Seleção e dimensionamento de compressores: o segredo fundamental para a poupança de energia em sistemas MVR.

Os sistemas de evaporação por recompressão mecânica de vapor (MVR) são reconhecidos pela sua alta eficiência e economia de energia, cujo princípio fundamental reside na seleção científica e no dimensionamento adequado dos compressores. O compressor não é apenas o "coração" do sistema MVR, mas também o fator-chave que determina o consumo de energia, a estabilidade e a economia. Este artigo analisa sistematicamente os pontos-chave da seleção e do dimensionamento do compressor, revelando os principais segredos para a economia de energia em sistemas MVR.

I. O papel fundamental do compressor em um sistema MVR

1. Posicionamento Funcional

O compressor é responsável por comprimir adiabaticamente o vapor secundário de baixa temperatura e baixa pressão gerado pela evaporação, aumentando sua pressão, temperatura e entalpia, permitindo que seja reutilizado como vapor de aquecimento, alcançando um ciclo de energia térmica de circuito fechado e reduzindo a entrada de energia externa.

2. A chave para a economia de energia

O consumo de energia do compressor representa a maior parte do consumo total de energia do sistema, e sua eficiência determina diretamente o nível de economia de energia do sistema MVR. A seleção adequada pode economizar de 30% a 80% da energia do sistema, reduzindo significativamente os custos operacionais.

II. Tipos de compressores e cenários aplicáveis

• Tipos de compressores mais comuns

• Compressor centrífugo de alta velocidade: Adequado para aplicações com altas vazões e aumento de pressão médio a baixo; alta eficiência e operação estável; amplamente utilizado em sistemas de evaporação MVR convencionais.

• Compressor Roots: Estrutura compacta, alta relação de compressão; adequado para baixas vazões, alta elevação de pressão e materiais com alto ponto de ebulição, especialmente indicado para o tratamento de águas residuais com alta concentração de sal.

• Ventilador centrífugo montado em skid: Alta integração, instalação conveniente, manutenção simples; adequado para projetos com aumento de pressão médio a baixo e espaço limitado.

Considerações sobre a seleção

a) Fluxo e estado do vapor: Selecione um modelo adequado com base na taxa de evaporação, na vazão volumétrica do vapor secundário e nas características de temperatura e umidade.

b) Relação de pressão/elevação de temperatura necessária: Calcule a relação de pressão e a elevação de temperatura necessárias para o compressor, considerando o aumento do ponto de ebulição do material, a queda de pressão no trocador de calor e a perda de calor do sistema.

c) Material e resistência à corrosão: Para vapor contendo componentes corrosivos, selecione aço inoxidável ou materiais de revestimento especiais para aumentar a vida útil do equipamento.

d) Eficiência energética e ruído: Otimizar motores de alta eficiência e o design do impulsor para reduzir o consumo de energia e a poluição sonora.

III. Ajuste do compressor e otimização do sistema

Sistema de acionamento e controle

Utiliza tecnologia de controle de velocidade por frequência variável para obter uma correspondência dinâmica entre o compressor e a carga de evaporação, evitando sobrecarga ou operação ineficiente e melhorando a flexibilidade e a estabilidade do ajuste do sistema.

Equipado com um sistema de monitoramento inteligente para coletar dados em tempo real sobre temperatura, pressão, vibração, etc., permitindo proteção automática e alerta de falhas.

Sistema de Vedação e Lubrificação

Para ambientes de vapor com alta temperatura e alta umidade, selecione selos mecânicos confiáveis e soluções de lubrificação forçada para evitar vazamentos e desgaste, garantindo uma operação estável a longo prazo.  Combinação de Estação de Resfriamento e Óleo

Compressores de alta velocidade requerem sistemas de refrigeração a óleo e circuitos de água de refrigeração para garantir a temperatura controlável dos rolamentos e vedações, melhorando a segurança e a confiabilidade.

Otimização de correspondência do evaporador

A capacidade do compressor precisa ser projetada em conjunto com parâmetros como taxa de evaporação, área de troca de calor e vazão da bomba de circulação para evitar operação com potência insuficiente ou capacidade inadequada, alcançando assim o funcionamento eficiente de todo o sistema.

IV. Casos de seleção e efeitos de economia de energia na prática da engenharia

Caso 1:  Sistema MVR para tratamento de águas residuais com alta salinidade

O ponto de ebulição do material aumenta significativamente. Um compressor Roots é selecionado, com alta taxa de compressão e aumento de temperatura superior a 20 °C. O sistema alcança uma economia de energia de 70%, e o condensado é reutilizado, resultando em zero emissões.

Caso 2:  Projeto MVR de Concentração em Baixas Temperaturas para Produtos Farmacêuticos

Um compressor centrífugo de alta velocidade, combinado com um sistema de vácuo, permite a evaporação a baixa temperatura de 60°C, resultando em alta retenção da atividade do produto e consumo de energia de apenas 1/3 do consumo dos evaporadores multiefeito tradicionais.

Resumo da experiência

Combinando as características dos materiais, os requisitos do processo e as condições do local, várias soluções são comparadas para selecionar a solução de compressor mais econômica e estável. 

V. Conceitos errôneos comuns e alertas sobre a seleção

• Focar apenas no investimento inicial, negligenciando o consumo de energia operacional e os custos de manutenção, leva a um desempenho econômico ruim a longo prazo.

• A falta de consideração adequada da elevação do ponto de ebulição e da queda de pressão do sistema resulta em compressores subdimensionados, causando aumento insuficiente de temperatura e baixa eficiência de evaporação.

• Negligenciar a otimização sinérgica entre o compressor e outros equipamentos do sistema afeta a estabilidade operacional geral e os efeitos de economia de energia.

VI. Resumo e Perspectivas

A seleção e o dimensionamento adequados do compressor são os "segredos fundamentais" para a economia de energia em sistemas de recuperação de calor por bombeamento (MVR). Uma seleção criteriosa não só melhora significativamente o aproveitamento da energia e reduz os custos operacionais, como também garante a estabilidade do sistema e prolonga a vida útil do equipamento. No futuro, com o avanço contínuo da tecnologia de compressão de alta eficiência, do controle inteligente e de novos materiais, as vantagens de economia de energia dos sistemas MVR se tornarão ainda mais evidentes, fornecendo um sólido suporte para o desenvolvimento sustentável e de baixo carbono em diversos setores.