Motores comutados eletronicamente (ECMs) podem alcançar economias de energia significativas em aplicações onde é necessária potência fracionada. Embora os motores NEMA Premium Efficiency com acionamentos de frequência variável forneçam a solução mais eficiente para acionar equipamentos acima de 1 HP, os motores de indução são superados pelos ECMs à medida que a potência nominal é reduzida.
O que é um motor comutado eletronicamente?
Embora os ECMs sejam projetados para funcionar com fonte de alimentação CA, é importante observar que eles são, na verdade, motores de corrente contínua com ímãs permanentes em seu rotor. Ao contrário dos motores CC convencionais, que criam um campo magnético rotativo com uma combinação de contatos de escova e anéis coletores, os ECMs alcançam o mesmo efeito com um retificador de tensão e um circuito de controle eletrônico. Como resultado, o atrito e as faíscas associadas aos contatos das escovas são eliminados, e esta é uma das razões pelas quais os ECMs são tão eficientes. Também apresentam vida útil mais longa que os motores com escovas, pois o desgaste associado às faíscas e ao atrito é eliminado. Em comparação com outros tipos comuns de motores de potência fracionada, os ECMs são a melhor escolha em termos de eficiência:
- Os motores de pólo sombreado são muito comuns e mais acessíveis, mas a sua eficiência é muito baixa, chegando abaixo de 20% em alguns casos.
- Os motores com capacitor dividido permanente (PSC) têm uma eficiência média de 40%, o que significa que superam os motores de pólo sombreado. Em termos de eficiência, são uma opção intermediária entre motores de pólo sombreado e ECMs.
- A eficiência do ECM é normalmente superior a 60%, o que significa que eles consomem, em média, um terço da energia usada pelos motores de pólos sombreados.
Os ECMs também podem ser fabricados com circuitos de controle de velocidade integrados, permitindo que operem em velocidade reduzida sem depender de um VFD externo. Também é importante notar que os ECMs não sofrem uma redução drástica na sua eficiência quando operam abaixo das RPM nominais. ECMs de velocidade fixa também estão disponíveis para aplicações onde o controle de velocidade não é necessário.
Motores comutados eletronicamente em aplicações HVAC
Os ECMs são normalmente a opção mais eficiente em aplicações de potência fracionada, mas tendem a proporcionar maiores economias quando usados em sistemas de ar condicionado e refrigeração. Sendo mais eficientes que os motores de pólo sombreado e PSC, eles também dissipam menos calor, e o efeito de aquecimento reduzido ajuda os sistemas de CA e de refrigeração a operarem com mais eficiência. Este efeito se aplica a todos os componentes de ar condicionado ou refrigeração encontrados dentro do espaço condicionado, como manipuladores de ar e evaporadores.
Como exemplo, suponha que uma câmara frigorífica possui uma unidade evaporadora com cinco motores de pólos sombreados, consumindo 900W cada. Eles são substituídos por ECMs que consomem apenas 300 W cada.
- São economizados 600 W por motor, totalizando 3.000 W.
- Porém, esses 3.000 W também são subtraídos da carga de refrigeração. Se o sistema operar com um coeficiente de desempenho de 3, serão economizados 1.000 W extras de energia elétrica.
- Por outras palavras, esta atualização poupa 3 kW em potência do motor e 1 kW graças à redução da carga de refrigeração.
Lembre-se de que este é apenas um exemplo simples e que cada projeto requer uma análise detalhada para saber a economia exata. No entanto, o benefício de redução de aquecimento aplica-se a todos os casos em que os motores ECM são utilizados em locais com ar condicionado ou refrigerados.
O design sem escovas dos ECMs os torna mais silenciosos do que seus equivalentes menos eficientes, o que também proporciona uma vantagem em termos de conforto. Em aplicações empresariais, a operação silenciosa dos ECMs ajuda os funcionários a se concentrarem melhor. Os ECMs também são mais leves que outros tipos de motores de potência fracionada, o que os torna mais fáceis de instalar.
Motores comutados eletronicamente em sistemas de ventilação
Como afirmado anteriormente, os motores de pólo sombreado e PSC são ineficientes. Além disso, motores trifásicos com VFDs são impraticáveis para aplicações de potência fracionada, incapazes de oferecer a eficiência que os caracteriza em sistemas maiores. Os sistemas de ventilação representam uma excelente oportunidade para implantar MREs, por dois motivos principais:
- Ventiladores com potência fracionada são comuns, o que significa que geralmente são acionados por motores de pólo sombreado ou PSC.
- Muitos ventiladores possuem operação intermitente, o que representa uma oportunidade de utilizar ECMs funcionando em velocidade reduzida. Por exemplo, ligar um ventilador 80% do tempo economiza 20% da energia, enquanto operá-lo a 80% da velocidade economiza quase 50%.
Os ECMs são uma atualização altamente recomendada para ventiladores de fornos, pois podem conseguir uma distribuição de temperatura muito mais uniforme com seu controle de velocidade, além de oferecerem a economia de energia que os caracteriza.
Período de retorno de atualizações de ECM
Tal como acontece com muitas medidas de eficiência energética, o benefício financeiro de uma atualização do ECM muda dependendo das condições do projeto. O período de retorno do projeto só pode ser calculado com precisão após uma análise detalhada por um consultor profissional de energia, mas em geral podem ser esperados os seguintes resultados:
- A substituição de motores com pólos sombreados normalmente produz um período de retorno mais rápido do que a substituição de motores PSC, uma vez que o ganho de eficiência é maior. Claro que pode haver exceções; substituir um motor PSC que é usado com frequência pode gerar maiores economias do que atualizar um motor de pólo sombreado que é usado apenas moderadamente.
- Os ECMs também podem ser uma opção atraente em aparelhos que requerem controle de velocidade. Outros tipos de motores podem sofrer uma redução drástica de eficiência em velocidade parcial.
- Conforme mencionado anteriormente, as economias de energia são maiores quando os ECMs são implantados em espaços climatizados ou refrigerados.
O retorno financeiro de uma atualização do ECM também pode ser melhorado se existirem programas de incentivo no local do projeto. Por exemplo, a Con Edison oferece descontos em dinheiro na cidade de Nova York para a instalação de ECMs em refrigeradores acessíveis, refrigeradores e freezers walk-in. O incentivo é calculado com base na economia anual de energia, a uma taxa de US$ 0,16/kWh.
Conclusão
Os motores comutados eletronicamente (ECMs) podem alcançar economias de energia significativas em aplicações de potência fracionada, especialmente quando substituem motores de pólos sombreados. No entanto, como acontece com qualquer atualização de eficiência energética, a orientação profissional é altamente recomendada ao definir o escopo e as especificações do projeto. Ao atualizar para ECMs, o retorno do investimento é maior em alguns casos, e em outros o período de retorno pode ser muito longo para justificar a atualização. Idealmente, as atualizações devem se concentrar onde o maior retorno é obtido com cada dólar gasto antecipadamente.
À medida que a potência do motor aumenta, a combinação de um motor NEMA Premium Efficiency com um VFD surge como a melhor escolha – um VFD com entrada monofásica e saída trifásica pode ser usado quando uma alimentação trifásica não estiver disponível.
