Prevenir o sobreaquecimento do banco de carga

As instalações utilizam bancos de carga para colocar cargas eléctricas em sistemas de energia para garantir que esses sistemas funcionem de forma fiável quando necessário. No entanto, se os bancos de carga sobreaquecerem, podem apresentar os seus próprios problemas de fiabilidade. Este artigo resume as causas do sobreaquecimento e descreve como evitá-las.

Descrição de funcionamento

A maioria dos bancos de carga aplica carga convertendo a eletricidade de uma fonte de energia em calor, e depois ejectando este calor da unidade. Ao fazê-lo, um banco de carga de 1000 quilowatts e 480 volts tem de absorver continuamente mais de 1200 amperes por fase e produzirá 3,4 milhões de unidades térmicas britânicas de calor por hora. Este calor deve ser continuamente removido do banco de carga para evitar o sobreaquecimento.

A remoção de calor é tipicamente realizada utilizando um ventilador elétrico para produzir um fluxo de ar que ejecta os gases de escape quentes da caixa do banco de carga. A Figura 1 apresenta um esquema que mostra como o ar movido por um ventilador flui através dos elementos de carga para remover o calor. A Figura 2 ilustra o aspeto deste processo num banco de carga real.

Funcionamento interno de um banco de carga
Figura 1: Neste banco de carga, a energia é consumida pelos elementos de carga (verde), que convertem a energia em calor. O calor é removido pelo ar ambiente que é forçado através deles por um ventilador (azul). Estes sistemas são operados através do sistema de controlo (vermelho).
Fluxo de ar de um banco de carga resistiva Avtron
Figura 2: Neste banco de cargas portátil, o ar é aspirado pelo ventilador através do painel do lado direito e passa pelos elementos de carga antes de sair pelo painel do lado esquerdo.

Para funcionar corretamente, um banco de carga tem de empurrar ar frio suficiente através da unidade para remover o calor que gera. Para funcionar na sua capacidade nominal, a temperatura do ar de admissão não pode exceder o valor máximo especificado pelo fabricante. Da mesma forma, a taxa de caudal de ar projectada deve ser mantida para remover este calor. Qualquer coisa que interfira com estas condições pode fazer com que um banco de carga funcione mais quente.

Razões para evitar o sobreaquecimento

Embora os bancos de carga e os seus componentes tenham sido concebidos e testados para suportar as temperaturas resultantes do seu funcionamento normal, devem ser operados e mantidos tal como foram concebidos para garantir que não ocorre sobreaquecimento.

Uma razão para evitar o sobreaquecimento é prevenir danos térmicos a curto ou longo prazo nos materiais de um banco de carga. Os materiais e componentes podem deteriorar-se quando as temperaturas excedem as suas gamas normais de funcionamento. Por exemplo, o isolamento dos fios e componentes como os blocos de terminais podem deformar-se ou derreter, aumentando o risco de falhas eléctricas. Em casos extremos, o sobreaquecimento pode aumentar o risco de incêndio.

Mesmo que o sobreaquecimento não cause danos ou falhas imediatas, as temperaturas de funcionamento excessivas podem causar tensões a longo prazo nos materiais e componentes. Por exemplo, o sobreaquecimento e o arrefecimento repetidos aumentam a gama de temperaturas a que os componentes estão sujeitos durante cada ciclo de funcionamento. Isto pode afetar as propriedades de alguns materiais e resultar em tensões devido à expansão e contração superiores às que a unidade foi concebida para suportar, levando a uma diminuição do desempenho ou a uma eventual falha.

Outra razão para evitar o sobreaquecimento é o risco que esta situação pode representar para as pessoas. O equipamento sobreaquecido pode representar um risco para as pessoas que tocam ou trabalham com bancos de carga, bem como um risco de segurança contra incêndios se se registarem temperaturas extremas.

Causas comuns de sobreaquecimento

Limitação do caudal de ar

Qualquer coisa que limite o fluxo de ar através de um banco de carga em funcionamento aumentará as temperaturas no dispositivo e no seu escape. Duas causas comuns incluem:

Bloqueio: As entradas e saídas de ar do banco de carga são cobertas por painéis blindados para impedir o acesso inadvertido e evitar que objectos sejam arrastados para o equipamento. Se um objeto bloquear, mesmo que parcialmente, a entrada ou o escape, o fluxo de ar será reduzido juntamente com a capacidade da unidade para dissipar o calor.

Folga inadequada: Se a entrada ou saída de ar de um banco de carga estiver localizada demasiado perto de outro objeto, como uma parede adjacente ou equipamento permanente ou temporário próximo, o fluxo de ar através da unidade pode ser restringido, diminuindo a sua capacidade de remover o calor dos elementos de carga.

Avaria do equipamento

Um ventilador com baixo desempenho: Se a potência ou a velocidade de um ventilador for inadvertidamente reduzida, a taxa de fluxo de ar pode ser insuficiente para remover todo o calor gerado pelos elementos de carga. Uma velocidade reduzida do ventilador pode resultar de uma série de causas, incluindo sensores defeituosos, controlos defeituosos ou um motor do ventilador que desenvolva uma potência inadequada devido a desgaste ou a um problema mecânico ou elétrico.

Falha no sensor de temperatura excessiva: Os sensores de sobretemperatura detectam o excesso de aquecimento e são utilizados para desligar uma unidade quando ocorrem temperaturas fora do intervalo. Dependendo do seu design, um sensor sujo ou defeituoso pode permitir que um banco de carga funcione a temperaturas fora da sua gama de funcionamento projectada. Um sensor de sobretemperatura nunca deve ser ignorado para permitir o funcionamento de um banco de carga - tais problemas devem ser avaliados e corrigidos por um técnico qualificado.

Causas ambientais

Temperatura do ar ambiente elevada: Os fabricantes especificam as temperaturas ambientes máximas em que os seus bancos de carga podem funcionar. Se um banco de carga funcionar num clima quente onde as temperaturas podem exceder os limites de funcionamento, um banco de carga diferente ou maior pode proporcionar um melhor serviço.

Altitude elevada: Como o ar é menos denso a altitudes mais elevadas, absorve menos calor por volume à medida que passa pelos elementos de carga, reduzindo o arrefecimento.

Equipamento quente nas proximidades: É importante avaliar todas as fontes de calor próximas de um banco de carga. Se o calor dos gases de escape for arrastado para um banco de carga a partir de um dispositivo próximo, como um gerador ou equipamento AVAC, pode contribuir para reduzir a eficiência ou o sobreaquecimento.

Entrada de gases de escape do banco de carga: Podem ocorrer temperaturas de funcionamento internas elevadas se qualquer parte dos gases de escape de um banco de carga for inadvertidamente recirculada para a sua admissão.

Carga solar elevada: Em ambientes quentes com temperaturas ambiente elevadas, o calor do sol intenso pode aumentar ainda mais as temperaturas de funcionamento do banco de carga.

Prevenir o sobreaquecimento

Seguir as práticas adequadas de especificação, instalação e manutenção mitigará muitas causas de sobreaquecimento do banco de carga.

Na instalação

  • Em altitudes elevadas ou onde possam ocorrer temperaturas ambiente elevadas, selecionar e reduzir a potência de acordo com as orientações do fabricante
  • Nos locais onde a luz solar intensa pode representar uma carga solar elevada, considere:
    o Localizar os bancos de carga onde ficarão sombreados por outra estrutura durante as horas mais quentes do dia
    o Proporcionar sombra através da instalação de um acessório de sombra do fabricante, quando disponível
    o Fornecer uma estrutura suspensa para sombrear um banco de carga de descarga horizontal
  • Considerar a localização do equipamento e das fontes de calor nas proximidades para garantir que o ar quente não é arrastado para um banco de carga
  • Assegure-se de que os gases de escape quentes de um banco de carga não serão recirculados para a sua admissão ou para a admissão de outra unidade.
  • Instalar os bancos de carga de acordo com as folgas mínimas especificadas pelos fabricantes (Figura 3).
fluxo de calor do banco de carga
Figura 3: Folgas mínimas para um banco de carga Avtron Modelo 4500 (200 a 400 kW). Obtenha as medidas de folga na documentação do fabricante do banco de carga ou contacte diretamente o fabricante.

Inspeção e manutenção regulares

  • Manter a área em redor de um banco de carga livre de objectos que possam impedir o fluxo de entrada e saída de ar
  • Efetuar inspecções regulares para verificar se os ecrãs de admissão e de escape e os componentes internos estão isentos de objectos que possam limitar o fluxo de ar
  • Contrate um fornecedor de serviços qualificado para inspecionar, limpar e manter cada banco de carga de acordo com o âmbito e frequência recomendados pelo fabricante. Estes serviços devem avaliar o funcionamento correto das caraterísticas de segurança, tais como sensores de temperatura excessiva e de caudal de ar, e verificar se o banco de carga e os seus componentes funcionam corretamente.

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