A Copeland mira o mercado em transformação de GNR com uma plataforma de compressores padronizada.

O compressor de parafuso único Vilter VSGX da Copeland foi projetado para aplicações de digestores de biogás de médio a grande porte. (Imagem: Copeland)

O crescente mercado de gás natural renovável está criando uma gama mais ampla de requisitos de compressão, à medida que os desenvolvedores buscam projetos de resíduos alimentares, codigestão e modelos de processamento centralizado, juntamente com aplicações tradicionais em aterros sanitários e biodigestores de laticínios.

A Copeland está a visar essas necessidades em constante mudança com o seu novo compressor Vilter VSGX, uma plataforma padronizada de parafuso único concebida para projetos de digestores de média a grande escala.

A empresa afirmou que o compressor foi desenvolvido em resposta a dois desafios persistentes no desenvolvimento de gás natural renovável: os custos iniciais de capital e os prazos de entrega dos equipamentos.

Caroline Limbaugh, gerente de produto da marca Vilter da Copeland, disse que a empresa se concentrou na embalagem e na padronização, em vez de redesenhar o compressor de parafuso único principal.

“As mudanças de design se resumem, na verdade, a alterações na embalagem da unidade e à padronização do produto”, disse Limbaugh. “O compressor de parafuso único, que define o padrão da indústria em termos de confiabilidade, permanece o mesmo.”

Copeland afirmou que as mudanças podem reduzir os custos iniciais de capital em percentuais de dois dígitos em comparação com as configurações anteriores, mantendo a tecnologia principal de compressores já utilizada nas instalações de gás renovável da empresa.

A padronização visa reduzir custos e prazos de entrega.

O VSGX incorpora diversas alterações de fabricação e embalagem destinadas a simplificar o conjunto do compressor.

Essas melhorias incluem a otimização do circuito de óleo, novos filtros de óleo e um controlador lógico programável simplificado, além de uma interface homem-máquina aprimorada. A Copeland também desenvolveu um projeto para climas frios que elimina o aquecedor do resfriador de óleo, permitindo que a unidade entre em funcionamento em temperaturas tão baixas quanto -20 °F (-29 °C).

A mudança mais significativa, no entanto, é a transição para um modelo de configuração sob encomenda.

Os pacotes VSGX utilizam conjuntos de desenhos padronizados e configurações de equipamentos predefinidas. Isso permite que as unidades individuais ignorem grande parte do processo de engenharia personalizada normalmente associado a pacotes de compressores industriais.

Essa abordagem também proporciona à Copeland maiores economias de escala em componentes padronizados.

“Os desenhos padrão permitirão que o projeto de engenharia do cliente prossiga sem ter que esperar que os desenhos personalizados sejam concluídos”, disse Limbaugh.

Atualmente, a Copeland oferece um prazo de entrega de 30 semanas para o VSGX e pretende reduzir ainda mais esse prazo.

O fornecimento de equipamentos tornou-se uma questão cada vez mais importante para os desenvolvedores de GNR (Gás Natural Renovável), visto que os projetos competem por compressores, equipamentos de purificação de gás e outros componentes especializados.

Ao elaborar desenhos padrão com antecedência, os engenheiros de projeto podem avançar com partes do projeto da instalação enquanto o conjunto do compressor está sendo fabricado.

Projetado para se adaptar às condições variáveis do biogás.

A qualidade do gás representa outro desafio para os operadores de digestores.

Ao contrário do gás natural convencional transportado por gasoduto, o biogás bruto pode sofrer alterações no fluxo e na composição, dependendo da matéria-prima, das condições do digestor e de outras variáveis operacionais. A umidade e os contaminantes também podem dificultar o trabalho dos equipamentos de compressão.

Copeland afirmou que mais de 700 unidades de compressores Vilter estão atualmente em operação em aplicações de GNR (Gás Natural Renovável), fornecendo à empresa uma base instalada para avaliar o desempenho dos compressores sob diferentes condições de gás.

O projeto de parafuso único da Vilter utiliza tecnologia de válvula deslizante para ajustar a capacidade do compressor conforme a vazão varia. De acordo com Limbaugh, o compressor pode operar com vazão reduzida até 20% da vazão máxima sem a necessidade de um inversor de frequência.

Essa capacidade pode ser particularmente importante em projetos de digestores onde a produção de gás é variável.

O projeto interno do compressor também difere da tecnologia convencional de parafuso duplo. O rotor de parafuso único da Vilter não possui contato metal-metal entre os componentes primários de compressão — o rotor e o rotor de comporta.

Limbaugh afirmou que a configuração proporciona maior resiliência quando contaminantes entram no fluxo de gás.

O compressor utiliza contato Ryton-metal na interface do rotor e foi projetado com forças balanceadas. Copeland afirmou que essa configuração reduz as cargas nos mancais e contribui para uma maior vida útil dos mesmos e menor frequência de revisões.

Opções de tecnologia de compressão

Os desenvolvedores de GNR (Gás Natural Renovável) geralmente avaliam tecnologias de compressores de parafuso simples, parafuso duplo e alternativos, dependendo da vazão, da pressão e dos requisitos do projeto.

Limbaugh afirmou que os compressores alternativos possuem um número relativamente grande de componentes móveis e sujeitos a desgaste, o que pode aumentar a necessidade de substituição de peças e o risco de paradas não planejadas. O consumo de óleo e a pulsação do gás também podem exigir considerações adicionais em aplicações de GNR (Gás Natural Renovável).

Os compressores de parafuso duplo são mais semelhantes à tecnologia de parafuso único em termos de aplicação, mas os projetos apresentam diferenças mecânicas importantes.

Segundo Limbaugh, os compressores de parafuso duplo sofrem forças axiais e radiais e utilizam rotores macho e fêmea com contato metal-metal. Essas características podem afetar a vida útil dos rolamentos e a frequência de revisões.

Os sistemas de parafuso duplo também podem exigir um inversor de frequência (VFD) para atingir o nível de redução necessário para fluxos variáveis de biogás.

Em comparação, o design de parafuso único da Copeland utiliza forças balanceadas e pode reduzir a capacidade para 20% do fluxo máximo através de sua válvula deslizante.

O projeto também permite o acesso a componentes-chave do compressor para inspeção e destina-se a operar com consumo de óleo relativamente baixo.

Visando uma ampla gama de digestores

O compressor VSGX tem uma faixa de vazão de 800 a 2.100 scfm.

Isso corresponde a fluxos de biogás bruto de aproximadamente 550 a 1.600 scfm, permitindo que o compressor atenda a aplicações em laticínios, águas residuais municipais e digestores de resíduos alimentares, disse Limbaugh.

Os tamanhos de compressores selecionados também permitem que os pacotes VSGX operem a 480 V.

Para muitos operadores de digestores, manter a tensão baixa é desejável, pois pode simplificar a infraestrutura elétrica em comparação com equipamentos que exigem sistemas de média tensão.

Copeland prevê que o mercado para esses tamanhos de compressores se expandirá à medida que o desenvolvimento de projetos de GNR (Gás Natural Renovável) evolui.

“Estamos vendo uma tendência para aterros sanitários menores, bem como o surgimento de mais projetos de codigestão ou de aproveitamento de resíduos alimentares, que tendem a ser digestores de médio a grande porte”, disse Limbaugh.

Os desenvolvedores também estão avaliando novas estruturas de projeto destinadas a melhorar a viabilidade econômica de fontes de gás de menor porte.

Um exemplo é o modelo de digestor em rede (hub-and-spoke). Nessa abordagem, o gás ou a matéria-prima provenientes de vários locais podem ser consolidados em uma instalação de processamento centralizada.

A instalação central processa volumes de gás maiores do que um digestor individual e pode criar requisitos de compressão mais adequados a equipamentos industriais de maior porte.

“Também vemos mais maneiras de viabilizar projetos, como os modelos de digestores em rede, onde vários digestores são combinados em uma instalação de processamento centralizada, que tem uma taxa de fluxo mais alta”, disse Limbaugh.

Essas tendências ajudaram a definir a faixa de fluxo selecionada para o VSGX.

A base instalada suporta a expansão do serviço.

A Copeland instalou equipamentos da Vilter em mais de 110 projetos de conversão de aterros sanitários em GNR (Gás Natural Renovável) e em mais de 45 projetos de conversão de digestores em GNR.

A empresa afirmou que sua experiência em refrigeração industrial e compressão de gases de processo também está sendo aplicada ao mercado de gases renováveis.

A capacidade de prestar serviços pode ser particularmente importante para instalações de GNR (Gás Natural Renovável), que geralmente estão localizadas em áreas rurais ou remotas e podem não dispor de amplos recursos de manutenção no local.

“Temos orgulho do nosso atendimento ao cliente e do nosso conhecimento especializado, por isso crescemos e continuaremos a expandir nossas capacidades de serviço e suporte”, disse Limbaugh.

A base instalada da empresa também proporcionou experiência com questões operacionais específicas para aplicações de gás renovável.

Segundo dados da RNG Coalition citados por Copeland, mais de 43.000 locais para tratamento de resíduos orgânicos poderão ser desenvolvidos na América do Norte até 2050. A empresa afirmou que a tecnologia de compressão da Vilter atualmente dá suporte a operações de aterros sanitários e digestores que processam resíduos orgânicos suficientes para evitar a emissão de mais de 20 milhões de toneladas métricas de dióxido de carbono anualmente.

À medida que o mercado de GNR (Gás Natural Renovável) se expande para além dos projetos iniciais, os requisitos dos compressores estão sendo cada vez mais moldados pela viabilidade econômica dos projetos, pelas vazões variáveis de gás e pela necessidade de padronização dos equipamentos.

Para a Copeland, o VSGX representa um esforço para aplicar um projeto de compressor de parafuso único já estabelecido a um pacote mais padronizado — reduzindo os requisitos de engenharia e os prazos de entrega, ao mesmo tempo que atende à gama mais ampla de volumes de gás que está surgindo no mercado de digestores.