Como fornecedor de unidades de frequência variável trifásica (VFDs), encontrei inúmeras consultas sobre como esses dispositivos sofisticados operam em ambientes corrosivos. Este tópico é de suma importância, pois muitas aplicações industriais, como plantas de processamento químico, instalações de tratamento de águas residuais e plataformas de petróleo offshore, expondo equipamentos a substâncias altamente corrosivas. Compreender os mecanismos operacionais e os desafios dos VFDs trifásicos em condições tão adversas é crucial para garantir um desempenho e longevidade confiáveis.
Princípios básicos da operação de VFD trifásica
Antes de se aprofundar nas especificidades de operação em ambientes corrosivos, é essencial entender os princípios fundamentais de umVFD trifásico. Um VFD trifásico é um dispositivo eletrônico que controla a velocidade de um motor CA trifásico, variando a frequência e a tensão fornecidas ao motor. Consiste em três seções principais: o retificador, o barramento DC e o inversor.
A seção Retificador converte a energia CA trifásica recebida em energia CC. Isso geralmente é alcançado usando um conjunto de diodos ou tiristores dispostos em uma configuração de ponte. A energia CC é então armazenada no barramento DC, que consiste em capacitores que ajudam a suavizar a tensão CC e fornecer uma fonte de energia estável para o inversor.
A seção do inversor é responsável por converter a energia CC de volta em energia CA trifásica com uma frequência e tensão variáveis. Isso é realizado usando dispositivos semicondutores de potência, como transistores bipolares de porta isolada (IGBTs) ou transistores de efeito de campo de óxido de óxido de metal (MOSFETs). Ao controlar a comutação desses dispositivos, o inversor pode gerar uma tensão e frequência de saída que correspondam aos requisitos do motor.
Desafios em ambientes corrosivos
Ambientes corrosivos apresentam vários desafios para a operação de VFDs trifásicas. A principal preocupação é a degradação dos componentes eletrônicos devido à presença de substâncias corrosivas, como ácidos, álcalis, sais e umidade. Essas substâncias podem causar corrosão das placas de circuito impresso (PCBs), conectores e outros componentes de metal, levando a falhas elétricas, circuitos curtos e desempenho reduzido.
Outro desafio é o acúmulo de poeira, sujeira e outros contaminantes na superfície do VFD e dentro de seu gabinete. Em ambientes corrosivos, esses contaminantes podem reagir com as substâncias corrosivas para formar caminhos condutores, o que pode causar interferência elétrica e danos aos componentes eletrônicos. Além disso, a presença de umidade pode promover o crescimento de mofo e bactérias, o que pode degradar ainda mais o desempenho do VFD.
Medidas de proteção
Para garantir a operação confiável de VFDs trifásicas em ambientes corrosivos, várias medidas de proteção podem ser implementadas. Essas medidas podem ser amplamente categorizadas em dois tipos: proteção física e proteção elétrica.
Proteção física
- Design de gabinete: O VFD deve ser alojado em um gabinete adequado que forneça proteção contra a entrada de substâncias corrosivas, poeira e umidade. O gabinete deve ser feito de um material resistente à corrosão, como aço inoxidável ou fibra de vidro e deve ter um alto grau de classificação de proteção de entrada (IP). Por exemplo, um gabinete com classificação IP66 fornece proteção completa contra a entrada de poeira e a proteção contra jatos de água poderosos.
- Revestimento e revestimento: Os PCBs e outros componentes metálicos do VFD podem ser revestidos ou banhados com um material resistente à corrosão, como revestimento conforme ou revestimento de níquel. O revestimento conforme é uma fina camada de material de proteção aplicado ao PCB para impedir a entrada de umidade, poeira e substâncias corrosivas. O revestimento de níquel é um processo de depósito de uma camada de níquel na superfície do componente metálico para fornecer uma barreira contra a corrosão.
- Filtragem e ventilação: O gabinete VFD deve ser equipado com filtros e sistemas de ventilação para impedir o acúmulo de poeira, sujeira e outros contaminantes. Os filtros devem ser projetados para remover matéria de partículas e gases corrosivos do ar que entra no gabinete. O sistema de ventilação deve ser projetado para manter uma pressão positiva dentro do gabinete para impedir a entrada de substâncias corrosivas.
Proteção elétrica
- Proteção de surto: Os ambientes corrosivos são frequentemente propensos a surtos elétricos devido a ataques de raios, distúrbios da rede de energia e outros fatores. O VFD deve ser equipado com dispositivos de proteção contra surtos, como varistores de óxido de metal (MOVs) ou tubos de descarga de gás (GDTs) para proteger os componentes eletrônicos contra danos causados por surtos elétricos.
- Fundamento e vínculo: O aterramento e a ligação adequados são essenciais para garantir a segurança e a confiabilidade do VFD em ambientes corrosivos. O VFD deve ser aterrado em um sistema de aterramento de baixa impedância para evitar o acúmulo de eletricidade estática e fornecer um caminho para falhas elétricas. O gabinete e outros componentes metálicos do VFD devem ser unidos para garantir a continuidade elétrica e impedir a formação de diferenças de potencial elétrico.
- Sistemas de monitoramento e diagnóstico: O VFD deve estar equipado com sistemas de monitoramento e diagnóstico para detectar e diagnosticar quaisquer problemas em potencial antes que eles causem danos significativos. Esses sistemas podem monitorar parâmetros como temperatura, tensão, corrente e frequência e podem fornecer alertas e avisos quando condições anormais são detectadas.
Estudos de caso
Para ilustrar a importância das medidas de proteção em ambientes corrosivos, vamos considerar alguns estudos de caso.
Planta de processamento químico
Uma planta de processamento químico estava experimentando falhas frequentes de seus VFDs trifásicos devido à natureza corrosiva dos produtos químicos utilizados no processo de produção. Os VFDs foram alojados em gabinetes padrão que forneceram proteção limitada contra a entrada de substâncias corrosivas. Como resultado, os PCBs e outros componentes metálicos dos VFDs foram corroídos, levando a falhas elétricas e desempenho reduzido.
Para resolver esse problema, a planta substituiu os gabinetes padrão por gabinetes de aço inoxidável com classificação IP66 e revestiu os PCBs com um revestimento conforme. Além disso, a planta instalou um sistema de filtragem e ventilação para impedir o acúmulo de poeira e contaminantes dentro dos gabinetes. Essas medidas melhoraram significativamente a confiabilidade dos VFDs e reduziram a frequência das falhas.
Instalação de tratamento de águas residuais
Uma instalação de tratamento de águas residuais estava usando VFDs trifásicas para controlar a velocidade das bombas e sopradores no processo de tratamento. Os VFDs estavam localizados em um ambiente úmido e úmido, que era propício ao crescimento de mofo e bactérias. A presença de umidade e molde causou corrosão dos PCBs e outros componentes metálicos dos VFDs, levando a falhas elétricas e desempenho reduzido.
Para resolver esse problema, a instalação instalou um sistema de desumidificação para reduzir a umidade dentro dos gabinetes VFD. Além disso, a instalação revestiu os PCBs com um revestimento conforme fúngicida para impedir o crescimento de mofo e bactérias. Essas medidas eliminaram efetivamente os problemas de corrosão e melhoraram a confiabilidade dos VFDs.
Conclusão
Em conclusão, a operação de um VFD trifásico em um ambiente corrosivo requer uma consideração cuidadosa dos desafios e a implementação de medidas de proteção apropriadas. Ao entender os princípios básicos da operação de VFD, identificando os possíveis desafios em ambientes corrosivos e implementando medidas de proteção física e elétrica, é possível garantir o desempenho e a longevidade confiáveis do VFD.
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Referências
- Dorf, RC, & Bishop, RH (2016). Sistemas de controle modernos. Pearson.
- Mohan, N., Infeta, TM, & Robbins, WP (2012). Eletrônica de potência: conversores, aplicações e design. Wiley.
- Sen, PC (2010). Princípios de máquinas elétricas e eletrônicos de energia. Wiley.