Em um cenário onde a continuidade das operações industriais é fundamental, a resiliência de sistemas elétricos se torna um ponto crucial para o sucesso de atividades críticas.
As atividades críticas são aquelas que uma pequena interrupção no fornecimento de energia pode acarretar em sérias consequências, como prejuízos financeiros até danos irreparáveis em equipamentos sensíveis.
Imagine só, estar lidando com uma vida durante um momento que a energia elétrica é primordial e esta vir a falhar? Pois bem, este é um dos casos em que o prejuízo financeiro será o menor dos problemas.
Assim, diversos setores devem garantir que a operação seja estável diante de falhas na rede elétrica, e por isso torna-se viável a instalação de geradores elétricos.
Contudo, as atividades críticas também exigem algo importante, além da operação contínua, que é a operação controlada.
Neste contexto, onde a interrupção da operação pode ser evitada com geradores e o controle dos motores elétricos que fornecem energia para diversas operações ocorre por meio de inversores de frequência, encontra-se um problema de harmônicos que pode ser evitado por filtros ativos.
Um caso real que abrange uma atividade crítica e a necessidade de aplicar todas essas tecnologias foi evidenciada na Nordlaks Smolt AS, empresa localizada na Noruega, que lida com a aquicultura e que é o assunto no texto de hoje.
Para entender a relação entre todos os elementos mencionados, siga o texto abaixo.
Entendendo ao assunto
Equipamentos como geradores e inversores são realmente promissores e trazem benefícios estimados para processos de quaisquer setores, isto é fato.
Contudo, esses dispositivos não estão isentos de desafios técnicos, principalmente quando o assunto é a geração de harmônicos.
Para entrarmos no contexto, vamos entender o assunto!
O que são inversores de frequência
Os inversores de frequência (ou drives de frequência variável) são dispositivos eletrônicos que se tornaram bem comuns nas indústrias, já que oferecem a função tão promissora de controlar a velocidade e torque de motores elétricos.
Isso ocorre por meio da conversão da corrente alternada (CA) fornecida pela rede elétrica em corrente contínua (CC) e, em seguida, pela reconversão em corrente alternada com a frequência e a tensão desejadas
Visto a sua função principal, sistemas industriais e comerciais que necessitam de controle preciso da velocidade e/ou torque, como bombas, ventiladores, compressores, esteiras transportadoras, máquinas ferramenta, entre outros, são otimizados com este dispositivo.
Desta forma, não só o controle de processo é um ganho, como também a eficiência energética e o consequente consumo de energia elétrica..
O que são harmônicos?
Para que você entenda, os tão mencionados harmônicos são distúrbios na corrente ou na tensão elétrica que acontecem quando a forma de onda de uma carga elétrica se desvia da forma de onda ideal, que é senoidal.
Por exemplo, em sistemas de corrente alternada (CA), a forma de onda ideal é uma onda suave e regular, mas se um dispositivo como um inversor de frequência ou outros equipamentos eletrônicos com componentes não lineares são usados, essas formas de onda podem ser distorcidas, gerando múltiplos das frequências fundamentais.
Então, se a frequência fundamental de um sistema é 50 Hz, os harmônicos podem ser 100 Hz, 150 Hz, 200 Hz, e assim por diante.
Ao multiplicarem a frequência original, os harmônicos causam problemas de eficiência, aquecimento excessivo dos equipamentos, falhas nos sistemas de proteção e danos aos geradores e transformadores.
Desafios enfrentados pelos inversores de frequência
Ainda que os inversores de frequência sejam equipamentos altamente eficientes e versáteis às operações, eles enfrentam desafios técnicos, principalmente relacionados à geração de harmônicos. Entenda os desafios enfrentados por este dispositivo eletrônico:
- Geração de harmônicos: Assim como foi dito, os inversores de frequência podem criar harmônicos e esses podem aumentar a demanda de corrente, o que gera mais calor e pode reduzir a eficiência do sistema, além de prejudicar outros dispositivos conectados à rede elétrica, como geradores e transformadores;
- Aquecimento excessivo e desgaste: A presença de harmônicos e o aumento da corrente podem causar aquecimento excessivo em cabos, motores e outros componentes do sistema, acelerando o desgaste e diminuindo a vida útil dos equipamentos;
- Interferência em sistemas de proteção: Os sistemas de proteção de equipamentos, como fusíveis e disjuntores, podem ser afetados por harmônicos,de modo que se tornem mais suscetíveis a falhas. Além disso, em alguns casos, os inversores podem gerar correntes de fuga, que podem fazer com que o sistema de proteção desligue o equipamento, mesmo quando a falha não é grave;
- Ruído elétrico e instabilidade: Alguns inversores de frequência, especialmente os modelos mais antigos ou os de baixa qualidade, podem gerar ruído elétrico de alta frequência, o que pode interferir no funcionamento de outros dispositivos sensíveis. Além disso, se não forem projetados corretamente, esses inversores podem criar instabilidades na rede elétrica local.
O impacto nos geradores
Quando os geradores são usados em conjunto com inversores de frequência (em especial os de 6 pulsos), os geradores podem sofrer certos impactos, especialmente relacionados à distorção da forma de onda da corrente elétrica, conhecida como harmônicos.
- Distorção de forma de onda: Visto que quando os inversores de frequência operam, eles podem gerar harmônicos, esses podem aumentar a demanda de corrente e causam sobrecarga no gerador;
- Problemas com o regulador automático de tensão: Geradores modernos possuem sistemas de regulação automática de tensão que mantêm a estabilidade da tensão gerada. Porém, a presença de harmônicos pode interferir nesse sistema, causando flutuações de tensão e até mesmo desligamentos não programados do gerador;
- Instabilidade em geradores mais antigos: Nos geradores mais antigos, a presença de harmônicos pode ser ainda mais crítica. A instabilidade causada pelos harmônicos pode fazer com que o gerador desligue automaticamente, mesmo quando a capacidade do gerador é suficiente para atender à carga.
Como Garantir a Continuidade das Operações Críticas com Inversores de Frequência e Filtros Ativos
O caso que aplica todas as informações contidas neste texto em um contexto, está no caso da Nordlaks Smolt AS, uma das principais empresas de aquicultura da Noruega.
Esta empresa simplesmente investiu 800 milhões de NOK (aproximadamente 419 milhões de reais) para expandir sua planta de operações, criando um dos maiores sistemas de recirculação de aquicultura do país.
Quanto a atividade crítica, esta indústria age como exemplar que depende de confiabilidade e resiliência para lidar com a sensibilidade do salmão jovem, exigindo soluções técnicas altamente confiáveis para evitar qualquer interrupção que possa comprometer o processo.
A empresa já é um exemplo em sustentabilidade, já que é alimentada por uma usina hidrelétrica local e até mesmo recupera calor excedente para reaproveitamento em outras atividades e processos.
Contudo, garantir uma operação que não seja interrompida por falhas na rede elétrica é um CTQ (Critical To Quality) evidente, o que levou à instalação de três geradores de reserva para situações emergenciais.
Além disso, processos críticos não exigem apenas robustez, como também controle, e por isso a empresa instalou, ao longo de dois anos, 200 inversores VLT AQUA Drive FC 202, de 6 pulsos e com potências variando entre 1,5 kW a 55 kW.
Esses inversores foram selecionados porque são destaques para as aplicações sujeitas na empresa (ventiladores, compressores e bombas) e por oferecerem desempenho superior quando se trata de confiabilidade e ruído de alta frequência.
Visto a atenção especial ao utilizar inversores de frequência de 6 pulsos junto de geradores, foram adicionados filtros ativos para otimizar a compatibilidade entre os geradores e inversores, minimizando o risco de falhas ao garantir que as harmônicas permaneçam sempre abaixo de 5% de Distorção Harmônica Total de Tensão (DHTV).
Portanto, nota-se a importância de visualizar a compatibilidade entre dispositivos presentes no sistema.
O inversor, sendo selecionado como o dispositivo de melhor qualidade para atuar junto do gerador nas operações da Nordlaks Smolt AS, ainda teve de ser complementado com filtros ativos.
Esse cuidado foi essencial para atender aos requisitos de confiabilidade que o setor de aquicultura exige.
