¿Los reguladores de ventilador basados en resistencias no ahorran nada de energía?

Question

He oído que los reguladores de velocidad del ventilador tradicionales basados en resistencias son ineficientes. De hecho, he observado que dichos reguladores tienden a calentarse cuando el ventilador se pone a baja velocidad. Sin embargo, ¿significa eso que ahorran no hay energía en absoluto a bajas velocidades, ¿o es que se ahorra energía pero la cantidad de energía ahorrada es mucho menor que la ideal? Esperaba que, dado que la potencia P = V / R^2, el consumo total del sistema de ventilador más regulador sería comparativamente menor a bajas velocidades.

Answer 1

Sin resistencia, se aplica toda la tensión al ventilador y se obtiene un trabajo mecánico, con la eficiencia que el propio ventilador sea capaz de realizar. Sin tener en cuenta el ventilador en sí, en cuanto al aspecto eléctrico, se podría decir que es 100% eficiente.

Con una resistencia en el sistema, por ejemplo, aproximadamente igual a la resistencia del ventilador, tiene menos corriente que fluye a través del sistema. La mitad. El mismo voltaje. Así que el sistema está utilizando la mitad de la energía. El ventilador, ahora una parte de un circuito divisor de tensión, está recibiendo la mitad de la tensión, y recibiendo la mitad de la corriente. Funciona más lento, haciendo menos, haciendo aproximadamente 1/4 del trabajo. 1/4 de la acción del ventilador dividido por 1/2 de la energía que entra en el sistema significa que el sistema es 50% eficiente.

Imagínate una gran resistencia en el sistema, megohmios. Sólo tendrás un hilo de corriente, digamos un microamperio. El ventilador apenas se mueve. El sistema estará usando muy poca energía, pero la mayor parte de esa poca energía sólo está haciendo que la resistencia se caliente. O mejor dicho, una pequeña fracción de grado más caliente que la temperatura ambiente. La eficiencia del sistema es casi nula.

Answer 2

Hay dos tipos de fuentes de energía. 1. Fuente de tensión 2. Fuente de corriente

En la fuente de tensión, la tensión de la fuente permanece constante a pesar de la variación de la resistencia de la carga conectada a ella. En la fuente de corriente, la corriente se mantiene constante a través de la carga a pesar de su resistencia.

La línea principal es una fuente de tensión. por lo que el consumo de potencia (energía eléctrica) utilizado por el sistema (regulador + ventilador) es inversamente proporcional a la resistencia del sistema (porque $P= V^2/R$ y $V$ es constante)

NOTA: Aquí si pensamos en la fórmula $P= I^2 R$ También da el consumo de energía. Pero aquí $P$ NO es proporcional a $R$ porque estamos utilizando una fuente de tensión y $I$ no es constante (en cambio $I$ depende de $R$ )

Por lo tanto, si la velocidad del ventilador/motor es lenta, el consumo total de energía (energía eléctrica) será menor que su velocidad máxima, pero la eficiencia del sistema será menor porque no queremos el calor del regulador.

Así, cuanto menor sea la velocidad final del ventilador, menor será la factura eléctrica.

Answer 3

Analizando esto, vamos a modelar el ventilador, para simplificar, como una resistencia, $R_F$ . Modelaremos la fuente como una fuente ideal y colocaremos una resistencia en serie, $R_S$ entre la fuente y el ventilador.

La potencia entregada por la fuente es:

$p_S = \dfrac{V^2}{R_S + R_F}$

Así que, sí, al aumentar la resistencia en serie la potencia total entregada por la fuente disminuye, es decir, se "ahorra" potencia.

Pero, la potencia entregada al ventilador sí lo es:

$p_F = \dfrac{V^2}{(R_S + R_F)^2}R_F$

La relación entre la potencia del ventilador y la potencia de la fuente da una medida de eficiencia:

$\eta = \dfrac{R_F}{R_S + R_F}$

Evidentemente, para $R_F < R_S$ En este caso, se entrega más potencia a la resistencia en serie que al ventilador.

Por lo tanto, mientras que usted está reduciendo la potencia total entregada por la fuente con un divisor de resistencia, también está desperdiciando más potencia (a no ser que realmente se utilice el considerable calor de la resistencia en serie de alguna manera...).

Answer 4

¡Responde a tu propia pregunta! P = V/r^2. Si añades r, reduces P (potencia total consumida). No hay adición de r que pueda -aumentar- P. Por lo tanto, ahorras -un poco- de energía a baja velocidad, aunque la resistencia se caliente.