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El control GAP o de brecha, explicada con compresores de velocidad variable y de velocidad fija.
Los compresores de control de velocidad variable pueden ser un componente importante de un sistema optimizado, siempre que se apliquen correctamente. Sin embargo, la velocidad variable no es una simple panacea para la eficiencia instantánea del sistema de aire comprimido. La dinámica del control debe ser entendida y los compresores correctamente dimensionados. Al diseñar un sistema de aire comprimido, si no se tiene en cuenta el rango de control del compresor de velocidad variable, esto puede provocar que uno o más compresores funcionen de manera ineficiente.
Los compresores de velocidad fija pueden alternar excesivamente entre carga y vacío, los compresores de frecuencia variable pueden subir y bajar su velocidad, o ambos al mismo tiempo. Cuando ocurren este tipo de eventos, el personal de la planta a menudo se refiere al sistema de aire comprimido como “fuera de control”, y persiste una fluctuación de presión inusual en la instalación que puede afectar la producción. Esto se conoce comúnmente como “control GAP o brecha”. A menudo, la causa es seleccionar un compresor de velocidad variable que sea del mismo tamaño o más pequeño que las máquinas de velocidad fija del sistema.
El rango de control de un compresor de velocidad variable es fundamental para evitar un control GAP o de brecha. Cuando uno o más compresores de velocidad fija se dimensionan dentro del rango de control del compresor de velocidad variable, se puede evitar el control GAP o de brecha.
En el ejemplo de la figura podemos ver que el compresor de velocidad variable opera con los de velocidad fija sin el síndrome del control GAP o de brecha.
Ilustración I: Sistema de reparto de dos compresores de velocidad fija y uno de velocidad variable sin control GAP o de brecha.
Ejemplo del control GAP o de brecha de dos compresores de velocidad fija
Ilustración II: Grafico de caudal y presión de 2 compresores de velocidad fija de diferentes capacidades con control GAP o de brecha.
Como el control GAP o de brecha es un efecto no deseable en el funcionamiento de una estación de aire comprimido y consiste en arranques no deseados de compresores de mayor potencia ante el requerimiento de pequeñas demandas de aire comprimido, produciendo gastos de energía innecesarios y riesgos de avería por excesivos arranques por hora del motor eléctrico principal.
Como se observa en la figura, cuando la demanda excede la capacidad del compresor 1 (más pequeño), la presión cae y entra el segundo compresor. La suma de ambos caudales resulta excesiva, el caudal entregado por el compresor 2 (más grande) sigue siendo excesivo y este entra en vacío. Ahora la presión cae rápidamente y vuelve a comprimir el compresor 1 repitiéndose el ciclo hasta que aumente el caudal demandado y el sistema salga del control gap o de brecha.
Como se puede ver en la figura, el sistema puede proporcionar una presión operativa no constante en el rango de caudal del sistema.
Para evitar el control GAP o de brecha es necesario seguir las siguientes reglas de capacidad splitting o de reparto:
1. Formación de grupos: base, media y punta
Tiene como finalidad satisfacer las fluctuaciones en la demanda de aire comprimido activando y desactivando los compresores más pequeños que suministran caudales que se hallan entre la demanda de plena carga. Así se pueden evitar tiempos de marcha en vacío inútilmente largos con los gastos de energía correspondientes. De esta manera se puede obtener una repartición homogénea de las horas totales entre los compresores con un alto factor de utilidad.
2. Diseño de grupos operativos
Existe una regla donde el caudal de todos los compresores de carga punta (más pequeños) debe ser superior al 10 – 20% en comparación del grupo superior. Los compresores deberán ser iguales en cada grupo. La capacidad de regulación de un compresor del tipo velocidad variable deberá ser superior a cada compresor del grupo siguiente.
3. Uso de un control maestro del tipo adaptativo 3-D
Regula el funcionamiento eficiente gracias a su nuevo sistema de regulación adaptativa 3-D advance, el cual permite operar los equipos calculando con anticipación la manera de conseguir una eficiencia operativa de los compresores y su óptima energética. La regulación adaptiva 3D minimiza el consumo energético de la estación de aire comprimido ajustando su funcionamiento automáticamente a las condiciones de servicio. Ajusta la selección de los compresores que han de conectarse o desconectarse, así como su presión de conexión y desconexión teniendo en cuenta las condiciones de funcionamiento de la estación de aire comprimido en cada momento.
Ilustración III: Estación de aire comprimido con controlador maestro Sigma Air Manager SAM 4.0 con regulación adaptativa 3-D.
Ejemplo de aplicación del control GAP o de brecha con compresores de velocidad fija
Ilustración IV: Sistema de reparto de 3 compresores de velocidad fija con control GAP o de brecha por ser inferior la suma de los compresores de menor capacidad respecto al de mayor capacidad volumétrica
2 compresores velocidad fija de FAD = 5 m³/min
2 compresores velocidad fija de FAD = 17 m³/min
ango de 0 – 5 m³/min: 1 x 5 m³/min
Rango de 5 – 10 m³/min: 2 x 5 m³/min
RANGO de 10 – 17 m³/min: Control GAP o de brecha
La suma de los compresores velocidad fija de 5 m³/min son inferiores al compresor de velocidad fija de 17 m³/min y no cumple con la regla de la capacidad splitting o de reparto de cargas.
Distribución de carga sin Control Gap o de brecha con compresores de velocidad fija
Ilustración V: Sistema de reparto de compresores de velocidad fija sin control GAP o de brecha
A continuación, se muestra un sistema de ejemplo sin control Gap o de brecha, con un compresor de accionamiento de velocidad fija de 16 m³/min, un compresor de velocidad fija de 8 m³/min y dos compresores de velocidad fija de 5 m³/min, cumpliendo con la regla:
2 compresores velocidad fija de FAD = 5 m³/min x 2 = 10 m³/min
1 compresor velocidad fija de FAD = 8 m³/min
Relación 1: 10 m³/min > 8 m³/min
1 compresor velocidad fija de FAD = 16 m³/min
Relación 2: 16 m³/min > 8 m³/min
Para más información o asesoramiento, por favor contarse con: ingenieria.argentina@kaeser.com
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Fotos fuente: KAESER Kompressoren y Suad Kamardeen en Unsplash
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