Aplicação de VSD – Economia energética e confusão dialéctica
Na indústria, por vezes aparecem palavras que a muitos confunde. Temos, hoje, em cima da mesa, uma que se tem mostrado importante nos últimos anos e que tem feito maravilhas para muitos: será VSD, VFD, VVVF, um inversor de frequência ou até mesmo, apenas um inversor?
Neste pequeno texto a Área de Energia da TecnoVeritas vai tentar desmistificar o que é esta tecnologia, qual a sua importância e como é que esta funciona.
É muito frequente ver que na indústria, tanto pela sua fiabilidade como pela sua longevidade, as bombas e ventiladores, geralmente necessários para os mais variados processos, são vistos como elementos estáticos do processo, aos quais não se dá muito enleve e atenção. As bombas, sendo parte integrante de inúmeros processos, particularmente em que seja necessário mover fluidos a longas distâncias ou para alturas mais elevadas, são responsáveis pelo consumo de cerca de 20% da energia consumida em unidades da indústria terrestres, podendo chegar a cerca de 50% do consumo total da energia em navios. [1] É, assim, notável o impacto que uma melhoria na eficiência das bombas pode ter na eficiência total das unidades de exploração e no sector naval, traduzindo-se directamente em ganhos monetários e numa diminuição associada de emissões de gases de efeito de estufa e outros poluentes. Também tem um impacto particularmente positivo pela diminuição indirecta de vários poluentes, como os óxidos de azoto, óxidos de enxofre, CO2 e partículas.
O trabalho que as bombas têm de exercer depende directamente das variações na magnitude de “output” do processo ou, noutras palavras, variações de carga. No entanto, estes ajustes normalmente apenas são feitos através do ajuste com válvulas ou outros meios de obstrução do fluxo, que acabam por se traduzir numa perda da eficiência do processo, tanto a nível energético como monetário, uma vez que as bombas continuam a trabalhar à mesma carga e se introduzem perdas com a indução de fluxo turbulento e diminuição de energia cinética dos fluidos. É, de forma a resolver esta problemática, que entram os VSD (“Variable Speed Drive”) ou em português, os mais comuns VEV (Variadores Electrónicos de Velocidade).
No caso das bombas, o seu comportamento segue um comportamento conhecido, de seu nome, Leis da Afinidade. Estas leis, Equações 1, 2 e 3, mostram que se, por exemplo, a velocidade do rotor (N) passar para metade, o caudal (Q) também passa a ser metade, a altura manométrica (H) passa para ¼ da anterior e a potência (P) e o consumo energético para apenas 12,5%! Esta variação da potência e do consumo energético com a variação da velocidade e do caudal pode ser melhor observada na Figura 2, sendo fácil de observar o potencial de poupança associado com a utilização de variadores de velocidade, particularmente em processos nos quais a carga exigida varie mais significativamente.
Figura 1 – Eficiência e altura manométrica bombas
Figura 2 – Poupança Variadores de Velocidade
Existem várias famílias de variadores de velocidade, desde variadores electrónicos, mecânicos, electromecânicos ou até mesmo hidráulicos. Dentro destas, existem inúmeros subtipos de variadores de velocidade, sendo que neste texto vamos apenas focar-nos nos mais comuns, VEV, para aplicações com motores AC como as bombas e ventiladores, focando-nos, mais em particular, nos variadores de frequência, ou em inglês, os VFD (Variable Frequency Drives).
Os VFD, que também podem ser chamados de VVVF (Variable Voltage Variable Frequency) controlam a velocidade de rotação do rotor do motor das bombas através da variação da frequência da alimentação (embora também façam o ajuste da tensão). Esta tecnologia pode ser dividida em 3 partes principais: o conversor, o barramento CC (corrente contínua) e o inversor. Na primeira parte, o conversor transforma o sinal de CA (corrente alternada) para CC, passando pelo barramento CC até chegar ao inversor, onde se utiliza PWM (pulse width modulation). É nesta última parte, através do controlo do espaçamento temporal entre os pulsos, ou da magnitude dos mesmos, que se consegue “enganar” o motor, de forma a fazer com que seja possível este admitir o que recebe como uma onda de corrente alternada e fazer o controlo da frequência da mesma (ver Figura 3).
Figura 3 – PWM – Variação de Frequência
Para além de se traduzir em poupanças monetárias directas pela economia de energia que se verifica aquando da utilização destes sistemas, a aplicação dos variadores de velocidade leva também a poupanças a longo prazo devido à diminuição do stress mecânico e, consequentemente, das necessidades de manutenção no sistema. Sendo a aplicação desta tecnologia bastante prática, um pequeno gesto como a sua implementação traz grandes benefícios a nível económico, energético e ambiental.
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