de novo, o circuito de arrefecimento é parado de novo também.

Uma desvantagem de tal método tão conhecido é que o permutador de calor, após o circuito de arrefecimento ter sido desligado, irá aquecer visto que não existe mais arrefecimento.

Quando, subsequentemente, o ar comprimido é desligado de novo enquanto o permutador de calor está ainda relativamente quente, os picos de temperatura e ponto de condensação podem ocorrer instantaneamente no ar comprimido - 3 - ΡΕ1890793 fornecido, visto que o gás a ser seco no permutador de calor não está então suficientemente arrefecido para fazer com que a água no dito gás esteja condensada seca à capacidade máxima.

Também é conhecido um método para secagem a seco, em que o circuito de arrefecimento se mantém sempre operacional, também quando não existe tiragem do ar comprimido.

Uma grande desvantagem de tal método é o de necessitar de uma quantidade de energia considerável, visto que o circuito de arrefecimento fica constantemente operacional, também no caso de estar livre.

Também é conhecido um método para a secagem a seco onde se usa uma massa térmica. Neste conhecido método, é utilizada uma massa térmica intermediária, por exemplo sob a forma de uma mistura de água e propilenoglicol, para arrefecer o ar comprimido.

Uma vez que o circuito de arrefecimento é apenas usado para arrefecer a massa térmica acima mencionada, o compressor neste circuito de arrefecimento pode ser desligado assim que a massa térmica atinja uma certa temperatura, para que possa ser poupada energia.

Uma desvantagem do tal método conhecido é que o circuito de arrefecimento, devido à presença da massa térmica acima mencionada, deve ser muito pesado e com um tamanho considerável. - 4 - ΡΕ1890793

Outra desvantagem de tal método conhecido é que, devido às peças adicionais tais como um reservatório e/ou um permutador de calor adicional, a construção do circuito de arrefecimento é relativamente dispendiosa e complicada e a sua montagem muito demorada. A EP-A-1 103 296, que é considerada ser a técnica anterior mais semelhante, descreve um método para secar um gás a frio, em particular, ar contendo vapor de água, em que este gás é guiado através da parte secundária de um permutador de calor cuja parte primária é o vaporizador de um circuito de arrefecimento, o qual também compreende um compressor o qual é accionado por um motor; um condensador; um meio de expansão entre a saída do condensador e a entrada do vaporizador acima mencionado, em que consiste, pelo menos quando está a ser fornecido gás para ser seco, em medir a temperatura na zona circundante do local onde a temperatura do gás a ser seco é mais baixa aquando da secagem a frio, e para ligar e desligar o circuito de secagem com base nestas medições, de modo a manter sempre a mais baixa temperatura de gás, entre um mínimo pré-determinado e um valor de limite máximo. Quando não é fornecido gás, Dl descreve que estes valores limite são fixos. Quando é fornecido o gás a ser seco, Dl descreve que, em vez de ligar e desligar o motor do compressor do circuito de arrefecimento, deve-se regular a velocidade do motor e fornecer uma derivação controlável acima do compressor do circuito de arrefecimento. A presente invenção pretende remediar uma ou várias desvantagens acima mencionadas e outras. - 5 - ΡΕ1890793

Para este fim, a presente invenção fornece um método de acordo com a reivindicação 1. A menor temperatura do ar ou MTA, aqui significa a menor temperatura do ar a ser seco que ocorre durante a secagem a frio e a qual é, em principio, atingida na saída para o gás a ser seco, da parte secundária do permutador de calor. 0 MTA dá sempre uma boa indicação do ponto de condensação do ar, desde que haja uma ligação entre os dois. Uma vantagem de tal método, de acordo com a invenção, é que não é necessária massa térmica extra e que pode ser poupada energia de um modo muito simples, visto que o circuito de arrefecimento é desligado atempadamente, por exemplo, quando não existe ar comprimido a ser seco, visto não haver consumo de ar comprimido.

Outra vantagem de tal método é que a temperatura do permutador de calor é sempre restrita, visto que o circuito de arrefecimento é ligado de novo quando a medição MTA ou o ponto de condensação se torna muito alta, evitando assim picos.

Uma vez que os valores limite pré-determinados são calculados com base num algoritmo, o qual é uma função da temperatura ambiente medida, é garantido um ponto de condensação a qualquer temperatura ambiente, a qual é suficientemente baixa para evitar a corrosão ou condensação na rede de ar comprimido, logo após o dispositivo de secagem a frio.

De modo a melhor explicar as características da presente invenção, o seguinte método preferido de acordo - 6 - ΡΕ1890793 com a invenção é dado apenas com um exemplo, com referência aos desenhos em anexo, nos quais: a figura 1 representa um dispositivo para aplicar um método de acordo com a invenção para secagem a frio, a figura 2 representa esquematicamente o curso dos valores limite como uma função da temperatura ambiente. A Figura 1 representa um dispositivo 1 para secagem a frio, o qual consiste principalmente de um permutador de calor 2 cuja peça primária forma o vaporizador 3 de um circuito de arrefecimento 4, no qual estão também erigidos sucessivamente um compressor 6, um condensador 7, e uma válvula de expansão 8, accionada por um motor 5.

Este circuito de arrefecimento está cheio de fluido de arrefecimento, por exemplo Freon R404a, cuja direcção de fluido é representada pela seta 9. A peça secundária do permutador de calor 2 é parte do tubo 10 para o ar húmido ser seco, cuja direcção de fluxo é representada pela seta 11.

Após o permutador de calor 2, isto é, na sua saída, está erigido um separador de líquidos 12 no tubo 10.

Este tubo 10, antes de atingir o permutador de calor 2, pode estender-se parcialmente através de um pré-arrefecedor ou um permutador de calor de recuperação 13 e então, após o separador de líquido 12, estende-se de novo através do permutador de calor de recuperação 13, em fluxo paralelo ou em contra fluxo até à parte acima mencionada. - 7 - ΡΕ1890793 A saída do tubo 10 acima mencionado pode, por exemplo, ser ligada a uma rede de ar comprimido, a qual não é representada nas figuras, à qual os consumidores de ar comprido estão ligados, por exemplo, ferramentas que são accionadas por ar comprimido. 0 permutador de calor 2 é um permutador de calor líquido/ar e pode ser criado como formando um todo com o possível permutador de calor de recuperação 13, o qual é um permutador de calor ar/ar. A válvula de expansão 8 é, neste caso, feita com a forma de uma válvula termoestática, cujo elemento termoestático está ligado, de forma conhecida, através de um tubo 14 a uma lâmpada 15 fornecida na saída do vaporizador 3, por outras palavras, entre o vaporizador 3 e o compressor 6, no circuito de arrefecimento 4 e cheio com o mesmo meio de arrefecimento. É claro que a válvula de expansão 8 acima mencionada pode ser feita de muitas maneiras diferentes, como por exemplo, na forma de uma válvula electrónica a qual é ligada a um manómetro de temperatura erigido na extremidade afastada do vaporizador 3 ou a seguir ao mesmo.

Em alguns pequenos secadores a frio 1, a válvula de expansão 8 pode ser substituída por um tubo capilar. O compressor 6 é, por exemplo, um compressor volumétrico o qual, à mesma velocidade rotacional, entrega praticamente o mesmo volume de fluxo, por exemplo, um compressor espiral, em que, neste caso, o motor 5 é um motor eléctrico ligado a um dispositivo de controlo 14. O dispositivo de controlo 14 acima mencionado, o - 8 - ΡΕ1890793 qual pode ser feito, por exemplo, na forma de um PLC, é também ligado a dispositivos de medição 16 para a MTA e a dispositivos de medição 17 para a temperatura ambiente.

Os dispositivos de medição 16 acima mencionados para a MTA são preferencialmente fornecidos no local onde a menor temperatura do ar pode ser esperada, o qual é, neste caso, logo após a parte secundária do permutador de calor 2 e de preferência antes do separador de líquidos 12.

De acordo com a invenção, não é excluído que os dispositivos de medição 16 para medir a MTA sejam substituídos por dispositivos de medição para medir o ponto de condensação, os quais são preferencialmente fornecidos perto da saída da parte secundária do permutador de calor 2 acima mencionado. Cada vez que os dispositivos de medição 16 para medição da MTA sejam aqui mencionados, também os dispositivos de medição para medir o ponto de condensação podem ser aplicados de acordo com a invenção.

Os dispositivos de medição 17 acima mencionados para medir a temperatura ambiente são de preferência colocados na rede de ar comprimido, os quais fazem uso do ar seco pelo dispositivo 1, em particular, na altura dos consumidores finais deste ar comprimido, por exemplo, perto das ferramentas que são accionadas por este ar comprimido seco.

Alternativamente, os dispositivos de medição 17 podem também ser colocados noutros locais. No caso do ar comprimido a ser seco vir, por exemplo, de um compressor, afinal na entrada do mesmo é um bom posicionamento para os - 9 - ΡΕ1890793 dispositivos de medição 17 acima mencionados para a temperatura ambiente. 0 método melhorado de acordo com a invenção é muito simples e do seguinte modo. O ar a ser seco é guiado através do tubo 10 e deste modo, através do permutador de calor 2, por exemplo, em contra fluxo para o fluido de arrefecimento no vaporizador 3 do circuito de arrefecimento 4.

Neste permutador de calor 2, o ar húmido é arrefecido, como resultado do condensado ser formado, o qual é separado no separador de líquidos 12. 0 ar frio, o qual contém menos humidade em termos absolutos após o dito separador de líquidos 12, mas ainda com uma humidade relativa de 100%, é aquecido no permutador de calor de recuperação 13, como resultado do qual a humidade relativa diminui para preferencialmente menos de 50%, em que o ar fresco a ser seco já está parcialmente arrefecido no permutador de calor de recuperação 13 antes de ser fornecido ao permutador de calor 2.

Assim, o ar na saída do permutador de calor de recuperação 13 é mais seco do que na entrada do permutador de calor 2 . A MTA é preferencialmente mantida dentro de certos limites, de modo a prevenir o congelamento do vaporizador 3 devido à MTA demasiado baixa, por um lado, e para assegurar que o ar ainda está suficientemente - 10 - ΡΕ1890793 arrefecido de modo a permitir, por outro lado, a condensação.

Para este fim, o circuito de arrefecimento 4, de acordo com a invenção, pode ser ligado e desligado com base nas medições da MTA e a temperatura ambiente, por exemplo, ligando e desligando o motor 5 do compressor 6 deste circuito de arrefecimento 4.

Deste modo, podemos ter a certeza que a MTA ou o ponto de condensação está sempre situada entre um valor limite mínimo pré-determinado A e um valor limite máximo B.

Esta regulação não é apenas aplicada, de acordo com a invenção, enquanto o ar é seco, mas também durante períodos nos quais o ar a ser seco está a ser fornecido e o circuito de arrefecimento 4 poderia ser desligado em teoria, como é o caso com secadores a frio já conhecidos.

Em particular, o método, de acordo com a invenção, é pelo menos aplicado quando não é fornecido gás a ser seco e se necessário, também quando está a ser fornecido o gás a ser seco.

Para este fim, a temperatura ou o ponto de condensação são medidos perto do local onde a temperatura do gás a ser seco é mais baixa aquando da secagem a frio, e de preferência imediatamente a seguir à peça secundária do permutador de calor 2.

Preferencialmente, um ou ambos dos valores limite A e/ou B acima mencionados são calculados com base num 11 ΡΕ1890793 algoritmo, o qual é uma função da temperatura ambiente medida Tamb. A Figura 2 representa esquematicamente uma possível ligação entre a temperatura ambiente Tamb e os valores limite A e B acima mencionados, respectivamente.

Como representado, o algoritmo do valor limite mínimo A é preferencialmente formado por uma função degrau, a qual, quando a temperatura ambiente é menor que um primeiro valor configurado Ta, é constante, e neste caso significa praticamente 4o C, de modo a prevenir o congelamento do vaporizador 3.

Quando a temperatura ambiente Tamb é mais alta que um segundo valor configurado Tb, o qual é mais alto do que o primeiro valor configurado Ta acima mencionado, a função degrau acima mencionada será constante também neste caso.

Entre os valores configurados Ta e Tb acima mencionados, a função degrau acima mencionada do algoritmo do valor limite mínimo A tem um curso ascendente o qual neste caso, mas não necessariamente, é linear e o qual é também de preferência tal que a diferença entre a temperatura ambiente e o dito valor limite mínimo calculado A é constante e preferencialmente significa pelo menos 10 [graus] Celsius.

Neste caso, o algoritmo do valor limite máximo B é também formado por uma função degrau a qual tem um valor maior do que a função degrau do valor limite mínimo A acima mencionado em qualquer valor da temperatura ambiente Tamb e 12 - ΡΕ1890793 a qual, quando a temperatura ambiente Tamb é menor do que o primeiro valor configurado Tc, é constante. O primeiro valor configurado Tc da função degrau do valor limite máximo B, coincide neste caso com o primeiro valor configurado Ta acima mencionado, da função degrau do valor limite mínimo A, mas não é necessário de acordo com a invenção.

Assim que a temperatura ambiente Tamb é mais alta do que um segundo valor configurado Td, a função degrau do valor limite máximo B irá ser constante, assim como neste caso, mas pode também ter um curso diferente de acordo com a invenção.

Entre os valores configurados Tc e Td acima mencionados, a função degrau acima mencionada do algoritmo do valor limite máximo B também tem um curso ascendente, o qual, neste caso, mas não necessariamente, é linear, e o qual é também preferencial de modo que o seu curso é mais inclinado que o curso da função ascendente do valor limite mínimo A acima mencionado. O objectivo do valor limite máximo B acima mencionado consiste em evitar que a MTA seja muito alta, como resultado do qual o ar não seria suficientemente arrefecido e como resultado do mesmo não seria condensada humidade suficiente de modo a secar o ar. Preferencialmente, de acordo com a invenção, enquanto o dispositivo 1 para secar a frio é operacional, o valor medido da MTA é continuadamente comparado pelos meios de controlo 14 acima mencionados ou comparado em alguns 13 - ΡΕ1890793 intervalos, quer regulares ou não, ao valor limite minimo A e ao valor limite máximo B acima mencionados.

Quando a MTA cai temporariamente abaixo do valor limite mínimo A, o dispositivo de controlo 14 acima mencionado irá desligar o circuito de arrefecimento 4, desligando o motor 5, o que acciona o compressor 6 desde circuito de arrefecimento 4, de tal modo que a temperatura do permutador de calor 7 acima mencionado sobe e também a MTA irá subir de novo.

Quando a MTA medida sobe acima do valor limite máximo B, o circuito de arrefecimento 4 é ligado de novo, pelo que o motor 5 que acciona o compressor 6 deste circuito de arrefecimento 4 é ligado de novo, como resultado a temperatura no vaporizador 3 decresce e também a MTA decresce de novo.

Uma vez que o circuito de arrefecimento 4 é apenas ligado quando necessário, um método para secagem a frio, de acordo com a invenção, irá ajudar a poupar energia.

Ligando novamente o circuito de arrefecimento 4 em devido tempo, podemos também ter a certeza que o permutador de calor 2 não aquece, de modo que quando o fornecimento de ar comprimido é carregado de novo, por exemplo, após uma paragem, não pode haver picos de temperatura e ponto de condensação no ar comprimido a ser tirado. O funcionamento do circuito de arrefecimento 4 é já conhecido como tal e é do seguinte modo. 14 - ΡΕ1890793

No condensador 7, o fluido de arrefecimento gasoso, o qual é aquecido pela compressão no compressor 6, é arrefecido até se tornar num liquido. De modo a descarregar o calor para o ambiente, pode ser feito uso, por exemplo, de uma ventoinha ou um meio de arrefecimento, o qual não está representado na figura, tal como por exemplo água.

Graças à válvula de expansão 8, o fluido de arrefecimento liquido expande para uma pressão constante de vaporização, o que implica, obviamente, uma descida de temperatura.

Ao aplicar uma válvula de expansão 8, irá sempre haver sobreaquecimento após o vaporizador 3, de modo que não existe perigo do fluido de aquecimento entrar no compressor 6, e como consequência, não há necessidade de um separador de líquidos no circuito de arrefecimento 4. O dito sobreaquecimento é medido de modo conhecido, diminuindo a temperatura medida pela lâmpada 14 da temperatura do vaporizador, neste caso, medido após o vaporizador 3. Esta diferença é comparada a um valor configurado pela válvula de expansão 8, e no caso de uma diferença, a válvula de expansão 8 irá ajustá-la abrindo ou fechando. De acordo com a invenção, não é excluído que uma ventoinha se ocupe da dissipação do calor do condensador 11 para ser ligado ou desligado assim como pelos meios de controlo 14 acima mencionados, como uma função das medições da temperatura ambiente Tamb e a MTA ou o ponto de condensação, de tal modo que aqui também pode ser poupada energia. 15 - ΡΕ1890793

Preferencialmente, após o circuito de arrefecimento 4 acima mencionado ter sido desligado, um certo intervalo de tempo é tido em conta antes que o circuito de arrefecimento 4 possa ser ligado de novo.

Assim, é evitado que o motor 5 acima mencionado, o qual pode ser feito por exemplo com um motor eléctrico, seja sobrecarregado devido à acumulação de calor nos enrolamentos.

Em vez de ar húmido, outro gás, que não ar, contendo vapor de água pode ser seco do mesmo modo e com o mesmo dispositivo. A MTA é então a menor temperatura do gás. A presente invenção não é limitada ao método descrito como exemplo; pelo contrário, um tal método melhorado de acordo com a invenção para secagem a frio, pode ser feito de muitas maneiras diferentes, enquanto se mantém fiel ao âmbito da invenção.

Lisboa, 15 de Junho de 2010

Claims (7)

1. ΡΕ1890793 1 REIVINDICAÇÕES 1. Método para secar gás a frio, em particular, ar contendo vapor de água, em que este gás é guiado através da parte secundária do permutador de calor (2) cuja peça primária é o vaporizador (3) de um circuito de arrefecimento (4) o qual também compreende um compressor (6) o qual é accionado por um motor (5); um condensador (7); um meio de expansão (8) entra a saída do condensador (7) e a entrada do vaporizador (3) acima mencionado, caracterizado pelo facto de que consiste em medir a temperatura ambiente (Tamb) , pelo menos quando não é fornecido gás a ser seco, assim como a temperatura ou o ponto de condensação perto do local onde a temperatura do gás a ser seco é mais baixa quando está a ser seco, e em ligar e desligar o circuito de arrefecimento (4) com base nestas medições de modo a manter sempre a temperatura mais baixa do gás (MTA) ou o ponto de condensação entre um valor limite mínimo e um valor limite máximo pré-determinado (A, B respectivamente), e onde um ou ambos limites pré-determinados acima mencionados (A e B) são calculados com base num algoritmo o qual é uma função da temperatura ambiente (Tamb) medida, o algoritmo do valor limite mínimo (A) como uma função da temperatura ambiente sendo formada por uma função degrau com um valor constante quando a temperatura ambiente medida (Tamb) é menor do que a do primeiro valor configurado (Ta); um valor constante mais alto para uma temperatura ambiente (Tamb) maior do que um segundo valor configurado (Tb) o qual é maior do que o primeiro valor configurado (Ta) acima mencionado; e uma função crescente entre estes valores configurados (Ta e Tb), o algoritmo do valor limite máximo (B) como uma função - 2 - ΡΕ1890793 da temperatura ambiente (Tamb) sendo formado pela função degrau com um valor constante quando a temperatura ambiente (Tamb) medida é menor do que um primeiro valor limite (Tc); um valor constante mais elevado para uma temperatura ambiente (Tamb) é maior do que um segundo valor configurado (Td) , o qual é maior do que o primeiro valor configurado (Tc) ; e uma função crescente entre estes valores configurados (Tc e Td), o curso da função crescente do valor limite máximo (B) acima mencionada sendo mais inclinado do que o curso da função crescente do valor limite mínimo (A) acima mencionada.
2. 2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de que o gás a ser seco é originado a partir do compressor e em que a temperatura ambiente (Tamb) é medida perto da entrada deste compressor.
3. 3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo facto de que a temperatura mais baixa do gás (MTA) ou o ponto de condensação do gás a ser seco é medido perto da saída da parte secundária do permutador de calor (2) acima mencionado. 4. caracterizado valor limite Método de acordo com a reivindicação 1, pelo facto de que a função crescente do mínimo (A) acima mencionado é linear.
4. 5. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo facto de que a função crescente linear do valor limite mínimo (A) acima mencionada é tal que a - 3 - ΡΕ1890793 diferença entre a temperatura ambiente medida (Tamb) e este valor limite mínimo calculado (A) é constante.
5. 6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo facto de que entre os valores configurados (Ta e Tb) acima mencionados, a diferença entre a temperatura ambiente (Tamb) e o valor limite mínimo (A) calculado é de pelo menos 10° Celsius.
6. 7. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de que a função crescente acima mencionada do valor limite máximo (B) é linear.
7. 8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo facto de que, de preferência, após o circuito de arrefecimento (4) acima mencionado ter sido desligado, um certo intervalo de tempo mínimo é tido em conta antes de ser ligado de novo. Lisboa, 15 de Junho de 2010 ΡΕ1890793 1/1 r

   LAT

   1 ΡΕ1890793 REFERENCIAS CITADAS NA DESCRIÇÃO Esta lista de referências citadas pelo requerente é apenas para a conveniência do leitor. A mesma não faz parte do documento de Patente Europeia. Embora muito cuidado tenha sido tomado na compilação das referências, erros e omissões não podem ser excluídos e o EPO nega qualquer responsabilidade neste sentido. Documentos de Patente citados na descrição • EP 1103296 A