ARTIGO TÉCNICO
revista técnico-profissional
o electricista
117
Cláudio Maia
Manager Account
Rittal Portugal
climatização em
quadros eléctricos
A necessidade de ventilação e refrigeração dos quadros eléctricos surge quando temos uma temperatura ambiente elevada e
dissipação de calor pelos aparelhos. O presente artigo aborda
a metogologia para o dimensionamento as soluções de ventilação e refrigeração.
O avanço da electrónica tem sido um elemento chave para a competitividade das
indústrias. Através de autómatos, variadores, entre muitos outros equipamentos, assistimos a processos automatizados, com o
objectivo de maximizar a produção com o
menor consumo energético, menor emissão
de resíduos, com melhores condições de segurança, ou ainda, reduzir o esforço ou a interferência humana no processo fabril.
dentro dos armários eléctricos, tais como, ventiladores, permutadores de calor ar/ar (ar-condicionados) e permutador de calor ar/água. Em caso de necessidade de aumentar a temperatura
dos armários, existem as resistências de aquecimento.
1› Noções básicas
Ao iniciar o dimensionamento de um sistema de ventilação ou refrigeração, é necessário inicialmente considerar as suas condições periféricas, como a temperatura externa, temperatura
interna e o grau de protecção (IP) do armário eléctrico.
Estes equipamentos possuem como pontos
fracos a sua sensibilidade a factores externos, tais como pó, óleo, humidade e temperatura. O calor em particular é o pior inimigo,
encurtando drasticamente o tempo de vida
destes equipamentos.
O quadro eléctrico, sempre presente em todas as instalações eléctricas, serve de “fato”
a estes equipamentos, protegendo-os dos
ambientes agressivos, na grande maioria
nas indústrias. A necessidade de ventilação
e refrigeração dos quadros eléctricos surge
quando temos uma temperatura ambiente elevada e uma dissipação de calor pelos
aparelhos. É nesse sentido que surge este
artigo de apoio ao dimensionamento destas
soluções.
Existem várias formas de dissipar o calor de
Antes de partirmos para o dimensionamento das várias formas de dissipação da temperatura,
é necessário ter em conta os seguintes cálculos:
1.1› Cálculo da superfície efectiva do armário
A superfície efectiva do armário (A) é a área que o armário tem disponível para dissipar energia
calorífica para o exterior. Um armário individual não encostado a nenhum objecto ou parede
dissipa mais energia calorífica do que um armário encostado a uma parede. As fórmulas de
cálculo de A, estão descritas em DIN 57 660 secção 500 ou em IEC 890.
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1.2› Base de cálculo de climatização de armários
QV = Potência dissipada dentro do armário [W]
QS = Potência calorífica que se dissipa através da superfície do armário [W]
QS > 0: Radiação (Ti > Tu)
forma económica. A condição para a sua
instalação é de um ambiente relativamente limpo, com uma temperatura exterior ao
armário abaixo da temperatura desejada no
interior do armário.
QS < 0: Irradiação (Ti < Tu)
QE = Potência frigorífica necessária de um refrigerador [W]
QH = Potência calorífica necessária de uma resistência de aquecimento [W]
QW = Potência calorífica específica de um permutador de calor [W/K]
Caudal de ar necessário de um ventilador com filtro para manter diferença de temperatura máxima
admissível entre o ar de entrada e de saída [m 3/h]
V
=
DT
= Ti – Tu = Diferença máxima de temperatura [K]
A
= Perda caloríficas efectivas dissipadas pela superfície do armário segundo IEC 890 [m 2]
K
= Coeficiente de transmissão calorífica do armário [W/m 2K], no caso de chapa de aço k = 5.5 W/m 2K
Tw
= Temperatura da água de entrada (º C)
Qk
= Potência útil de refrigeração (W)
Ti
= Temperatura interior do armário (º C)
Podemos ter como exemplo caudais de aproximadamente 700 m^3, IP 54 com possibilidade de compatibilidade electromagnética
(EMC).
A auto-convecção faz com que a potência libertada pelos equipamentos se dissipe para o
exterior do armário, através das paredes do mesmo. Para isso é necessário que a temperatura
exterior seja mais baixa do que a temperatura interior do armário.
Ventilador e Filtro
O aumento máximo da temperatura (ΔT)max. no armário, em relação com a temperatura exterior, é dada por:
.
Qv
(ΔT)max =
k.A
Caso se desconheça a potência a dissipar no interior, sabendo a temperatura ambiente exterior
.
e interior, podemos calculá-la através da seguinte fórmula: Q s = A . k . DT (watts)
Fluxo do Caudal
Cálculo para o caudal de ar:
2› Métodos de climatização de armários
2.1› Ventiladores
Os ventiladores com filtro são adequados para dissipar grandes quantidades de calor de uma
.
.
V = f . Qv
DT
Em que f:
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f = 3,1 m^3 * K/Wh
h=(
f = 3,2 m^3 * K/Wh
h = ( 100 até 250 )
f = 3,3 m^3 * K/Wh
h = ( 250 até 500 )
f = 3,4 m^3 * K/Wh
h = ( 500 até 750 )
f = 3,5 m^3 * K/Wh
h = (750 até 1000)
0 até 100 )
Como alternativa à fórmula,
Factor de
f =
compensação
Altura por
h = cima do nível
do mar (m)
Estes equipamentos possuem a particularidade de terem uma função adicional, desumidificação do ar no interior do quadro.
Assim será necessária uma estanquicidade
aproximada IP55, especialmente na zona de
entrada de cabos.
Para um correcto funcionamento, quer na
parte exterior e interior, o equipamento não
deve estar obstruído, dando lugar a um circuito (fluxo) natural.
Cálculo para a potência energética:
Como alternativa à formula,
2.3› Refrigerador (ar-condicionado)
Ideal para aplicações onde a temperatura
interior pretendida é mais baixa do que a
temperatura exterior. Possui como vantagens principais, o baixo custo de refrigeração
(eficiência energética) e o aumento de vida
dos equipamentos.
2.2› Permutadores de calor ar/ar
Para aplicações quando a temperatura exterior é mais baixa que a interior do quadro
eléctrico, em ambientes com poeiras e óleos.
Possuem um controlador digital que permite a programação da temperatura adequada
dentro do quadro. A temperatura máxima
dentro do quadro será de 35º C (normalmente aparelhos programados de fábrica).
O utilizador pode baixar a temperatura no
interior, no entanto, é necessário ter em consideração a possível condensação devido a
diferenças de temperatura ambiente entre o
interior e exterior do quadro eléctrico.
.
.
Q E = Q v . k . A . DT
2.4› Permutadores de calor ar/água
Para locais muito agressivos em pó, óleos e
temperaturas elevadas, a aplicação do permutador de calor ar/água é o mais indicado.
Quando aplicado no quadro eléctrico, o aparelho funciona com o apoio de um circuito
de água exterior.
Permutador de calor Ar/Água
Ar-condicionado
Permutador de
calor ar/ar
Fluxo do Caudal
Cálculo para a potência calorífica específica
do permutador:
.
Q v – (A . DT . k)
qw =
DT
Fluxo do Caudal
Fluxo do Caudal
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Cálculo para a potência de refrigeração:
.
.
Q E = Q v . k . A . DT
Exemplo de um diagrama de potência de um
permutador de 1000 W:
PUB
Caso não esteja disponível um circuito de
água fria na instalação, temos como aplica-
ção auxiliar um Chiller (refrigeração de um
circuito de água ou óleo).
Cálculo para a potência calorífica:
2.5› Resistência de aquecimento
Diagrama de potência calorífica:
A resistência calorífica surge como forma de
evitar condensações devido às baixas temperaturas exteriores.
Resistência
.
Q H = A . DT . k