Como reduzir o consumo de energia em frigoríficos com inversor de frequência ABB?

Frigoríficos consomem grandes quantidades de energia, principalmente por causa dos sistemas de refrigeração com compressores de amônia. Portanto, controlar a capacidade desses compressores de forma eficiente gera economias significativas de energia. No entanto, instalar inversores de frequência em equipamentos de grande potência pode gerar distorções harmônicas, afetando a qualidade da energia e reduzindo a vida útil dos componentes elétricos da fábrica.

Neste artigo, explicamos como os inversores de frequência ABB ajudam engenheiros de manutenção elétrica a superar esses desafios, reduzindo custos e garantindo segurança operacional.

Mayekawa N–250–VLD – 590kW (no detalhe Detalhe do Drive ABB ACS-880-A7XT-1160A fornecido e comissionado pela Tesla Soluções

Os compressores de amônia podem ter sua capacidade ajustada de duas formas:

• Controlando a válvula slide, que ajusta a abertura da sucção do compressor.
• Variando a velocidade do motor via inversor de frequência, ajustando a rotação do motor para controlar a carga.

Estudos realizados em um compressor Mycom N-250-VLD de 800 CV, operando com um inversor de frequência ABB ACS-880, demonstraram que controlar a carga pelo inversor oferece muito mais eficiência do que pela válvula slide.

Principais resultados:

• O controle por inversor de frequência reduziu o consumo de energia em média 13% em baixas cargas, superando a eficiência da válvula slide.
• O compressor consumiu 10,28% menos energia ao operar com o inversor de frequência.
• O inversor de frequência apresentou perdas elétricas inferiores a 2%, garantindo maior eficiência energética e reduzindo desperdícios.

O gráfico abaixo comprova, na prática, as vantagens do uso de inversor de frequência na variação de capacidade do compressor de amônia tipo parafuso.

Monitoramos um compressor Mycom modelo N-250-VLD de 800CV de potência, acionado por um inversor de frequência ABB ACS-880.

Escolhemos o inversor de frequência ABB por dois fatores principais:

• Filtro de harmônicas adaptativo Swinging Choke ABB: Esse indutor patenteado ajusta sua impedância conforme a corrente do link DC do drive, reduzindo distorções harmônicas e minimizando perdas elétricas.

• Alta eficiência energética: Os inversor de frequência ABB apresentam menos de 2% de perdas elétricas totais. Na fábrica, medimos a eficiência desses equipamentos considerando o filtro de harmônicas integrado ao link DC. Como toda a corrente elétrica destinada ao motor passa pelo inversor de frequência, utilizar um drive que reduz distorções harmônicas e perdas elétricas ao máximo se torna essencial para projetos de eficiência energética.

Monitoramento inteligente para manutenção preditiva

Na imagem acima, um módulo de análise preditiva de Manutenção 4.0, o ABB Smartsensor, monitora o motor elétrico em tempo real. Esse dispositivo acompanha diversas condições do equipamento, como rolamentos, vibrações, desalinhamento, carga no eixo, potência (kW), temperatura e outros indicadores que refletem o estado do motor, o ambiente e a demanda da carga.

Utilizamos esse módulo para monitorar o desempenho do motor elétrico entre 4 de abril e 1º de maio de 2022, totalizando 661,77 horas (27,6 dias) de operação.

Eficiência Energética na Operação de Compressores

A área verde do gráfico destaca a faixa em que o compressor opera com menor capacidade. Identificamos que essa condição ocorre com frequência, representando 36,7% do tempo de operação. Nessas condições, o ganho energético médio alcançou 13% em comparação ao controle por válvula slide, comprovando a eficiência do inversor de frequência.

O gráfico acima compara o consumo de energia do compressor (linha azul) com o ganho obtido pelo uso do inversor de frequência em relação à válvula slide (linha vermelha). Ao longo de todo o período de registro, o ganho total alcançou 10,28%, sendo que 8,41% correspondem ao ganho líquido, já que as perdas elétricas do inversor de frequência ABB foram de apenas 1,87%.

Além disso, é importante destacar que esses ganhos podem variar conforme as condições climáticas e a carga térmica do sistema de refrigeração. Em certas situações, os ganhos podem ser ainda maiores. No gráfico abaixo, podemos observar como o uso do inversor de frequência (linha vermelha) impactou a potência do compressor (linha azul), demonstrando a redução percentual no consumo de energia elétrica caso tivéssemos mantido os mesmos níveis de potência apenas com a variação da abertura da válvula slide.

Como evitar problemas com distorções harmônicas ao usar inversores de frequência?

A instalação de inversores de frequência de grande capacidade em frigoríficos pode gerar distorções harmônicas, afetando diretamente o sistema elétrico da fábrica. Por isso, é essencial considerar os principais desafios e implementar medidas para mitigar seus impactos.

Principais preocupações:

• Aumento da THDv (Distorção Harmônica de Tensão) – Esse fator pode comprometer a qualidade da energia e prejudicar a estabilidade do sistema.
• Ressonância com bancos de capacitores – A interação entre o inversor e os capacitores reduz a vida útil desses componentes e pode causar falhas elétricas.
• Interferência em outros equipamentos elétricos – O ruído gerado pelo inversor pode afetar sistemas sensíveis, comprometendo seu desempenho.

Para avaliar esses riscos com precisão, utilizamos um analisador trifásico Fluke 435 para monitorar o impacto do inversor ABB ACS-880 no sistema elétrico da fábrica.

O foco da análise foi o incremento da distorção harmônica em tensão (THDv), além da identificação de possíveis ressonâncias entre o inversor de frequência e o banco de capacitores (750 kVAr), que poderiam comprometer a estabilidade do sistema.

Confira alguns inversores de frequência disponíveis em nosso site.

Resultados das medições:

• THDv permaneceu abaixo de 5%, assegurando conformidade com as normas de qualidade elétrica.
• A geração de harmônicas de ordem superior à 11ª foi mínima, evitando impactos negativos nos bancos de capacitores.
• O filtro de harmônicas adaptativo Swinging Choke, integrado ao inversor ABB, reduziu significativamente os distúrbios elétricos, garantindo maior estabilidade ao sistema.

Nas imagens acima, o inversor de frequência ABB ACS-880 de 600 kW aparece em destaque. Ele é composto por dois módulos de potência de 300 kW operando em paralelo. Como resultado, a ABB fabrica esse inversor com foco em alta capacidade de dissipação de calor e, principalmente, facilidade na manutenção.

Além disso, no detalhe (destacado em vermelho), podemos ver um dos módulos de potência de 300 kW extraível, projetado para agilizar a substituição e simplificar a operação.

A análise dos registros gráficos apresentados abaixo comprova o impacto do inversor de frequência no sistema elétrico da fábrica. Entretanto, os níveis de THDv permaneceram abaixo de 5%, graças ao filtro de harmônicas integrado ao próprio inversor.

Adicionalmente, o baixo incremento de harmônicas de ordens superiores à 11ª foi insignificante, o que demonstra que os capacitores manterão sua vida útil sem comprometimentos. Dessa forma, o sistema elétrico opera dentro dos padrões de qualidade estabelecidos, garantindo estabilidade e segurança.

Conclusão e recomendações

A adoção de inversores de frequência ABB em frigoríficos não apenas proporciona ganhos diretos na eficiência energética, mas também melhora significativamente a qualidade da energia elétrica. Além disso, essa tecnologia contribui para operações mais seguras, econômicas e sustentáveis.

• Em primeiro lugar, há uma redução comprovada no consumo de energia dos compressores de amônia, o que impacta diretamente na diminuição dos custos operacionais.
• Além do mais, o menor impacto elétrico garante que o sistema não só permaneça estável, como também opere de forma confiável e segura.
• Por fim, a tecnologia avançada da ABB, que inclui baixas perdas elétricas e filtros de harmônicas integrados, ajuda a evitar problemas de qualidade de energia, o que, por consequência, melhora a performance geral do sistema.

Dessa forma, se você busca não apenas reduzir custos, mas também garantir maior confiabilidade elétrica no seu frigorífico, entre em contato com a Tesla Soluções. Como especialistas na integração de tecnologias ABB para o setor de alimentos, podemos oferecer soluções personalizadas que atenderão suas necessidades da melhor forma possível.

Por isso, fale com nossos especialistas agora mesmo e descubra a melhor solução para otimizar seu sistema de refrigeração industrial!

Confira o vídeo abaixo para saber mais sobre o Inversor de Frequência ACS580 – ABB

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