5 maneiras de maximizar a conservação de energia em bombas circuladoras com motores comutados eletronicamente

Aug 15, 2023

O Departamento de Energia dos Estados Unidos (DOE) propôs recentemente novos padrões de conservação de energia para bombas circuladoras, levando os fabricantes a projetá-las para aumentar a eficiência.

As bombas circuladoras são onipresentes e a oportunidade de reduzir seu consumo de energia é enorme. Um relatório do Electric Power Research Institute (EPRI) estimou que o potencial de poupança de energia para as aproximadamente 30 milhões de instalações de bombas circuladoras é superior a 50%.

As bombas circuladoras são encontradas em uma variedade de aplicações em edifícios comerciais, como unidades de tratamento de ar (AHUs), bombas auxiliares de serpentinas de resfriamento, pequenos sistemas radiantes, bombas de calor de fonte subterrânea e circuitos de recirculação de água quente sanitária (AQS). Até à data, as bombas circuladoras têm sido ignoradas nas atualizações de eficiência energética, em parte devido aos ciclos de projeto longos e de capital intensivo inerentes ao projeto das bombas, mas as novas tecnologias estão a fazer com que valha a pena.

Atualmente, mais de 90% das bombas circuladoras nos EUA são bombas de volume constante alimentadas por motores de indução padrão, de acordo com a Administração de Serviços Gerais dos EUA. Para atingir as metas de conservação de energia, o DOE recomenda o uso de tecnologias de motor mais avançadas.

A análise do DOE conclui que os motores comutados eletronicamente (EC) são geralmente muito mais eficientes que os motores de indução e podem melhorar a eficiência geral do sistema de bomba. A maioria dos motores EC usa um estator de núcleo de ferro tradicional com enrolamentos de cobre, mas as novas topologias de motor de núcleo de ar estão usando um estator de placa de circuito impresso (PCB) inovador, que tem o benefício de eliminar perdas no núcleo e aumentar a eficiência. Como os fabricantes de bombas circuladoras consideram novas tecnologias de motores EC em seus projetos, há vários fatores a serem considerados para otimização.

Os motores EC são geralmente 30% mais eficientes que os motores de indução porque sua construção minimiza as perdas entre os componentes do rotor e do estator. Nos motores EC, a laminação e a perda de calor do cobre são reduzidas em 50%, tornando-os mais eficientes. Os motores EC que atendem aos padrões internacionais de eficiência (IE) 5 oferecem alguns dos mais altos níveis de eficiência possíveis, mas é importante observar que os motores EC podem variar em eficiência em diferentes velocidades e cargas. Ao escolher um motor EC, identifique um motor que tenha uma curva de eficiência plana em uma ampla faixa de condições de carga para otimizar a eficiência e as operações gerais do sistema de bomba (Imagem 1). Isso garantirá que o sistema de bomba se beneficiará de eficiência ideal sob diversas condições operacionais.

Motores EC avançados que usam estatores PCB podem aumentar ainda mais a eficiência e eliminar perdas no núcleo. Os estatores PCB de cobre são gravados diretamente no PCB, aumentando a confiabilidade e reduzindo a quantidade de material de cobre. Motores que apresentam um estator composto por um núcleo de aço com enrolamentos de cobre sofrerão correntes parasitas que resultam em perdas no motor. A substituição do núcleo e dos enrolamentos de cobre pelo estator PCB elimina essas perdas, resultando em um motor de maior eficiência na potência e velocidade nominais, bem como em toda a faixa operacional.

A recomendação do DOE indica que melhorias na eficiência do motor e controles de velocidade variável baseados na demanda podem gerar maiores economias de energia do que aquelas decorrentes da melhoria da eficiência hidráulica, economizando mais de 65% do uso de energia, dependendo da aplicação. As bombas que variam a velocidade podem reduzir o consumo de energia, reduzindo a velocidade da bomba para corresponder aos requisitos de carga. Os controles integrados de velocidade variável também podem eliminar a necessidade de válvulas de estrangulamento a jusante para atender à demanda, economizando energia e desgaste da infraestrutura. Além disso, isso pode ser feito sem a necessidade de instalar, conectar e comissionar um espaço de ar condicionado separado para um inversor de frequência convencional (VFD), o que pode ter um custo proibitivo.

Embora todos os motores EC tenham algum nível de tecnologia de velocidade variável integrada, é importante estar ciente de que suas capacidades de controle variam desde opções básicas de controle de velocidade até recursos de controle mais sofisticados encontrados em VFDs típicos, como conectividade MODBUS e capacidades para comunicar o desempenho do motor. e dados de saúde de volta para um controlador ou sistema de controle centralizado. Esses motores EC avançados permitem o monitoramento remoto de vibração, temperatura, velocidade e eficiência, que retroalimenta os controladores de bomba e permite que os motores se ajustem e se protejam sob demanda.