Prolongar a vida útil do filtro. Conservar energia. Economize dinheiro.

A otimização do fluxo de ar no seu coletor de pó, névoa ou fumaça oferece benefícios importantes, incluindo vida útil prolongada do filtro, maior conservação de energia e economia de custos em geral. Além disso, em muitas aplicações, o fluxo de ar correto do coletor de pó é fundamental para a qualidade. Fluxo de ar excessivo na soldagem de aço inoxidável pode afastar o gás de proteção, resultando em cordões de solda de baixa qualidade, enquanto fluxo de ar insuficiente pode expor os operadores a compostos perigosos, como o cromo hexavalente.

Em aplicações de processamento de materiais onde o pó inflamável pode ser uma preocupação, o fluxo de ar correto é especialmente crítico, pois muito fluxo de ar pode puxar o produto valioso para fora do processo para o fluxo de resíduos, mas muito pouco fluxo de ar pode permitir que a poeira escape do processo e potencialmente aumentar os perigos da poeira combustível na instalação.

O impacto do fluxo de ar na vida útil do filtro é frequentemente negligenciado durante as operações, mas pode ser significativo quando os filtros são instalados pela primeira vez. Operacionalmente, a baixa resistência à pressão inicial dos filtros novos pode resultar no aumento do fluxo através do sistema, o que pode não ser um problema para as operações, mas pode reduzir drasticamente a vida operacional total dos filtros (muitas vezes em mais da metade). Uma estratégia de controle de fluxo de ar que mantenha o fluxo de ar de projeto prolongará a vida útil total do filtro.

A economia de energia e os custos gerais variam conforme a estratégia de controle de fluxo de ar e serão detalhados nas discussões a seguir.

A maneira tradicional de controlar o fluxo de ar é ajustar manualmente o amortecedor de saída no ventilador do coletor. Esse pode ser um método eficaz de controle de fluxo de ar se for executado corretamente e ajustado com frequência, à medida que as condições do sistema mudam ao longo do tempo. Infelizmente, nem todos os operadores sabem como ajustar um amortecedor de saída adequadamente e, como consequência, não é incomum que a planta apresente vida útil de filtro reduzida, qualidade de produto comprometida e aumento de manutenção e custos operacionais.

Abordagens alternativas para otimizar o controle do fluxo de ar incluem:

• Uso de válvula de controle de entrada
• Modificando o ventilador, substituindo as roldanas
• Uso de um sistema de controle digital com acionamento de frequência variável (VFD)

A seguir estão os seguintesprósecontrasde cada um:

Válvula de controle de entrada

Uma válvula de controle de entrada pode oferecer economia de energia ao pré-acelerar o ar antes de entrar no ventilador, reduzindo o esforço necessário do ventilador. Essa opção proporciona alguma economia de potência e energia, com um custo de capital relativamente baixo. A desvantagem da válvula de controle de entrada é que ela ainda requer ajustes manuais conforme as condições do sistema mudam ao longo do tempo, além de exigir manutenção periódica.  

Modificar o ventilador substituindo as polias no motor e/ou no próprio ventilador.

Outra opção para controlar o fluxo de ar é modificar a velocidade de rotação do ventilador instalando novas roldanas no motor e/ou ventilador. A menor velocidade de rotação do ventilador reduz a potência de eixo, economizando custos operacionais. Esta modificação pode ser economicamente viável; no entanto, não é fácil ajustar a velocidade do ventilador para uma ampla variedade de condições. Além disso, geralmente envolve o uso contínuo de uma válvula para ajuste fino do fluxo de ar, pois as condições do sistema mudam ao longo do tempo.  

A estratégia de substituir as polias não é incomum, pois geralmente há fatores conservadores aplicados durante os projetos do sistema para manter as velocidades no sistema. Identificar e remover estimativas de projeto conservadoras pode proporcionar algumas economias de energia. Os projetistas frequentemente incluem uma ou duas polegadas adicionais de pressão estática em um ventilador para resistência inesperada no projeto do duto.  

Um exemplo de prática conservadora de projeto seria a indústria de grãos, onde muitos projetistas usam 4.500 pés por minuto como velocidade mínima de transporte porque o sistema muda estaticamente (à medida que o pó se acumula nos filtros). Os operadores não podem ajustar a válvula de saída (supondo que exista um) num esforço para evitar que a poeira se acumule no duto, que é um risco de poeira combustível e de peso. Os projetistas de sistemas frequentemente usam velocidades superiores às necessárias para compensar reduções inesperadas no fluxo de ar.

Controles digitais com acionamento por frequência variável (VFD)

A maneira mais eficaz de otimizar o fluxo de ar em um coletor é com um controle digital usando um inversor de frequência (VFD). Esse método monitora um parâmetro do sistema, como a pressão de velocidade em um duto ou a pressão estática na entrada do coletor — ambos diretamente ligados ao parâmetro operacional desejado, como a vazão volumétrica. O sistema de controle digital com um VFD pode monitorar o status do sistema e ajustar automaticamente o fluxo de ar conforme as condições do sistema mudam com o tempo.

O principal benefício de um VFD controlado digitalmente é que ele mantém automaticamente o fluxo de ar de projeto à medida que as condições do sistema mudam. O fluxo de ar de projeto é estabelecido e o controlador digital é ajustado para a variável de controle por um técnico durante a partida inicial. Isto elimina qualquer necessidade posterior de um operador ajustar manualmente a válvula de saída à medida que as condições do sistema mudam (ou seja, à medida que a pressão estática aumenta com o acúmulo de poeira nos filtros). O sistema de fluxo de ar VFD controlado digitalmente ajuda a manter a captação adequada na capota, mantendo a produtividade alta, deixando o produto onde deveria estar no processo, e ajudando a garantir a qualidade do ar na área de respiração dos trabalhadores. O sistema VFD controlado digitalmente também assegura uma velocidade de transporte consistente, o que reduz o acúmulo de material nos dutos, minimizando a manutenção e os riscos potenciais, como incêndios nos dutos. 

Um sistema VFD controlado digitalmente também produz uma economia de energia semelhante a um arranque suave do motor, reduzindo as cargas de pico de demanda. Outro benefício do uso de um VFD controlado digitalmente é a redução do ruído. Evitar o excesso de volume de ar e a velocidade associada reduz substancialmente o ruído em comparação ao uso de uma válvula de saída. Um cliente que dirige uma oficina de pulverização térmica declarou que, após instalar um coletor de pó com este tipo de sistema, o ruído foi tão drasticamente reduzido que planeja equipar todos os seus coletores de pó com VFDs controlados digitalmente.

Uma desvantagem dos sistemas VFD controlados digitalmente tem sido seus custos de capital. Ao considerar um sistema de controle VFD, procure descontos em sites como DSIRE™ (Banco de Dados de Incentivos Estaduais para Renováveis e Eficiência) e concessionárias locais de eletricidade e gás. Esses incentivos podem muitas vezes ser substanciais, compensando grande parte do custo de capital de um sistema VFD controlado digitalmente. É importante notar que algumas organizações exigem que o pedido seja apresentado (e até mesmo aprovado) antes que uma Ordem de Compra possa ser emitida para adquirir o equipamento.

Economia de energia por meio do Sistema de Controle Elétrico e do VFD

Um sistema VFD controlado digitalmente pode economizar energia ao minimizar a velocidade do ventilador para controlar o fluxo de ar. Isto funciona bem porque as leis estabelecidas sobre ventiladores incluem uma relação em cubos entre a velocidade do ventilador e a potência do freio ou a energia consumida pelo ventilador. A fórmula é mostrada à direita.

O custo operacional anual desse ventilador a $0,07 por Quilowatt hora (kWh) para operação 24/7 é de $17.000. (É recomendado que você verifique online a tarifa da conta de eletricidade em sua área)

Se a média de carga estática de seu sistema for de 7”, em vez dos 10 pol. CA necessários quando os filtros estão perto do fim de sua vida útil, a velocidade média do ventilador (usando um VFD) pode ser reduzida para 1680 RPM.  Nesse momento, o custo operacional anual seria ainda menor.

Durante a maior parte da vida operacional dos filtros, o ventilador custaria $12.500 por ano — uma diferença de $4.500 por ano, ou seja, todo esse valor representa economia. Isso equivale a $ 1.500 para cada polegada de pressão estática economizada neste sistema para este ventilador, e a economia continua ano após ano.

O mesmo cenário a $0,20 por kWh, gera uma economia de $18.000, ou $6.000 por polegada de pressão estática economizada a cada ano.

Mesmo uma curva do ventilador que corresponda exatamente ao fluxo de ar de seu coletor incluirá uma ou duas polegadas de pressão estática adicional para acomodar obstáculos inesperados e mudanças nas condições do filtro. Com um sistema que mantém automaticamente o fluxo de ar de projeto, o risco de material cair do fluxo de ar dentro do duto é reduzido, e pode-se selecionar uma velocidade de transporte menos conservadora.

A Economia se Acumula

Um sistema com um controlador de fluxo de ar VFD custa mais inicialmente, mas o retorno do investimento (ROI) baseado apenas na economia de energia é geralmente inferior a dois anos, e isto não inclui nenhuma economia adicional resultante de uma maior vida útil do filtro e um melhor controle do processo. 

Formas de otimizar ainda mais seu sistema e tirar proveito da economia de energia:

• Utilizar meios filtrantes de alta qualidade do tipo carregamento superficial, que permitem que a poeira se deposite na superfície, em vez de embutir-se em sua profundidade. Isto aumenta a limpeza, diminui a queda de pressão e prolonga a vida útil do filtro. Lembre-se que cada centímetro de pressão estática custa dinheiro, e o uso de uma mídia de carga superficial pode muitas vezes economizar de um a dois centímetros de pressão estática média em comparação com a mídia de commodity.
   
  
• Faça as seguintes correções em seu sistema para aumentar a economia de energia:
  • Retirar as curvas desnecessárias para endireitar os canais;
  • Substitua qualquer cotovelo instalado diretamente antes do ventilador por uma caixa de entrada bem projetada.
  • Substitua conexões em “T” por derivações clássicas de 30° e redesenhe ou substitua quaisquer captações ineficientes ou danificadas.

Ao otimizar o fluxo de ar no seu coletor de pó, fumaça ou névoa, o controle por VFD tem se mostrado a opção mais confiável, pois aumenta a vida útil dos filtros, reduz o consumo de energia e gera economia operacional.