De acordo com a U.S. Energy Information Administration (EIA), mais de 30% do consumo de eletricidade do país é utilizado para alimentar sistemas de HVAC e refrigeração; uma parcela significativa dessa energia é destinada às ventoinhas desses sistemas. ebm-papst, fabricante de ventiladores, motores e acionamentos para essas e outras aplicações comuns, está desenvolvendo unidades de transferência de ar com eficiência energética, ajudando a manter nossos ambientes, alimentos e bebidas refrigerados, ao mesmo tempo em que reduz o desperdício de energia e as contas de consumo. O foco da empresa em GreenTech e sustentabilidade permeia tanto suas linhas de produtos quanto sua filosofia corporativa.

A Engineering.com conversou com engenheiros da ebm-papst, que apresentaram uma visão geral da tecnologia que torna seus ventiladores eficientes, acessíveis, personalizáveis e favoráveis ao ecossistema.

Motores

Há mais de um século, dois inventores tinham ideias diferentes sobre as formas pelas quais a eletricidade poderia alimentar o mundo. Thomas Edison queria vender lâmpadas incandescentes; ele preferia geradores e motores de corrente contínua (DC). Seu rival, Nikola Tesla, inventou o motor de indução, que funciona com corrente alternada (AC). Cada motor tem seus prós e contras.

Os motores DC são altamente eficientes em qualquer velocidade e sua velocidade é fácil de variar, mas, devido ao uso de escovas e comutadores, tendem a ter vida útil curta. Os motores de indução AC não usam escovas, o que os torna mais duráveis e econômicos. Até recentemente, os motores AC operavam em uma única velocidade (função da frequência da rede), mas os modernos acionamentos de frequência variável (VFDs) agora permitem que os motores AC operem em várias velocidades, embora sejam ineficientes na faixa inferior.

O melhor dos dois mundos é o motor DC brushless, que utiliza controle eletrônico no lugar das escovas e do comutador, permitindo que os motores operem com eficiência em várias velocidades enquanto reduzem o desgaste por atrito característico dos motores com escovas. Como substituem escovas e comutadores por eletrônica, costumam ser chamados de motores comutados eletronicamente, ou ECMs. Na prática, os ECMs são motores DC brushless, mas, enquanto os motores DC brushless típicos operam estritamente em corrente contínua, os ECMs possuem um circuito de conversão de AC para DC embutido, permitindo que funcionem diretamente com a tensão de linha AC.

Dois engenheiros da ebm-papst apresentam uma comparação entre motores AC e motores EC:

 

Como os motores ebm-papst aceitam entradas AC, os engenheiros podem facilmente adaptá-los a projetos que antes usavam ventiladores AC. Na verdade, seu formato é idêntico, o que os torna adequados como substitutos diretos. Eles também fabricam ventiladores com entradas DC para novas linhas de produtos,alimentados por fontes de 24 VDC compatíveis com os sistemas de iluminação LED usados em muitos balcões refrigerados. Sejam AC ou DC, esses ventiladores são ecológicos tanto na fabricação quanto na operação.

Tecnologia GreenTech de Ventiladores         

A ebm-papst se dedica a tornar todos os novos produtos melhores que seus antecessores em termos de economia e ecologia. Por isso, fabrica ventiladores que integram motor, circuitos de controle e pás em uma única unidade, reduzindo a quantidade de material e energia usados na produção. Segundo a ebm-papst, "a combinação de elementos metálicos e plásticos nos rotores axiais e centrífugos os torna particularmente leves e oferece potencial para um design aerodinâmico ideal, resultando em um nível de eficiência energética nunca antes alcançado – aliado a uma acústica aprimorada." 

Com base no retorno do sensor de temperatura externo de cada ventilador, o controlador pode aumentar ou diminuir a velocidade de ventiladores individuais para garantir resfriamento uniforme em várias zonas. O resultado líquido de ventiladores multivelocidade controlados individualmente é uma redução significativa no consumo de energia.

Os ventiladores da empresa superam a diretiva europeia ErP para produtos relacionados à energia, graças a uma combinação de práticas de fabricação sustentáveis e maior eficiência.

Eletrônica Integrada GreenTech     

Um ventilador GreenTech pode incluir correção de fator de potência integrada, filtragem de EMI, proteção contra sobrecarga térmica,  limitação de corrente, detecção de falhas de tensão de linha e fase,  um comutador eletrônico, circuito de partida suave do motor e uma conexão RS-485 Modbus que fornece uma interface de programação e integração em sistemas multi-ventilador.

O ventilador também conta com um controlador PI programável que permite aos engenheiros ajustar os coeficientes proporcional e integral, embora os engenheiros da ebm-papst afirmem que a maioria de seus clientes considera que os valores padrão pré-programados funcionam bem.

Sensores adicionais medem a velocidade do ventilador, tensão, corrente e comunicação de barramento, permitindo que o controlador mestre monitore o status do ventilador, detecte falhas e alerte um técnico, se necessário. Os sistemas HVAC podem alterar a velocidade do ventilador com base na hora do dia, ocupação do ambiente, condições ambientais e praticamente qualquer outra variável rastreável.

Monitoramento Remoto com Ventiladores ECM baseados em IoT

Monitorar equipamentos no nível da máquina já é coisa do passado. Graças à Internet das  Coisas (IoT), os dispositivos podem ser observados e controlados de qualquer lugar. Como parte da  iniciativa GreenIntelligence , a ebm-papst incorpora tecnologia IoT e uma interface Modbus em seus ventiladores, permitindo que sejam integrados a um sistema de automação predial  (BAS) como parte de programas abrangentes de gerenciamento de energia e manutenção de máquinas.

O monitoramento e controle remoto podem ser feitos de duas maneiras:

1) usando o software de controle EC da ebm-papst em um computador host com um conversor de interface; e,

2) por meio de controladores de^terceiros compatíveis. (Uma lista de controladores aprovados está disponível aqui.)

Qualquer uma das interfaces permite que um gestor de instalações observe parâmetros como horas de operação; velocidade do ventilador; corrente; tensão; consumo de energia; operações de emergência; temperatura do motor, da eletrônica e do circuito de potência; modo de operação (controle de temperatura ou de pressão/fluxo de ar); ponto de ajuste; retroalimentação de temperatura; e sinais de alarme. Diferentes adaptadores RS485, como Bluetooth, USB ou Ethernet, podem ser usados para conectar os ventiladores a smartphones, laptops ou redes de computadores.

 

Por meio de diversos sensores conectados, um ventilador IoT pode detectar uma falha e enviar um código de erro a um técnico, minimizando o tempo de inatividade. É claro que evitar uma falha é melhor do que detectá-la , de modo que o BAS também pode rastrear o número de horas em que o ventilador esteve em operação, o que auxilia na manutenção preventiva. Melhor ainda, os sensores podem detectar condições que podem causar uma falha em um futuro próximo, facilitando a manutenção preditiva.

Projetando com Ventiladores ECM/IoT

Pedi a um engenheiro da ebm-papst que me explicasse o processo de projeto do sistema de ventilação para uma unidade de refrigeração comercial. Para um ventilador de evaporador ou condensador nessa aplicação, um engenheiro primeiro estabeleceria estes parâmetros de projeto:

• Ponto(s) de operação do sistema - fluxo de ar e pressão estática
• Restrições físicas
• Ambiente – temperaturas ambientes mínima e máxima, poeira/umidade/respingos de água, etc.
• Tensão de alimentação, monofásica ou trifásica, limite de potência
• Controle de velocidade/direção (velocidade única, 2 velocidades, velocidade variável, operação reversa)
• Requisitos de monitoramento (velocidade, códigos de erro, consumo de energia, horas de operação, temperaturas do motor/eletrônica)
• É necessário um controlador mestre? Se sim, de que tipo?

Essas informações permitem que os engenheiros determinem:

• Tipo de ventilador – axial, diagonal ou centrífugo
• Tamanho do ventilador
• Tamanho do motor
• Opções de potência do motor
• Motor AC ou EC
• Opções EC necessárias (as opções disponíveis dependem do tamanho do motor)
• O controlador mestre é compatível com os ventiladores ebm-papst?

 

Os engenheiros de campo da ebm-papst trabalham com os engenheiros de aplicação do cliente para projetar uma configuração ideal de ventiladores que equilibre desempenho, custo e eficiência.

À medida que os setores de energia renovável e sustentabilidade continuam a crescer, estamos descobrindo que ser ecológico e economizar dinheiro não são mais conceitos mutuamente exclusivos. Dispositivos de economia de energia, como lâmpadas LED, eletrônicos de baixo consumo e ventiladores eficientes, demonstram que produtos ecologicamente corretos também fazem sentido economicamente, e essa é uma lição que realmente vale a pena!

Saiba mais sobre os ventiladores GreenTech EC da ebm-papst.