Como menos pode ser mais: repensando o projeto do sistema de refrigeração para equipamentos pesados modernos.

As imagens da esquerda e da direita demonstram a diferença visível que uma ventoinha autolimpante Cleanfix pode fazer no resfriamento de componentes eletrônicos.

Essa mudança é impulsionada por uma realidade simples: as cargas térmicas estão aumentando, mas o espaço no compartimento do motor não. Ao mesmo tempo, os engenheiros estão sob pressão para reduzir o peso, simplificar a arquitetura do sistema, diminuir o ruído e reduzir os custos operacionais ao longo da vida útil do veículo.

Michael Hogan, gerente de contas-chave da Cleanfix, fabricante de ventiladores reversíveis, afirma que o resfriamento deixou de ser uma consideração secundária para se tornar um dos pontos de partida no projeto de máquinas.

“Em equipamentos fora de estrada, as oportunidades de ganhar eficiência por meio da aerodinâmica ou de outros fatores externos são limitadas”, afirma, acrescentando: “O resfriamento é um dos principais fatores que podem ser trabalhados para melhorar a eficiência”.

As ventoinhas Cleanfix permitem que os fabricantes de equipamentos originais (OEMs) utilizem o acionamento da ventoinha do motor já disponível, reduzindo a complexidade geral do sistema de arrefecimento do motor.

Como, então, os fabricantes de equipamentos originais (OEMs) conseguem equilibrar a demanda por maior desempenho com as restrições de espaço, muitas vezes bastante rigorosas?

Desempenho, embalagem e ruído

Hogan acredita que a resposta está em repensar o que significa um bom projeto de refrigeração e aponta para o conjunto de desafios que os fabricantes de equipamentos originais (OEMs) enfrentam atualmente, incluindo requisitos de emissões mais rigorosos, espaço limitado e crescente atenção ao ruído.

Basicamente, os clientes querem o pacote completo, diz Hogan. "Eles buscam eficiência. Buscam redução de tamanho. Buscam capacidade de reversão, tudo isso em conjunto com outros componentes, além de anteciparem benefícios adicionais, como a redução de ruído."

Lee Armstrong, líder de engenharia de aplicações da Cleanfix, concorda, dizendo: "Estamos começando a ver isso com muito mais frequência na área de engenharia de aplicações – com clientes perguntando sobre o nível de ruído e se podemos melhorá-lo."

Para os engenheiros, isso significa testar alterações no ângulo das pás, reduzir a velocidade dos ventiladores e fazer outros ajustes de projeto que possam reduzir o ruído sem sacrificar o desempenho de resfriamento.

Essa é uma tarefa particularmente desafiadora para fabricantes de equipamentos originais (OEMs) de pequeno e médio porte, cujas equipes de engenharia podem estar distribuídas por vários sistemas, em vez de se especializarem em refrigeração.

Michael Hogan, Gerente Sênior de Contas-Chave da Cleanfix

Como observa Hogan, muitas dessas equipes estarão trabalhando fora de suas competências essenciais. "Às vezes, lhes falta experiência, mas quase sempre lhes falta tempo, mesmo entendendo a importância do resfriamento em termos de eficiência e desempenho."

Por que menos pode ser mais

Armstrong acredita ser importante questionar a ideia de que um sistema de refrigeração melhor implica em maior complexidade do sistema.

Ele afirma que alguns fabricantes de equipamentos originais (OEMs) têm optado por ventiladores acionados hidraulicamente para reduzir a necessidade de espaço, controlar a velocidade do ventilador ou permitir a reversão, mas acredita que existe um caminho mais simples.

“Gostaríamos de incentivá-los a voltar a um sistema de acionamento por polias mais convencional, porque é muito mais simples”, diz ele. “Em vez de adicionar outro circuito hidráulico, os fabricantes de equipamentos originais (OEMs) podem usar o acionamento do motor que já possuem e ganhar eficiência variando ativamente o ângulo da lâmina usando nossa tecnologia de passo variável.”

Dessa forma, um controle de fluxo de ar mais inteligente pode oferecer os mesmos benefícios funcionais que a velocidade variável, mas com menos peças e menor complexidade do sistema.

“Está tudo contido em um único sistema de ventilação, em vez de um sistema hidráulico adicional”, diz Armstrong.

Fluxo de ar mais inteligente

Questionado se o resfriamento agora tem menos a ver com tamanho e mais com eficiência, Armstrong diz: “Ambos importam, mas o design inteligente abre mais opções em um formato menor.

“O ângulo da pá, o design da ponta da pá e a geometria da carenagem afetam o fluxo de ar. Se você trocar uma carenagem simples em formato de caixa por uma carenagem em formato de sino, obterá um fluxo de ar significativamente melhor.”

O sistema de passo variável Cleanfix aumenta a eficiência ao variar ativamente o ângulo das pás. Tudo isso está contido no ventilador, reduzindo a complexidade geral do sistema.

Hogan acrescenta: "As pessoas não estão procurando ter o maior sistema de refrigeração do quarteirão. Elas só querem um sistema de refrigeração que seja do tamanho necessário."

“O objetivo é dimensionar para uma capacidade de refrigeração suficiente e otimizar a eficiência e o acondicionamento dentro dessa limitação.”

Um fator fundamental nessa história de eficiência é manter o refrigerador limpo.

Explicando a relação entre radiadores entupidos e baixo desempenho, Armstrong diz: “Quando você tem uma pilha de sujeira no radiador, é como colocar um cobertor isolante térmico sobre ele. A sujeira não só bloqueia a transferência de calor nas aletas, como também restringe o fluxo de ar através do núcleo.”

Hogan descreve ainda o “efeito duplo”, dizendo: “Os detritos cobrem as superfícies condutoras projetadas para dissipar o calor. Então, à medida que o acúmulo piora, o fluxo de ar é reduzido. No momento em que há sujeira ali, há um efeito prejudicial na eficiência de resfriamento.”

Os operadores podem perceber isso apenas quando o superaquecimento começa, mas muito antes desse ponto, o ventilador já está trabalhando mais e consumindo mais energia para compensar.

Automatizando para sistemas eficientes

Segundo Hogan, é por isso que os ciclos de limpeza automáticos são importantes. Em vez de depender de operadores que esperem o aumento da temperatura ou parem para limpeza manual, os ciclos de reversão programados mantêm o desempenho mais consistente.

Armstrong afirma que a Cleanfix normalmente define os temporizadores em intervalos de 30 minutos como ponto de partida, embora possam ser ajustados para se adequarem à aplicação.

“O cliente pode adaptar o sistema às suas necessidades”, afirma, com intervalos de até cinco minutos, especialmente em ambientes com muita poeira.

Lee Armstrong, Líder de Engenharia de Aplicações da Cleanfix

O resultado não é apenas um menor risco de superaquecimento, mas também menos tempo de inatividade e menos intervenção manual. Em algumas aplicações, diz Armstrong, os operadores podem precisar parar várias vezes ao dia para limpar os radiadores com ar comprimido.

A limpeza automática pode eliminar essas interrupções. Hogan acrescenta que, mesmo em aplicações menos severas, onde a limpeza manual pode ser necessária apenas a cada poucos dias, "a limpeza programada ainda reduz o consumo de combustível e elimina mais uma tarefa de manutenção para o operador".

Priorizando o desempenho

Ele acrescenta que um ventilador com pás de inclinação variável adiciona outra camada de controle, o que "permite que o sistema opere em condições da vida real, em vez do que foi teorizado e projetado como um cenário de pior caso".

Isso tem implicações significativas para as margens de engenharia. Os sistemas de refrigeração tradicionais costumam ser projetados com uma folga generosa para garantir a confiabilidade em condições extremas. Mas isso pode aumentar desnecessariamente a demanda de energia do ventilador, o ruído, o desgaste da correia e o custo durante a operação normal.

Com passo variável, diz Hogan, "as máquinas ainda podem ter o resfriamento máximo disponível quando necessário, mas isso pode não acontecer com muita frequência".

Armstrong também argumenta que os projetos com pivô nas pás trazem vantagens em relação aos sistemas reversíveis convencionais.

Os ventiladores reversíveis tradicionais normalmente reduzem a velocidade e depois invertem o sentido de rotação. Isso pode causar uma perda temporária de refrigeração e pode não ser tão eficaz na limpeza.

Uma abordagem de rotação das pás inverte o fluxo de ar alterando a orientação das pás.

A limpeza automática do sistema de refrigeração da Cleanfix ajuda a manter o desempenho consistente e elimina as paradas do equipamento para limpeza e superaquecimento.

“Ao inverter as lâminas, em vez de mudar a direção de rotação”, diz Armstrong, “você obtém um jato de limpeza mais forte e um fluxo de ar contínuo durante o ciclo reverso”.

Por que a colaboração precoce é importante

Para os fabricantes de equipamentos originais (OEMs), tudo isso aponta para o valor da colaboração precoce com especialistas em refrigeração.

Hogan afirma que envolver a Cleanfix mais cedo ajuda os engenheiros a entender as opções disponíveis antes de optarem por soluções mais complexas.

Armstrong concorda, afirmando que o engajamento precoce é especialmente importante em um design com pás pivotantes, já que o ventilador precisa de espaço suficiente para se articular completamente.

Uma mensagem importante é que o arrefecimento do motor consome uma quantidade significativa de energia da máquina, apesar de não realizar nenhum trabalho produtivo.

Como Hogan explica, isso é "energia desperdiçada para gerenciar o calor residual. Mas ainda é crucial, obviamente – então, quanto menos você precisar usar, melhor."

Em última análise, em equipamentos pesados modernos, um melhor arrefecimento já não se resume a adicionar mais ventoinhas ou radiadores. Trata-se de utilizar o fluxo de ar de forma mais inteligente, manter os permutadores de calor mais limpos e projetar sistemas que reajam às condições reais de funcionamento, em vez de à procura máxima permanente.

Nesse sentido, menos pode ser mais: menos complexidade, menos manutenção, menos desperdício de energia – e mais desempenho onde realmente importa.

As ventoinhas Cleanfix contam com a tecnologia Power Pulse, que permite que as pás invertam o ângulo de inclinação em velocidade máxima, criando uma poderosa rajada de limpeza que remove detritos do sistema de refrigeração sem interromper o funcionamento.

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Este artigo foi produzido pela KHL Content Studio, em colaboração com especialistas da Cleanfix.

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Todas as imagens são cortesia da Cleanfix.

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