Motores de Passo Personalizados E Confiáveis Para Aplicações de Regulagem de Fluxo

Motores em miniatura são usados para vários propósitos, como reguladores de fluxo em sistemas de HVAC. Os reguladores de fluxo são um mecanismo simples que regula o fluxo de ar dentro de um duto. Os reguladores manuais são acionados por uma alça na parte externa do duto, enquanto reguladores automáticos regulam o fluxo de ar constantemente, operados por motores elétricos ou pneumáticos que são controlados por um termostato ou sistema de automação predial. Ao projetar um atuador de regulador elétrico montado externamente, há importantes elementos de design do motor em miniatura a serem considerados.

Os atuadores giratórios do regulador elétrico são classificados em três diferentes tipos:

1. Retorno da mola: Com a ajuda de uma mola, o regulador pode retornar à posição exigida (fechado/aberto)
2. Retorno sem mola. Manterá sua posição existente na perda de potência
3. À prova de falhas eletrônicas. Use supercapacitores que descarregam a energia acumulada no motor, e o atuador é acionado para abrir ou fechar na perda de potência.(Figura 1)

Podemos classificar ainda mais os atuadores do regulador em duas posições ou modulado para controle mais preciso. Se a operação do regulador é sazonal (duas ou três vezes por ano), um controle manual de duas posições é a escolha certa. No caso de que a operação seja solicitada com mais frequência (diariamente, por exemplo), um regulador elétrico automatizado com motores elétricos se torna a melhor opção.

Ao decidir sobre uma solução de movimento em miniatura para um atuador elétrico, primeiro analisamos se o motor pode ser personalizado para necessidades como:

Quanto torque/força deve ser entregue pelo motor/atuador linear para manter o regulador na posição com a precisão de controle exigida
Se o motor pode suportar uma gama de temperaturas
Se os componentes do motor são podem ser personalizados para suportar os ciclos do HVAC
Os motores têm comprovação para trabalhar de modo confiável em um ambiente de HVAC?
O motor oferece feedback para obter a posição do amortecedor integrado?

 

DESIGN DO ROTOR PARA TEMPERATURAS EXTREMAS E CARGA CÍCLICA

Para motores personalizados específicos aos atuadores do regulador em aplicações de HVAC, o design do rotor é essencial. Dentro do atuador, o motor começará e parará sob condições térmicas variáveis que aplicam tensão termomecânica adicional sobre o rotor e outros componentes internos. As propriedades mecânicas do material não linear usado no design do rotor são dependentes da temperatura. Portanto, a confiabilidade do rotor para condições de alta temperatura ou de temperatura menor que a do ambiente, depende do material e suas propriedades térmicas, especialmente o Coeficiente de Expansão Térmica (CTE).(Figura 2)

A escolha de conjuntos baseados em material linear ou não linear é desafiadora; o desempenho dos materiais não lineares, como adesivos, por exemplo, depende altamente da química e parâmetros de processamento do material. A escolha de graus específicos de ímãs cerâmicos torna a situação complexa.(Figura 3)

Outro importante aspecto a considerar é a validação do design para confirmar o desempenho adequado no campo. O design pode ser validado em condições ambientais estáticas como temperatura, umidade e condições específicas de carga. O esquema do material selecionado no design já considera esses fatores. No entanto, seu desempenho em condições dinâmicas (alterações súbitas e rápidas de temperatura, umidade ou carga ou a combinação de múltiplos parâmetros) é necessário para determinar o desempenho do motor com o tempo, obtido através de simulação ou teste analítico. Como exemplo, na Portescap, validamos conjuntos de rotores em temperaturas aceleradas e condições de choque térmico em câmaras ambientais e fornos para certificar-nos de que o conjunto do rotor atende aos requisitos extremos da aplicação. Também determinamos a força mecânica do rotor a uma temperatura específica com teste da força axial e de torção. A vida útil do motor na aplicação em condições específicas de temperatura pode ser prevista com mais confiança por testes com ciclo de vida acelerado. Os testes são realizados em condições com e sem carga, dependendo das necessidades da aplicação.

VALIDAÇÃO DO DESIGN ATRAVÉS DE TESTES DE QUALIFICAÇÃO

Figura 4 - Ciclo térmico acelerado do motor de passo

MOTORES DC SEM ESCOVAS

Os motores de passo representam uma boa opção de tecnologia para uso em reguladores operados eletricamente, para uma opção mais acessível que os motores DC sem escovas, e sem a necessidade de capacidade de velocidade variável superior deles em uma aplicação típica do amortecedor.

CONCLUSÃO

A escolha pelo motor de passo ideal é importante para controlar o fluxo de ar de modo eficiente na atuação do regulador que é a razão porque múltiplas configurações de motores de passo são utilizadas. Muitas vezes, atendemos a essas demandas através de motores de passo personalizados, tornando-os a opção certa para o mercado de atuadores de HVAC pelo fator preço para desempenho.

A confiabilidade dos motores projetados também é de suma importância, já que a quebra frequente no campo pode aumentar os custos e passivos. Uma melhor compreensão dos pontos de trabalho da aplicação do HVAC ajuda a atender aos requisitos essenciais no design e na etapa de validação.

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Figura 1 - Atuador do regulador elétrico montado externamente
Figura 2 - Seção transversal do motor de passo

Figura 3 - Forças atuando no conjunto do rotor