Você projeta sistemas de automação industrial com fonte chaveada? Então este artigo é para você. Vamos falar sobre escolha de fontes – pedra fundamental em qualquer projeto de automação industrial – e saber mais especificamente se o uso de fontes chaveadas (SMPS, switch mode power supply) é a melhor escolha para seu projeto.
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É importante contextualizar essa discussão, pois o setor tecnológico evolui a cada segundo. E não se recomenda comprar ou adotar tecnologia como se fosse um item de consumo diário. Quando você faz um projeto e especifica um equipamento, precisa ter em conta o custo ao longo do ciclo de vida.
Também é importante definir o que é fonte chaveada. Fonte chaveada é um conversor de tensão alternada para contínua que utiliza um chaveador de alta frequência. Ou seja, liga e desliga rapidamente para manter a média da tensão de saída estável. Filtros na entrada e na saída mantem o ruído gerado dentro da fonte. A tensão de saída mais comum das fontes industriais são 24V. As correntes mais comuns são 5 e 10 amperes.
No mercado de automação industrial, além das fontes chaveadas, temos as tradicionais fontes lineares (LPS, linear power supply). Mais antigas, entretanto, ainda alimentam a maior parte dos sistemas de automação vigentes no país. Afinal, no Brasil, a idade média do parque industrial é de 20 anos (na Alemanha, é de apenas 7 anos).
Usar uma fonte chaveada é a melhor opção para minha instalação?
A princípio, a primeira resposta sobre escolha de fontes chaveadas é SIM! Ainda mais se você pretende projetar um sistema de automação pronto para o futuro, não existe outro caminho a não ser usar equipamentos mais modernos.
Vamos descrever um pouco mais sobre o que você precisa considerar na escolha do tipo de fonte a utilizar.
Por que usar fontes chaveadas se as fontes lineares são mais baratas e seus projetos são mais simples?
Para responder essa pergunta, que muitos compradores ou tomadores de decisão fazem aos seus times de engenharia e projetos, precisamos dividir uma visão estratégica para o setor.
A revolução digital na indústria – Indústria 4.0, Internet das Coisas e outros jargões em moda – se resume ao avanço do software sobre o mundo dos equipamentos industriais (o hardware em si). Vamos fazer uma analogia:
- No século passado, o DNA de um equipamento industrial estava mais próximo do DNA de uma batedeira. Muito hardware, com o apoio de alguns sistemas eletromecânicos.
- Dos anos 2000 em diante (dependendo do país ou setor), o DNA dos equipamentos industriais se aproxima dos smartphones. Hardware mais leve e eficiente, mas cercado de uma quantidade enorme de sensores e atuadores digitais.
As fontes chaveadas são o padrão absoluto nos computadores e dispositivos eletrônicos de última geração! Então, faz sentido um sistema de automação industrial ser alimentado como se fosse um eletrodoméstico?
Mais lógica – e mais dados – demandam energia mais eficiente para seu projeto de automação
Assim como nos carros mais modernos (os veículos Tesla são enormes baterias sobre rodas!), a automação industrial de última geração requer mais energia para atender à complexidade dos projetos – equipamentos interconectados, sensores, leitores, atuadores, interfaces etc.
A demanda de energia dos sistemas de automação mais modernos e complexos é amplamente compensada, entre outros fatores:
- pela redução do consumo nas operações industriais em si (o “hardware”);
- na redução dos desperdícios de energia em momentos de pouco valor agregado ao processo e;
- no próprio diagnóstico e otimização constante do desempenho proporcionado pelos sistemas mais inteligentes.
Fonte chaveada – mais potência, estabilidade e eficiência para a automação industrial
Se a automação industrial moderna – (leia-se, pronta para a Indústria 4.0, com mais uso de software e de informação digital para otimizar o desempenho dos equipamentos industriais) demanda mais energia, isso significa que a energia de entrada precisa ser mais aproveitada.
Quanto maior a potência demandada por um sistema, maior é a vantagem no uso da fonte chaveada, pois esta permite escalabilidade maior, com menor peso e tamanho. E isso faz muita diferença! Como em qualquer sistema digital, a parte lógica tende à miniaturização e as características físicas dos sistemas de automação (peso, tamanho, portabilidade, acesso) não podem ser uma limitação ao sistema industrial como um todo (vide o tamanho das baterias).
A fonte chaveada possui alto nível de aproveitamento de energia – da ordem de 80% a 90%! – em relação às fontes lineares, cuja eficiência varia entre 30 e 60%. Resumindo, uma fonte de alimentação chaveada bem especificada, converte energia de entrada com muito mais eficiência e menor custo.
Em resumo: se as fontes chaveadas são ligeiramente mais caras do que as fontes lineares, esse custo é mitigado pelo tamanho, peso, quantidade de componentes e pela eficiência do sistema como um todo.
Dissipação de calor, interferência eletromagnética e outros fatores
As fontes lineares, com menor nível de eficiência, eliminam a potência dissipada na conversão através de calor, o que vai demandar cuidados adicionais de refrigeração em seu sistema de automação. Mais um ponto para a fonte chaveada, que não apresenta esse problema.
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Por outro lado, as fontes chaveadas, em seu processo de operação, geram interferência eletromagnética (EMI), o que pode interferir no funcionamento de outros mecanismos, em especial os componentes analógicos – sensores, medidores – presentes em um sistema. Esse problema, entretanto, é mitigado no projeto das fontes, através de blindagens metálicas, de outras técnicas de aterramento, blindagem e layout do próprio painel. O que torna importante utilizar sua fonte chaveada de um fabricante reconhecido e com qualidade.
Proteção contra falhas
Mais um ponto a favor do uso da fonte chaveada: os sistemas modernos de automação, como discutimos aqui neste artigo, possuem ainda mais operações lógicas em relação à operação física do equipamento em si. Assim sendo, aumenta o risco de interrupção parcial ou total de um processo industrial por conta de instabilidade no fornecimento de energia.
Sistemas alimentados por fonte chaveada podem resistir a falhas na rede AC por alguns instantes. Com o intuito de não interromper o funcionamento do sistema. E, convenhamos, falhas de rede podem ocorrem a todo o momento, esteja o sistema operando em uma região inóspita de agricultura, mineração, construção, extração de petróleo ou mesmo em uma instalação industrial dotada de ótima infraestrutura.
Nesses casos, as fontes chaveadas protegem a operação e a qualidade da energia fornecida ao sistema. Elas minimizam ou eliminam os problemas de interrupção nas operações industriais. O que não é possível com o uso de fontes lineares – nestas últimas, a falha de rede AC significa a falha do painel.
No fim das contas, qual a melhor opção?
Escolher a melhor fonte a adotar em um projeto eletrônico requer, não apenas conhecimento sobre as características. Requer um entendimento sobre as condições de operação e do sistema em que esse produto será inserido.
As fontes lineares seguem no mercado – e ainda são aplicáveis em projetos mais simples. Onde há presença prioritária de equipamentos analógicos e menor demanda de energia as fontes lineares são a melhor opção. Ou seja, onde a perda de energia não gera um grande impacto no custo e desempenho do sistema de automação.
Mas, dado o contexto atual e o caminho que estamos todos seguindo rumo a maior presença de tecnologia na indústria. Tudo indica que as fontes chaveadas serão o novo padrão para os projetos de automação industrial. É uma escolha segura para que o seu projeto de hoje esteja pronto para o amanhã. Você só precisa escolher um modelo de fonte reconhecido por sua eficiência energética e por qualidade para evitar problemas com ruídos eletromagnéticos.
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