Consumo de Energia de Moto-Ventiladores

 

O processo de um moto-ventilador para criar um fluxo de ar consiste em duas conversões de energia e, como toda conversão, cada uma delas apresenta uma perda de energia. Estas perdas de energia normalmente são caracterizadas como um aquecimento do motor, vibração ou até mesmo ruído. Quanto menor forem as perdas entre estas conversões, mais eficiente é o processo, ou seja, menos energia é gasta para se criar um fluxo de ar.

A primeira conversão transforma a energia elétrica em energia mecânica. Ou seja, o motor é alimentado com uma corrente elétrica e essa corrente é utilizada no acionamento do rotor.

A rotação das hélices fixadas no rotor cria uma diferença de pressão entre os dois lados de suas pás, gerando assim um fluxo de ar. Este fluxo representa a segunda conversão de energia do processo de um moto-ventilador, onde a energia mecânica da rotação do rotor é transformada em uma vazão de ar. O design e o correto balanceamento das pás definem a eficiência dessa conversão.

Estas perdas podem ser influenciadas por diversos fatores, tais como vazão e densidade do ar, diâmetro e rotação das hélices, potência consumida pelo motor e diferença de pressão estre os dois lados das pás.

Para se melhor avaliar todas as possíveis variações de desempenho de um moto-ventilador, foram deduzidas as leis de afinidade entre ventiladores. Estas leis comparam duas condições de aplicação de ventiladores e indicam suas possíveis variações de vazão de ar e potência consumida. Para isso, as leis da afinidade consideram que a eficiência do ventilador é a mesma nas duas condições.

 

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Onde:

Q = Vazão

N = Rotação do ventilador

W = Potência do ventilador

Um fato importante que deve ser verificado nestas leis é a influência que a rotação do rotor tem no desempenho do ventilador. Se considerarmos a aplicação de dois ventiladores com a mesma hélice em um mesmo ambiente, poderemos verificar que estas leis terão somente a rotação como variável:

c2

As variações de rotação são diretamente proporcionais à vazão de ar. Ou seja, ao reduzir a rotação em 10%, teremos também uma redução de 10% na vazão.

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As variações de rotação são proporcionais ao cubo da potência. Ou seja, ao reduzir a rotação em 10%, teremos uma redução de 27% na potência.

 

De acordo com as leis da afinidade dos ventiladores, a redução de rotação dos rotores tem uma influência muito grande no seu consumo energético. Por este motivo os motores eletrônicos com modulação de velocidade estão cada vez mais presentes nos equipamentos de refrigeração (evaporadores e condensadores).

Em períodos em que a carga térmica é baixa, não há necessidade de operar os moto-ventiladores em sua rotação máxima, o que consumiria uma energia elétrica desnecessária. Nestes casos, seria mais vantajoso reduzir sua rotação, o que ofereceria um pequeno impacto na vazão de ar, porém, um grande impacto em economia de energia.

Se aplicarmos estas leis em condições reais, poderemos ver uma redução significativa no consumo de energia elétrica. Este consumo pode ser calculado pela relação abaixo:

 

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Onde:

W = Potência do ventilador (kW)

t = Tempo de operação (horas)

 

Por exemplo, considerando um moto-ventilador de 800 mm de diâmetro, com potência de 3,1 kW em 1100 rpm, operando em rotação máxima, 24h por dia, em um local onde a tarifa energética é de R$0,60/kWh, teremos:

 

c5

 

Se considerarmos agora que este mesmo ventilador reduz sua rotação em 20% durante os períodos noturnos (uma redução na vazão também de 20%). Ou seja, no período diurno, de 16 horas, o moto-ventilador opera em 1100 rpm e, durante as 8 horas restantes ele opera em 880 rpm.

De acordo com a Lei da Afinidade dos Ventiladores, a potência consumida nessa rotação pode ser calculada da seguinte maneira:

 

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O consumo mensal nesta condição pode ser calculado somando-se o consumo dos dois períodos:

c7

 

A redução no consumo de energia mensal foi de 16,3%, equivalente a R$ 217,87 por moto-ventilador. É importante ressaltar que o ganho foi obtido apenas com a modulação da rotação dos motores.

Se avaliarmos um condensador com 5 ventiladores EC, a rotação de todos os motores serão moduladas de acordo com a carga de condensação requerida. Considerando a mesma condição do exemplo citado, os cinco motores iriam operar com praticamente metade de sua potência nominal durante estas 8 horas para manter uma vazão 20% menor:

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O mesmo não ocorre nos motores AC. A modulação neste caso iria apenas desligar um dos motores, fazendo com que o condensador operasse com apenas 4 ventiladores (redução de 20% na vazão total do condensador) e consumisse o equivalente a quatro motores operando em sua rotação máxima:

c9

 

Neste artigo foi citada uma relação com moto-ventiladores de condensadores, porém, a mesma relação pode ser aplicada também em evaporadores, aumentando ainda mais a economia energética de uma instalação frigorífica.

Apesar do preço dos motores EC serem mais elevados em relação aos motores AC, sua vantagem no custo operacional de um sistema frigorífico é significativa. Com uma análise simples, é possível verificar que, na maioria dos casos, o retorno financeiro do investimento em motores eletrônicos é obtido em pouco tempo, somente com a redução nos gastos com energia elétrica.

 

Nota: Neste artigo não se considerou a aplicação de um inversor de frequência nos motores AC para modulação de sua rotação.


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