O consumo de energia e a dissipação de energia são dois fatores cruciais na operação de sistemas eletrônicos. A eficiência dos componentes eletrônicos tem um impacto direto no desempenho, na confiabilidade, na geração de calor e nos custos de energia. Entender como os componentes consomem e dissipam energia é importante para aumentar a eficiência dos sistemas eletrônicos e atender aos requisitos cada vez mais rigorosos de eficiência energética.
Neste artigo do blog, aprenda como o consumo de energia e a dissipação de energia afetam a eficiência energética de sistemas eletrônicos e como as barreiras isoladas e as fontes de alimentação da Pepperl+Fuchs contribuem para a melhoria da eficiência e maior disponibilidade da instalação.

Como o consumo e a dissipação de energia afetam a eficiência energética?

O consumo de energia refere-se à energia total consumida por um dispositivo ou sistema durante a operação, incluindo todas as correntes necessárias no lado DCS, como as de dispositivos de campo e sistemas de controle. Esse parâmetro é crítico para determinar o dimensionamento e a capacidade apropriadas de fontes de alimentação, que garantem a operação estável e eficiente do sistema. Além disso, o consumo de energia afeta diretamente os custos operacionais de energia durante todo o ciclo de vida do sistema, tornando-o um fator-chave tanto em considerações econômicas quanto ambientais. Quanto menor o consumo de energia dos dispositivos eletrônicos, maior a eficiência deles e menor a quantidade de fontes de alimentação necessárias. Isso tem um efeito positivo na eficiência energética de todo o sistema eletrônico.

Por outro lado, a dissipação de energia é a parte da energia consumida que é convertida em calor dentro dos componentes eletrônicos. Esta geração de calor aumenta as temperaturas dos dispositivos, o que muitas vezes exige medidas de resfriamento adicionais para manter condições de operação seguras. Uma dissipação de energia excessiva pode afetar a confiabilidade dos dispositivos e reduzir sua vida útil. Ela também cria desafios em termos de gerenciamento de calor no painel de controle, o que limita a flexibilidade do projeto e requer, por exemplo, espaçamento entre módulos. A dissipação de energia dos dispositivos eletrônicos tem um impacto direto na eficiência energética de todo o sistema.

Esses fatores mostram por que é essencial considerar cuidadosamente o consumo e a dissipação de energia ao selecionar componentes eletrônicos, como barreiras isoladas e fontes de alimentação. Isso porque não só o desempenho e a vida útil dos dispositivos dependem disso, mas também a disponibilidade da fábrica e a eficiência energética geral de todo o sistema eletrônico.

Quais são as implicações de usar dispositivos com maior consumo de energia e maior dissipação de energia?

O consumo de energia e a dissipação de energia estão inseparavelmente ligados e afetam diretamente a confiabilidade e a eficiência energética de um sistema eletrônico ao longo do tempo. Quando os dispositivos consomem mais energia e emitem muito calor, as consequências vão muito além do aumento dos custos de eletricidade:

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• Aumento da dissipação de energia leva a temperaturas mais altas no gabinete de controle, o que requer sistemas de resfriamento maiores e mais caros, ou pode criar pontos de calor que comprometem a confiabilidade dos componentes.
• Altas temperaturas do dispositivo aceleram o envelhecimento dos componentes, degradam o isolamento e afetam as juntas de solda e os semicondutores, encurtando a vida útil do produto e aumentando o risco de falha prematura.
• Maior consumo de energia pode exigir fontes de alimentação maiores e cabeamento mais extenso, aumentando os custos de instalação e reduzindo o espaço no painel de controle
• Para evitar o superaquecimento, a densidade do canal pode precisar ser reduzida, resultando em perda de espaço no painel de controle e aumentando a pegada do sistema.

Ao longo do tempo, isso pode comprometer a confiabilidade do componente e levar ao aumento de manutenção, tempo de inatividade não planejado e custos operacionais totais mais altos: problemas que podem ser evitados com dispositivos eficientes, como barreiras isoladas e fontes de alimentação industriais da Pepperl+Fuchs, projetadas para baixo consumo de energia e baixa dissipação de energia.

Uma Comparação: dissipação de energia de barreiras isoladas

Comparamos o repetidor de tensão KCD2-VR4-Ex1 da Pepperl+Fuchs, uma barreira isolada de 1 canal para transmissão de sinais de tensão de medições de vibração em áreas classificadas com risco de explosão, com dois dispositivos do mesmo segmento e a mesma classe de desempenho.

* Usado para cálculos: 0,85 W

Se analisarmos a dissipação máxima de energia dos três dispositivos na Tabela 1, poderemos ver como as diferenças aparentemente menores podem causar um impacto significativo:

O dispositivo comparativo 1 tem uma dissipação de energia 64,7% maior que o repetidor de tensão da Pepperl+Fuchs. A maior dissipação de energia e a emissão de calor associada resultam em um design de compartimento maior e maior peso dos dispositivos. Isso reduz o espaço disponível no painel de controle e pode exigir medidas adicionais de ventilação e resfriamento. Além disso, uma maior dissipação de energia reduz a vida útil esperada dos dispositivos.

Dispositivo comparativo 2 tem até 135,3% mais dissipação de energia do que a barreira isolada de 1 canal da Pepperl+Fuchs, apesar de ter a mesma largura. Isso leva a temperaturas mais altas do dispositivo e, consequentemente, a uma vida útil mais curta esperada do produto. Além disso, a alta dissipação de energia e a geração de calor exigem mais medidas de ventilação e resfriamento no painel de controle, ao mesmo tempo em que reduzem a densidade de empacotamento do canal e do módulo.
Assumindo um painel de controle com oito linhas de 60 módulos, isso significa aproximadamente 552 W mais dissipação de energia em comparação com os repetidores de tensão da Pepperl+Fuchs. Calculado ao longo de um ano, isso equivale a cerca de 4.800 kWh, o que corresponde ao consumo médio de uma família de 4 pessoas em uma casa unifamiliar. Durante um período de trabalho útil de 15 anos, isto equivale a 72.500 kWh. Calculada para todo um sistema, a maior dissipação de energia é claramente perceptível nos custos e na pegada de carbono.

Uma Comparação: dissipação de energia de fontes de alimentação

Uma comparação adicional da eficiência e da dissipação de energia de fontes de alimentação industriais no segmento premium mostra que uma diferença de eficiência de apenas 1,8% em dispositivos comparáveis resulta em 40% mais dissipação de energia. Um aumento na temperatura de apenas 10 Kelvin já reduz a vida útil esperada do produto.

Baixo consumo de energia, baixa dissipação de energia, eficiência máxima: barreiras isoladas e fontes de alimentação da Pepperl+Fuchs

A Pepperl+Fuchs oferece barreiras isoladas de alto desempenho com o menor consumo de energia e dissipação de energia do setor. As vantagens são evidentes em toda a instalação: as barreiras isoladas eficientes dos sistemas K e H da Pepperl+Fuchs exigem menos energia do que dispositivos comparáveis de outros fabricantes. Seu baixo consumo de energia, baixa dissipação de energia e projeto térmico otimizado ajudam a manter temperaturas de operação estáveis sem soluções de resfriamento superdimensionadas. Elas permitem maior densidade de empacotamento do módulo sem comprometer a confiabilidade. Isso não somente reduz os custos iniciais de infraestrutura, mas também prolonga a vida útil dos dispositivos e aumenta a confiabilidade de todo o sistema.

O menor consumo de energia dos componentes significa que fontes de alimentação menores podem ser usadas. A Pepperl+Fuchs corrobora esse fato com suas fontes de alimentação industriais série PS1000, que são eficientes e potentes para aplicações na indústria de processos. Além disso, dispositivos menores e mais eficientes também significam menor dissipação de energia e geração de calor associada. Isso reduz a necessidade de ventilação e resfriamento do gabinete, o que, por sua vez, permite uma maior densidade de canais no gabinete de controle. Em geral, os operadores da instalação se beneficiam do menor consumo de energia durante toda a vida útil do sistema.

O baixo consumo de energia e a dissipação de energia particularmente baixa não apenas prolongam a vida útil dos dispositivos, mas também levam a economias de custo mensuráveis e a um custo total de propriedade mais baixo, transformando as barreiras isoladas do Sistema H e do Sistema K e as fontes de alimentação PS1000 da Pepperl+Fuchs a solução ideal para transmissão de sinal e fornecimento de energia no gabinete de controle.

Mais informações

• Barreiras isoladas e condicionadores de sinal do Sistema K
• Barreiras de segurança intrínsecas do Sistema H
• Fontes de alimentação industrial PS1000
• Repetidor de tensão KCD2-VR4-Ex1 para medições de vibração em áreas classificadas