Como fornecedor de unidades de frequência variável (VFDs) de 5,5 kW, testemunhei em primeira mão o impacto transformador que esses dispositivos têm no consumo de energia em vários setores. Neste blog, vou me aprofundar no princípio de economia de energia de um VFD de 5,5 kW, explorando como ele funciona e por que é uma virada de jogo para empresas que buscam reduzir os custos de energia.
Compreendendo os princípios básicos de um VFD
Antes de mergulharmos no princípio da economia de energia, vamos entender brevemente o que é um VFD. Um inversor de frequência variável é um dispositivo eletrônico que controla a velocidade de um motor CA variando a frequência e a tensão fornecidas a ele. No caso de um VFD de 5,5 kW, ele foi projetado para operar motores com potência de até 5,5 quilowatts.
Os motores CA tradicionais operam a uma velocidade fixa determinada pela frequência da fonte de alimentação. Na maioria das redes elétricas, a frequência é de 50 Hz ou 60 Hz, o que resulta em uma velocidade constante do motor. No entanto, muitas aplicações industriais não exigem que o motor funcione sempre à velocidade máxima. Por exemplo, num sistema de ventilador ou bomba, a necessidade de fluxo de ar ou água pode variar dependendo dos requisitos do processo.
O princípio de economia de energia de um VFD de 5,5 kW
Leis de Afinidade
O potencial de economia de energia de um VFD de 5,5 kW é amplamente baseado nas Leis de Afinidade. Essas leis descrevem a relação entre velocidade, vazão, pressão e consumo de energia de uma bomba centrífuga ou ventilador.
- Relação Fluxo e Velocidade: A vazão (Q) de uma bomba ou ventilador é diretamente proporcional à velocidade (N) do motor. Matematicamente, pode ser expresso como (Q_1/Q_2 = N_1/N_2). Isso significa que se você reduzir a velocidade do motor pela metade, a vazão também será reduzida pela metade.
- Relação Pressão e Velocidade: A pressão (P) ou altura manométrica desenvolvida por uma bomba ou ventilador é proporcional ao quadrado da velocidade. Então, (P_1/P_2=(N_1/N_2)^2).
- Relação de potência e velocidade: A potência (P) consumida por uma bomba ou ventilador é proporcional ao cubo da velocidade. Ou seja, (P_1/P_2=(N_1/N_2)^3).
Vamos dar um exemplo para ilustrar isso. Suponha que um ventilador esteja funcionando a toda velocidade e consumindo 5,5 kW de energia. Se reduzirmos a velocidade do ventilador para 80% de sua velocidade original usando um VFD de 5,5KW, o novo consumo de energia pode ser calculado da seguinte forma:
Seja (N_1) a velocidade original e (N_2 = 0,8N_1). De acordo com a relação potência-velocidade, (P_2/P_1=(N_2/N_1)^3=(0,8)^3 = 0,512). Portanto, o novo consumo de energia (P_2=0,512\vezes5,5KW\aprox2,82KW). Isto representa uma poupança energética significativa de aproximadamente 48%.
Combinando a velocidade do motor com os requisitos de carga
Em muitos processos industriais, a carga do motor varia com o tempo. Por exemplo, numa fábrica, a procura de ar comprimido pode variar dependendo do número de máquinas em funcionamento. Um VFD de 5,5KW permite que o motor ajuste sua velocidade de acordo com os requisitos reais de carga.
Quando a carga está baixa, o VFD reduz a frequência e a tensão fornecidas ao motor, o que por sua vez reduz a velocidade do motor. Isto não só economiza energia, mas também reduz o desgaste do motor e de outros componentes mecânicos. Por outro lado, quando a carga aumenta, o VFD pode aumentar rapidamente a velocidade do motor para atender à demanda.
Suave - Partida e Suave - Parada
Outro recurso de economia de energia de um VFD de 5,5 kW é a capacidade de fornecer uma função de partida e parada suave. Os motores tradicionais geralmente experimentam uma alta corrente de partida quando são iniciados, que pode ser de 6 a 8 vezes a corrente operacional normal. Esta alta corrente de partida não só consome uma grande quantidade de energia, mas também sobrecarrega o sistema elétrico e o próprio motor.
Um VFD de 5,5KW aumenta gradualmente a frequência e a tensão durante a partida, permitindo que o motor dê partida suavemente sem uma grande corrente de partida. Da mesma forma, durante o desligamento, o VFD reduz gradualmente a frequência e a tensão, resultando em uma parada suave. Isto não só economiza energia, mas também prolonga a vida útil do motor e de outros equipamentos.
Aplicações de VFDs de 5,5KW e economia de energia
Sistemas de Ventiladores e Bombas
Conforme mencionado anteriormente, os sistemas de ventiladores e bombas são aplicações ideais para VFDs de 5,5 kW. Nos sistemas HVAC (Aquecimento, Ventilação e Ar Condicionado), a necessidade de fluxo de ar pode variar dependendo da ocupação de um edifício ou da temperatura externa. Ao usar um VFD de 5,5KW para controlar a velocidade dos ventiladores, é possível obter economias de energia significativas.
Nas estações de tratamento de água, bombas são utilizadas para transferir água de um estágio para outro. A vazão da água pode variar dependendo do processo de tratamento. Um VFD de 5,5 kW pode ajustar a velocidade da bomba para corresponder aos requisitos reais de fluxo de água, resultando em economia de energia.
Sistemas transportadores
Os sistemas transportadores são amplamente utilizados nas indústrias de manufatura e logística. A velocidade do transportador pode precisar ser ajustada dependendo da taxa de produção ou do tipo de produtos transportados. Um VFD de 5,5KW pode controlar a velocidade do motor do transportador, permitindo que ele opere a uma velocidade ideal e economize energia.
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Referências
- Croll, E. (2012). "Inversores de frequência variável: aplicação e manutenção". McGraw - profissional da colina.
- Stoecker, WF (1998). “Refrigeração e Ar Condicionado”. McGraw-Hill.
- Manual ASHRAE. (2017). "Sistemas e Equipamentos HVAC" . Sociedade Americana de Engenheiros de Aquecimento, Refrigeração e Ar Condicionado.