automaÇÃo de um sistema de climatizaÇÃo para abrigos de equipamentos eletrÔnicos.pdf
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UNIVERSIDADE DE TAUBAT
Fabio Marquini Facchini
AUTOMAO DE UM SISTEMA DE CLIMATIZAO PARA
ABRIGOS DE EQUIPAMENTOS ELETRNICOS
Taubat - SP
2012
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UNIVERSIDADE DE TAUBAT
Fabio Marquini Facchini
AUTOMAO DE UM SISTEMA DE CLIMATIZAO PARA
ABRIGOS DE EQUIPAMENTOS ELETRNICOS
Dissertao apresentada para obteno do Ttulo de
Mestre pelo Curso de Ps-Graduao do
Departamento de Engenharia Mecnica da
Universidade de Taubat.
rea de Concentrao: Automao Industrial.
Orientador: Prof. Dr. Eduardo Hidenori Enari
Taubat - SP
2012
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F137a
Facchini, Fbio Marquini
Automao de um sistema de climatizao para abrigos de
equipamentos eletrnicos. / Fbio Marquini Facchini - 2012.
71f. : il; 30 cm.
Dissertao(Mestrado em Engenharia Mecnica na rea de
Automao e Controle Industrial) Universidade de Taubat.
Departamento de Engenharia Mecnica, 2012
Orientador: Prof. Dr. Eduardo Hidenori Enari,
Departamento de Informtica, Matemtica e Fsica.
1. Sistema de climatizao. 2. HVAC system. 3.
Subestao eltrica pr-fabricada. 4. Abrigo I. Ttulo.
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Fabio Marquini Facchini
AUTOMAO DE UM SISTEMA DE CLIMATIZAO PARA ABRIGOS DE
EQUIPAMENTOS ELETRNICOS
Dissertao apresentada para obteno do Ttulo de
Mestre pelo Curso de Ps-Graduao do
Departamento de Engenharia Mecnica da
Universidade de Taubat.
rea de Concentrao: Automao Industrial.
Orientador: Prof. Dr. Eduardo Hidenori Enari
Data:_______________
Resultado:___________
BANCA EXAMINADORA
Prof. Dr. Eduardo Hidenori Enari UNITAU
Assinatura _________________________________
Prof. Dr. lvaro Manoel de Souza Soares UNITAU
Assinatura _________________________________
Prof. Dr. Rosinei Ernesto Ribeiro FATEA/CERJ
Assinatura _________________________________
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Dedico este trabalho para a minha querida esposa Daniela, que sem ela no teria chego at
aqui, e a minha famlia, pela presena em minha vida que sem eles eu no seria nada.
Fao uma dedicatria especial ao meu filho Giovanni Revez Facchini, um lindo presente
de Deus e de minha amada esposa, que o nascimento me motivou a terminar este mestrado e a
jamais desistir, sendo a finalizao deste trabalho somente possvel ao nascimento de meu
filho.
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AGRADECIMENTOS
Este trabalho estaria inacabado sem a meno a pessoas, cujo apoio e incentivo
influenciaram-me durante a sua confeco.
Ao Prof. Dr. Eduardo Enari, pela habilidade e inteligncia na orientao deste trabalho.
Aos Professores do curso de Mestrado em Automao Industrial, pela sbia conduo das
disciplinas apresentadas no curso Mestrado em Engenharia Mecnica e pela experincia e
ensinamentos transmitidos durante suas aulas.
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RESUMO
O objetivo deste trabalho foi desenvolver um sistema para atender as
necessidades de controle e automao de um sistema de climatizao para abrigos de
equipamentos eletrnico, contemplando o controle dos nveis de umidade, de temperatura
e a eliminao de partculas de poeira suspensa no ar.
Existe uma ampla gama de tipos de abrigos, como subestaes pr-fabricadas, data-
centers, shelters de telecomunicao, salas eltricas, dentre outros. Ao abrigar
equipamentos eltricos em funcionamento, a quantidade e acumulo de energia trmica no
interior do ambiente onde se localizam ocasiona a elevao da temperatura a nveis
inaceitveis ao bom funcionamento dos equipamentos abrigados. Alm disso, a umidade e
a existncia de particulados no ambiente podem causar a deteriorao dos componentes
eletrnicos. Por esse motivo inevitvel a utilizao de um sistema de climatizao para
proteo desses equipamentos.O ato de refrigerar, desumidificar, purificar e renovar o ar
permite o aumento da vida til dos equipamentos instalados no interior desses abrigos.
O projeto desenvolvido neste trabalho para automatizao de um sistema de
climatizao foi aplicado a uma subestao eltrica pr-fabricada para uma indstria do
ramo de minerao.Inicialmente realizou-se um estudo das exigncias que o sistema de
climatizao teria que atender. Realizou-se uma modelagem do sistema levando-se em
conta os requisitos do projeto e, para que o sistema fosse aplicado em campo, a lgica de
programao foi testada em fbrica por meio do software de programao do CLP e
posteriormente comissionado antes da entrega final em campo. O teste de campo consistiu
em ligar o sistema automatizado de climatizao e simular todo o funcionamento e
condies de falhas possveis, certificando que as respostas do sistema estivessem dentro
das especificaes definidas durante o projeto.
O sistema desenvolvido encontra-se em funcionamento e serve de modelo para o
desenvolvimento de novos projetos de climatizao.
Palavras-chave: abrigo, sistema de climatizao, subestao eltrica pr-fabricada.
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ABSTRACT
The aim of this study was to develop a system to attend the needs of automation and
control of a cooling system for electronic equipment shelters, including the control of
humidity, temperature and elimination of dust particles suspended in air.
There is a wide range of types of shelters, such as prefabricated substations, data
centers, telecom shelters, electrical rooms, among others.
In house electrical equipment in operation, the amount and accumulation of heat inside
this type o shelters where they are located causes the temperature rise to unacceptable levels
for the proper functioning of equipment housed. Moreover, the presence of moisture and
particulates in the environment may cause deterioration of electronic components and so it is
inevitable to use a cooling system for protection of such equipment.
The act of cooling, dehumidify, purify and renew the air permit to increase the lifetime
of the equipment installed inside these shelters.
The project developed in this work for automation of a cooling system was applied to
an electrical substation for a prefab industry mining sector.
Initially we carried out a study of the requirements that the HVAC system and would
have to attend before the system was applied in the field, the programming logic was tested at
the factory through the PLC programming software and subsequently commissioned before
final delivery in field.
The field test was to connect the automated climate control and simulate the entire
operation and fault conditions possible, ensuring that the system responses were within the
specifications established during the project.
The system is designed for operation and serves as a model for the development of
new draft cooling.
Keywords: shelter, HVAC system, electrical substation prefab.
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Montagem de equipamentos internos ao Eletrocentro. (EMERSON, 2012) ........................................... 17 Figura 2: Equipamentos instalados internos ao Eletrocentro. (EMERSON, 2012) ................................................ 18 Figura 3: Segregao por diferencial de presso (CAPULLI, 1992) ...................................................................... 23 Figura 4: Sistema de Pressurizao ...................................................................................................................... 24 Figura 5: Filtro Rotativo Automtico F100 (TROX, 2012) ...................................................................................... 26 Figura 6: Damper Regulador de Vazo ................................................................................................................. 27 Figura 7: Dissipao trmica em um dispositivo eletrnico (HUMPHRIES, 2006). ............................................... 28 Figura 8: Curvas dos vrios tipos de termopar (NEUHAUS, 2007) ....................................................................... 33 Figura 9: Arquitetura Proposta ............................................................................................................................... 36 Figura 10: Fluxograma da Metologia ..................................................................................................................... 37 Figura 11: Unidade Evaporadora40RT e Unidade Condensadora 38AB - Fabricante Carrier (CARRIER, 2011) . 39 Figura 12: Diagrama Eltrico da mquina de ar condicionado Desenho Springer Carrier No. 11702410 .......... 40 Figura 13: Caixa de Ventilao (TROX, 2012)....................................................................................................... 41 Figura 14: Vista lateral de locao dos equipamentos na planta. .......................................................................... 42 Figura 15: Vista superior de locao dos equipamentos na planta. ...................................................................... 42 Ilustrao 16: Sensor de temperatura e umidade RHT-DW da empresa NOVUS [34] .......................................... 44 Figura 17: Diagrama de Processo do Sistema de Climatizao ............................................................................ 47 Figura 18: Interligao do Controlador .................................................................................................................. 53 Figura 19: Faixas para o controle da temperatura ................................................................................................. 55 Figura 20: Fluxograma do controle automtico das mquinas de ar condicionado ............................................... 57 Figura 21: Fluxograma dos sensores de controle de processo. ............................................................................ 58 Figura 22: Diagrama de bloco do programa de controle ........................................................................................ 62 Figura 23: Tela da simulao feita no software LOGO! Soft Comfort (LOGO!, 2005) ........................................... 63 Figura 24: Presso interna do Eletrocentro ........................................................................................................... 65
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LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
Pa Pascal, unidade de medida de presso;
CH Computador Hospedeiro
CLP Controlador Lgico Programvel
IHM Interface Homem-Mquina
NA Normalmente Aberto
NF Normalmente Fechado
RAM Random Access Memory
ROM Read Only Memory
RTU Remote Terminal Unit
SDAEI Sistema de Deteco, Alarme e Extino de Incndio
UCP Unidade Central de Processamento
ULA Unidade de Lgica e Aritmtica
UC Unidade de Controle
Vref Tenso de referncia
AC Ar Condicionado
TT Transmissor de Temperatura
MT Transmissor de Umidade
ZSH Chave fim de curso
PDS Sensor diferencial de presso Chave
FSL Chave de fluxo de baixo
PDI Indicador diferencial de presso
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DI Entrada Digital
DO Sada Digital
AI Entrada Analgica
PDT Transmissor diferencial de presso
UPS Sistema ininterrupto de energia
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SUMRIO
1. INTRODUO ................................................................................................................13
1.1. OBJETIVO ........................................................................................................................14
2. REVISO DA LITERATURA ........................................................................................15
2.1. ABRIGOS PARA EQUIPAMENTOS ELETRNICOS .............................................. 15
2.2. SISTEMA DE CLIMATIZAO ................................................................................ 19
2.2.1. Componentes: ............................................................................................................... 19
2.3. PRESSURIZAO ...................................................................................................... 22
2.3.1. Sistema de Pressurizao .............................................................................................. 22
2.3.2. Componentes do Sistema de Pressurizao .................................................................. 25
2.3.2.1. Filtro rotativo ......................................................................................................... 25
2.3.2.2. Damper regulador de vazo ................................................................................... 26
2.3.2.3. Ventilador .............................................................................................................. 27
2.4. DISSIPAO TRMICA E UMIDADE ..................................................................... 28
2.5. SENSORES ................................................................................................................... 30
2.5.1. Sensor de Presso .......................................................................................................... 31
2.5.2. Sensores de temperatura................................................................................................ 32
2.6. CONTROLADOR LGICO PROGRAMAVEL ......................................................... 33
3. PROPOSIO .................................................................................................................35
4. MATERIAIS E MTODOS ............................................................................................37
4.1. METODOLOGIA ......................................................................................................... 37
4.2. MATERIAIS ................................................................................................................. 39
4.2.1. Mquina de ar condicionado selecionada ..................................................................... 39
4.2.1.1. Diagrama eltrico da mquina de ar condicionado ............................................... 40
4.2.2. Sistema de Pressurizao .............................................................................................. 40
4.2.3. Controlador lgico programvel - CLP ........................................................................ 43
4.2.4. Transmissor de temperatura e umidade ......................................................................... 43
4.2.4.1. Detalhes do Produto[34] ........................................................................................ 44
5. DESENVOLVIMENTO ...................................................................................................46
5.1. DESCRIO DO SISTEMA ....................................................................................... 46
5.2. SISTEMA DE CLIMATIZAO ................................................................................ 50
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5.2.1. Bases de clculo ............................................................................................................ 50
5.2.2. Clculo .......................................................................................................................... 51
Penetrao de calor por conduo ............................................................................................ 51
Radiao Solar .......................................................................................................................... 51
Outros fatores considerados ...................................................................................................... 51
Carga trmica dos equipamentos .............................................................................................. 51
Resultadados de clculos de carga trmica ............................................................................... 52
5.3. CONTROLE MANUAL ............................................................................................... 52
5.4. CONTROLE AUTOMTICO ...................................................................................... 54
5.5. PROGRAMA DE CONTROLE ................................................................................... 59
5.6. RESULTADOS E DISCUSSO ................................................................................... 63
6. CONCLUSES .................................................................................................................67
REFERNCIA BIBLIOGRFICA ................................................................................................69
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1. INTRODUO
Atualmente existem vrios tipos de abrigos para equipamentos eletrnicos como shelters
de telecomunicao, datacenters, eletrocentros e gabinetes outdoors. Esses abrigos tem por
objetivo proteger os equipamentos eletrnicos que so sensveis as variaes das intempries
do ambiente externo, como umidade e temperatura. Em algumas aplicaes como os abrigos
utilizados pela indstria de minerao, onde o ambiente externo possui grandes quantidades
de partculas do prprio minrio processado suspensas, faz se necessrio o tratamento do ar
externo, antes de inseri-lo no ambiente interno desses abrigos.
Tanto as partculas de minrio quanto a umidade excessiva em contato com equipamentos
eletrnicos sensveis de automao, controle e comunicao causam o desgaste e a oxidao
dos circuitos eletrnicos diminuindo assim a vida til desses equipamentos. (RIEDER, 2009)
Os equipamentos eletrnicos instalados no abrigo causam o aquecimento do ambiente, o
que, juntamente com a humidade e a presena de particulados, podem causar problemas a
esses equipamentos, se estiverem nveis prejudiciais aos equipamentos eletrnicos.
Nesse sentido, este trabalho buscou desenvolver um sistema automatizado de climatizao
que respondesse s necessidades de controle e automao de um sistema de climatizao para
abrigos de equipamentos eletrnicos. O sistema proposto deve controlar a umidade excessiva
e elevada temperatura, alm da eliminao de partculas de poeira suspensas no ar, a fim de
proteger os equipamentos eletrnicos abrigados.
A motivao deste trabalho foi a falta de um padro nos projetos de subestaes pr-
fabricadas que atendesse as necessidades de controle e automao de um sistema de
climatizao para abrigos de equipamentos eletrnicos, em que se pode controlar a umidade
excessiva, variao e elevada temperatura e eliminao de partculas de poeira suspensa no ar,
e permitisse a sua reconfigurao para utilizao em outros abrigos de equipamentos, com
diferentes exigncias de controle do ambiente.
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1.1. OBJETIVO
O objetivo principal deste trabalho foi desenvolver um sistema para atender as
necessidades de controle e automao de um sistema de climatizao para abrigos de
equipamentos eletrnicos em que podemos controlar a umidade excessiva e elevada
temperatura e eliminao de partculas de poeira suspensa no ar.
Para atingir o objetivo principal fez-se necessrio atingir os seguintes objetivos
especficos:
Desenvolver um sistema de pressurizao compatvel com o tipo de ambiente
agressivos, encontrados nos mais diversos locais em que se encontram instalados
os abrigos.
Aplicar os conhecimentos em lgica de programao para desenvolver um
programa de controle propcio s mquinas de ar condicionado utilizadas.
Propor um sistema de controle e monitoramento do sistema de climatizao,
acoplado a um sistema de pressurizao e tratamento do ar interno dos abrigos.
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2. REVISO DA LITERATURA
2.1. ABRIGOS PARA EQUIPAMENTOS ELETRNICOS
Abrigos so basicamente salas destinadas a proteger equipamentos eletrnicos tais
como: equipamentos de potncia, controle e comunicao, das intempries do ambiente
externo. Os abrigos so em sua maioria equipados com iluminao, sistema ininterrupto de
energia - UPS, energia auxiliar, fontes de energia, painis de comando, equipamentos de
radiofreqncia, sistema de deteco e combate a incndio. Os equipamentos eletrnicos
embarcados nos abrigos, quando em funcionamento, dissipam grande quantidade de energia
trmica. (EMERSON, 2012)
Os abrigos so projetados para acolher equipamentos de diferentes tipos de reas de
aplicao tais como sistemas eltricos de potncia, instrumentao, controle, de comunicao
(monitorao e superviso) e banco de dados. Eles so instalados nos mais diferentes
ambientes, como dentro de indstrias de minerao, em centros urbanos, prximos a matas e
rios, sobre plataformas martimas, e em regies com os mais diversos tipos de climas, como
regies muito quentes ou frias e de grande quantidade de umidade e poeira.
Os sistemas construtivos dos abrigos so formados por estruturas totalmente fechadas que
dificultam a dissipao da energia trmica sobre os componentes eletrnicos, que na maioria
so de baixa potncia e produzem quantidades desprezveis de calor em sua operao. Porm,
alguns dispositivos, tais como transistores de potncia, computadores e diodos de potncia,
produzem uma quantidade significativa de calor. Nesse caso, podem ser necessrias medidas
para controlar a temperatura a fim de prolongar sua vida til e aumentar a confiabilidade dos
equipamentos.
Ao se considerar um componente eletrnico que produz calor em isolamento, ento,
durante a operao, sua temperatura subir at que o calor produzido dentro do dispositivo se
torne igual ao calor perdido para as adjacncias, e o dispositivo tenha atingido o equilbrio. A
taxa de perda de calor de um objeto quente governada aproximadamente pela Lei do
Resfriamento de Newton - que afirma que a taxa de perda de calor proporcional diferena
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de temperatura entre o corpo e as adjacncias. Conforme a temperatura do componente sobe,
a perda de calor aumenta. Quando a perda de calor por segundo iguala o calor produzido por
segundo dentro do componente, o dispositivo atingir sua temperatura de equilbrio. Essa
temperatura pode ser alta o bastante para encurtar a vida do componente ou mesmo fazer com
que o dispositivo falhe.
Alm da elevada temperatura sobre os equipamentos eletrnicos, a corroso dos
equipamentos eletrnicos como os sistemas de transmisso e distribuio de energia eltrica,
causada pelos particulados suspensos no ar ambiente em conjunto com a umidade relativa,
comum em um ambiente sem sistema de climatizao adequado. Tais fatores causam
prejuzos econmicos decorrentes da necessidade de reposies de peas e paradas de
processo. Brusamarello et al. (apud RIEDER, 2009) apontam que pases industrializados
como os EUA apresentam prejuzos da ordem de 300 bilhes de dlares anuais, se calculado
os efeitos diretos e indiretos da falha dos equipamentos. Tais valores superam catstrofes
como enchentes e fogo naquele mesmo pas.
Cappulli (1992) estima que os prejuzos causados pela corroso para um pas
industrializado girem em torno de aproximadamente 3,5% do seu PIB. Estima-se que no
Brasil os prejuzos decorrentes da corroso ultrapassem 30 bilhes de dlares anuais.
(RIEDER, 2009)
nesses casos que medidas de gerenciamento das condies ambientais precisam ser
tomadas dentro dos abrigos.Tais medidas devem ser aplicadas a um circuito completo ou
dispositivo que incorpore o controle da temperatura devido ao calor produzido por
componentes individuais, bem como os nveis de umidade e de existncia de particulados no
ar ambiente dos abrigos.
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Figura 1: Montagem de equipamentos internos ao Eletrocentro. (EMERSON, 2012)
O uso de equipamentos de ar condicionado, filtragem e pressurizao so imprescindveis
nos abrigos a fim de reduzir alm do fator trmico, os efeitos da corroso nos equipamentos
instalados. Geralmente os sistemas integrados armazenam equipamentos de alta dissipao de
potncia, fazendo com que as temperaturas sejam elevadas em um curto espao de tempo. A
confiabilidade do sistema de refrigerao deve ser a mais alta possvel para que no
prejudique diretamente os equipamentos e a produo (ANSI/ISA-S71.04. 1985).
Na Figura 2 pode-se ver a distribuio dos equipamentos dentro de um tipo de abrigo, os
Eletrocentros.Os Eletrocentros so subestaes pr-fabricadas para abrigo de equipamentos de
automao e distribuio de potncia dentro de indstrias.
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Figura 2: Equipamentos instalados internos ao Eletrocentro. (EMERSON, 2012)
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2.2. SISTEMA DE CLIMATIZAO
O Sistema de climatizao em um abrigo importante por dois motivos: controlar a
temperatura e a umidade sobre os equipamentos abrigados.
O sistema de climatizao deve possuir ar condicionado com a finalidade de extrair o calor de
uma fonte quente, transferindo-o para uma fonte fria. Isto possvel por meio do sistema
evaporador e condensador. O ar quente do ambiente aspirado pelo ventilador passando pelo
filtro para retirada de partculas de poeira suspensa no ar. Depois passa pelo evaporador que
refrigera o ar e finalmente o ar retorna para o ambiente mais limpo e refrigerado. Quando o ar
passa pelo evaporador ele perde umidade. (MENDES, 1984)
Por motivos de segurana os abrigos so equipados com redundncia de 100% sobre os
aparelhos de ar condicionado. Isso visa a alternncia entre os aparelhos, o que aumenta a vida
til dos aparelhos, e para o caso de falha de uma mquina, a outra tomaria conta da
refrigerao, operando todo o tempo necessrio, at o concerto ou troca da mquina
danificada.
2.2.1.Componentes:
Segundo Pirani (2005), um sistema de climatizao deve possuir:
a) Ventilador
Em um aparelho de ar condicionado existe o ventilador eltrico, para forar a passagem do
ar. Comumente, utiliza-se um motor com eixo duplo, sendo numa extremidade, colocado um
ventilador do evaporador e noutra o ventilador do condensador.
b) Grupo Refrigerador
formado por compressor, evaporador e condensador.
c) Sensor de temperatura e umidade
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Tem por finalidade medir as grandezas de temperatura e umidade ambiente, informando a
todo tempo a medidas no interior do abrigo. O elemento sensor deve ser colocado em contato
com o ar ambiente que aspirado pelo ventilador. O elemento sensor de medio das
grandezas internas deve ser colocado prximo a grelhas de retorno do ar ambiente e no nas
grelhas de sada do ar em um aparelho de ar condicionado.
O ciclo de refrigerao comea pelo compressor que aspira ao fluido refrigerante do
evaporador e o comprime da sada do compressor at a vlvula de expanso. Um ventilador
fora a troca do calor com o ambiente externo, neste ponto o fluido passa do estado gasoso
para o estado lquido. Quando isso ocorre a vlvula de expanso libera o fluido refrigerante no
lado do evaporador, onde o fluido sofre uma queda brusca de presso e evapora, retirando o
calor do ambiente. Ento, novamente o fluido aspirado pelo compressor. Isso acontece num
clico constante.
Em um ciclo de refrigerao por compresso, existem basicamente quatro componentes
principais:
Compressor;
Condensador;
Dispositivo de expanso (vlvula de expanso);
Evaporador.
O fludo refrigerante, na forma de lquido saturado, passa pelo dispositivo de expanso
(vlvula de expanso), onde submetido a uma queda de presso brusca, e passa a ter dois
estados, o lquido e o gasoso. O fludo refrigerante, nesse ponto, denominado de flash gs.
Ento o fludo conduzido pelo evaporador, onde absorver calor do ar ambiente a ser
refrigerado, vaporizando-se.
Na sada do evaporador, na forma de gs, o fludo sugado pelo compressor, que eleva
sua presso (e temperatura), para que possa ser conduzido atravs do condensador. Este
ceder calor ao ambiente externo, condensando o fludo e completando o ciclo. O ventilador
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efetua a circulao de ar, fazendo com que o ar a ser resfriado entre em contato com a
serpentina do evaporador.
A evaporao a etapa em que o fludo refrigerante entra na serpentina do evaporador,
como uma mistura predominantemente lquida. O ventilador fora a passagem do ar ambiente
pela superficie dos tubos da serpentina, aumentando a velociade da troca do calor ambiente,
com o fludo refrigerante. Ao receber calor, o fludo saturado vaporiza-se, utilizando-se do
calor latente para poder maximizar a troca de calor.
A funo do compressor comprimir o fludo refrigerante, elevando a presso do fludo.
Em um ciclo ideal, a compresso considerada adiabtica reversvel (isoentrpica), ou seja,
desprezam-se as perdas. Na prtica, perde-se calor ao ambiente nessa etapa, porm, no
significativo em relao potncia de compresso necessria.
A condensao a etapa aonde ocorre rejeio de calor do ciclo. No condensador, o
fludo na forma de gs saturado condensado ao longo do trocador de calor, que em contato
com o ar cede calor ao meio ambiente.
A expanso a etapa aonde ocorre uma perda de presso brusca, porm controlada, que
vai reduzir a presso do fludo da presso de condensao, para a presso de evaporao. Em
um ciclo ideal, ela considerada isoentlpica: despreza-se as variaes de energia cintica e
potencial.
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2.3. PRESSURIZAO
2.3.1.Sistema de Pressurizao
O objetivo da pressurizao de manter o ar ambiente interno dos abrigos de
equipamentos eletrnicos livre de contaminantes externos, como poeiras provenientes do
ambiente externo. Isso evita que esses contaminantes, no interior dos abrigos, possam se
acumular sobre os circuitos eletrnicos, o que aumenta o processo de corroso, conforme
(ANSI/ISA-S71.04. 1985), podendo at causar curto circuito, dependendo do tipo de
particulado suspenso no ar.
Um espao considerado pressurizado quando recebe um suprimento continuo de ar, que
possibilite manter um diferencial de presso entre esse espao e os adjacentes. Isso feito
preservando-se um fluxo de ar atravs de uma ou vrias trajetrias de escape, que conduzem o
ar para o exterior do ambiente pressurizado. (IT-13/2011)
Para proteger os abrigos de contaminaes provenientes de ambientes adjacentes, com
menor nvel de limpeza, as salas devem ser mantidas a presses estticas maiores que a
presso do ambiente externo, para prevenir infiltraes. O volume de ar insuflado deve ser
suficiente para o nmero de pessoas que trabalham na sala, assim como deve ser suficiente
para manter o ambiente pressurizado. Deve-se levar em conta o ar de retorno e as fugas por
frestas. Existem basicamente trs tipos de sistemas de segregao de ambientes, definidos
pela (ISO 14644-1999), que so: a) Deslocamento (baixo diferencial de presso, alto fluxo de
ar), b) diferencial de presso (alto diferencial de presso, baixo fluxo de ar) e c) barreiras
fsicas.
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Figura 3: Segregao por diferencial de presso (CAPULLI, 1992)
Nos abrigos de equipamentos eletrnicos, aplica-se a segregao de ambiente, tipo
diferencial de presso, no interior do ambiente da sala. Esse diferencial de presso
responsvel pela formao de fluxos de ar nas frestas do ambiente, evitando a infiltrao de
contaminantes, de acordo com a Figura 3.
O diferencial de presso recomendado de 15 a 30 Pa, permitindo assim a abertura de
portas, e evitando a formao de fluxos turbulentos que podem gerar refluxos para o interior
do ambiente.
Para calcular a pressurizao de um ambiente fechado necessrio assumir uma diferena
de presso, que no caso dos abrigos giram em torno de 25 Pa.
Como os abrigos so hermeticamente fechados, instalado numa das paredes um damper
regulador de vazo, para sada do ar insuflado e para a regulagem da presso interna da sala.
O balano de massa fica:
damperexternoar retornoinsuflado VVVV Equao 1
Onde:
Vdamper a vazo de ar pelo damper regulador de vazo;
Vinsuflado a vazo de ar externa insuflado no exterior da sala;
Var externo a tomada de ar externa;
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Vretorno a vazo de ar que retorna para as mquinas de ar condicionado.
Aplicando a equao de Bernoulli para a vazo de ar externa tem-se:
25,0 vdP Equao 2
Onde:
P a diferena de presso admitida;
d densidade de ar (1,2kg/m3);
v a velocidade de escoamento.
Portanto, a velocidade de escoamento mnima para 15Pa v = 25 m/s
Figura 4: Sistema de Pressurizao
FONTE: O Autor
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Para determinao do primeiro valor de suprimento de ar, necessrio para obteno de um
diferencial de presso entre o ambiente a ser pressurizado e os ambientes contguos, deve-se
adotar a Equao 3. Essa equao, depende diretamente da rea de restrio e do diferencial
de presso, entre os ambientes contguos. A rea de restrio, determinada pelo escape de ar
para fora do espao a ser pressurizado, quando o ar passa, por exemplo, pelas frestas.
NPAP
1827,0 Equao 3
Onde:
Q o fluxo de ar (m3/s)
A a rea de restrio (m2)
P o diferencial de presso (Pa)
N um ndice de vazo de ar pelas frestas
No caso de frestas em vos estreitos, tais como frestas em torno de janelas, N = 1,6 e para
portas N=2. Para efeitos de calculo, nesta dissertao, considera-se o pior caso que N=2,
conforme instruo tcnica nmero 13/2011.
2.3.2.Componentes do Sistema de Pressurizao
2.3.2.1. Filtro rotativo
Como o sistema de pressurizao capta ar externo para pressurizar e fazer a troca de ar
interna do abrigo, e o ar externo carregado de partculas suspensas, foram utilizados dois
tipos de filtros. O primeiro um filtro de ar do tipo rotativo automtico para separao da
sujeira grossa, e o segundo um filtro de ar tipo bolsa, classe F1 conforme NBR-6401/1980
(NBR 6401/1980). Os dois filtros forampostos em srie.
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26
O filtro de ar do tipo rotativo (TROX, 2012) garante a durabilidade do sistema sem que
haja manuteno precoce, aumentado assim o tempo necessrio para troca do filtro e de
parada do sistema para manuteno. Isso porque seu sistema construtivo, que consiste numa
manta de material filtrante classe G3, montada sobre um tambor cilndrico (1) rotativo,
apoiado numa das pontas de um quadro (2) e na outra ponta montado outro rolo com um
motor, para ir desenrolando de um lado e enrolando o filtro no outro, conforme o filtro for
saturado por particulados. Parte da manta estendida sobre o quadro (2), por onde passa o ar a
ser filtrado, e um sensor diferencial de presso (3) detecta o aumento da queda de presso
sobre o filtro, assim que esse for sendo saturado, e aciona o motor que desenrola de uma ponta
e enrola o filtro na outra ponta, at que toda a manta estendida for substituda (a parte saturada
por uma nova), conforme Figura 5.
Figura 5: Filtro Rotativo Automtico F100 (TROX, 2012)
2.3.2.2. Damper regulador de vazo
O damper regulador de vazo, um dispositivo que regula a passagem do ar, por meio da
abertura e fechamento da passagem do ar, atravs de aletas montadas em um quadro instalado
na sada do ar interno, para o ambiente externo. A regulagem da presso interna do abrigo
-
27
feita pela abertura do damper regulador de vazo, juntamente com um sensor diferencial de
presso, para o ajuste da presso.
Figura 6: Damper Regulador de Vazo
FONTE: O Autor
2.3.2.3. Ventilador
Os ventiladores so mquinas que, por meio de rotao de um rotor provido de ps
adequadamente distribudas e acionado por um motor, permitem transformar a energia
mecnica do rotor, em formas de energia potencial de presso e de energia cintica. Com essa
energia produzida, o ar torna-se capaz de vencer as resistncias a sua passagem, produzidas
pelo atrito com os filtros, grelhas e dutos de distribuio.
Para especificar um ventilador necessrio saber qual a vazo de ar a ser fornecida
(Q) e a presso total aplicada ao ar (Pt). A vazo o volume de ar fornecido pelo ventilador na
unidade de tempo. J a presso total aplicada ao ar indica a energia total recebida pelo ar e por
isso o ar pode escoar ao longo dos dutos e atravs dos filtros.
-
28
2.4. DISSIPAO TRMICA E UMIDADE
O controle e monitoramento, tanto da temperatura quanto da umidade dentro de abrigo,
so obrigatrios para prolongar e evitar danos a equipamentos eletrnicos sensveis.
Tanto a temperatura, quanto a umidade, possuem efeitos devastadores sobre equipamentos
eletrnicos. Alm disso, esses equipamentos dissipam grandes quantidades de energia trmica,
que em ambientes fechados, s faria aumentar a temperatura interna, chegando a uma
temperatura critica para o bom funcionamento e a confiabilidades desses equipamentos, se
no houvesse o sistema de climatizao. Um exemplo da distribuio de calor, causada pelo
funcionamento de um dispositivo eletrnico, apresentado pela Figura 7.
Figura 7: Dissipao trmica em um dispositivo eletrnico (HUMPHRIES, 2006).
Os dispositivos semicondutores possuem um limite terico para a sua temperatura interna
mxima de funcionamento, chamada de temperatura intrnseca. A temperatura intrnseca a
temperatura na qual a densidade de portadores intrnsecos, na regio mais levemente dopada
do dispositivo, se iguala densidade de portadores dopantes da regio. Por exemplo, em
regies levemente dopadas de um diodo de silcio, a temperatura intrnseca em torno de
280C. Se essa temperatura for excedida, as propriedades retificadoras da juno se perdem.
(HUMPHRIES, 2006)
-
29
Enquanto as pessoas, em geral, toleraram flutuaes moderadas da temperatura, o mesmo
no acontece para os equipamentos eletrnicos. Se a temperatura de uma zona crtica
demasiadamente alta ou baixa, a integridade da informao e a confiabilidade da operao
podero estar comprometidas. Ademais, os equipamentos eletrnicos geram calor, o que faz
aumentar a dificuldade de controlar a temperatura de maneira precisa. Para impedir o
sobreaquecimento, que pode danificar os delicados circuitos, ou anular a garantia do
fabricante, os fabricantes de equipamentos de informtica, telecomunicaes e demais
equipamentos eletrnicos, especificam tolerncias de temperatura estreitas, em geral dentro de
uma faixa de 22-24 C ( 2 C).
O controle da umidade relativa, em zonas critica, to importante quanto regular a
temperatura. As normas ambientais, para muitos tipos de equipamentos, demandam uma
umidade relativa de 45-50%, com uma variao mxima de () 5% por hora (NEUHAUS,
2007). O excesso de umidade no ar faz com que ocorra a condensao da umidade sobre
circuitos eletrnicos. Essa condensao, combinada com taxas de contaminantes no ar,
aumenta a corroso, a qual poder causa defeitos e falhas nos equipamentos (NEUHAUS,
2007).
O efeito da corroso dos contatos e componentes em placas de circuitos impresso,
causados pela umidade, so da ordem de 30-40% de todos os defeitos em equipamentos
eletrnicos (NEUHAUS, 2007). O excesso de umidade tambm poder causar aumento de
tamanho em papis, criando graves problemas na operao de qualquer dispositivo que utilize
tais papis, tal como impressoras, copiadoras, etc.. fato irrefutvel que todo equipamento
eletrnico, exposto umidade, sofre com a oxidao e a corroso dos seus conectores,
contatos, gabinetes e placas de circuito impresso.
Uma umidade excessivamente baixa um problema to grande quanta a umidade alta. Em
um ambiente com o ar muito seco, podem ocorrer fagulhas devido eletricidade esttica, as
quais podero causar estragos nos equipamentos, danificando componentes e confundir o
processamento de informaes. Nos equipamentos magnticos, tais como discos e fitas,
-
30
podem ocorrer desprendimento de oxido, aumentando assim a possibilidade de alterar ou
perder de dados.
Uma vez visto a importncia do sistema de ar condicionado num ambiente que abriga
diversos equipamentos eletrnicos de alto valor agregado, percebe-se a necessidade que tem o
controle do sistema de climatizao ser confivel e eficaz.
O custo do resfriamento de um abrigo para equipamentos eletrnicos sensveis irrisrio,
se comparado ao custo dos prprios equipamentos protegidos, e principalmente quando se
leva em conta ainda os custos desses equipamentos parados, por motivo de manuteno.
Levando-se em conta as situaes em que os equipamentos encontram-se em locais de difcil
acesso, ou distantes, como acontece nos equipamentos voltados indstria da minerao, os
custos com deslocamento de equipes e equipamentos de manuteno tambm devem ser
levados em conta.
2.5. SENSORES
Todo controle automatizado comea com a medio de parmetros de ambiente, com uma
taxa de aquisio de dados cuja frequuncia definida de acordo com especificaes tcnicas
do projeto, e sistema necessrios para o bom funcionamento dos equipamentos abrigados. O
processo de medio uma cadeia de sensores, transdutores, converso analgica para digital
e softwares de processamento.
Erros e incertezas em qualquer ponto da cadeia podem afetar a preciso da medio e,
finalmente, a capacidade do sistema de controle. Para ambos os sistemas de controle digital
direto (DDC) e industrial, a maior fonte de impreciso normalmente o prprio sensor.
Sensores de temperatura, umidade, vazo e presso so usados na medio de grandezas
fsicas em abrigos. Sensores comerciais tm um requisito de preciso mnima, mas
normalmente so escolhidos pelo seu baixo custo. Indstrias geralmente utilizam controles
mais precisos e dispositivos robustamente embalados.
-
31
Os controladores lgicos aceitam diversos tipos de sinais de entrada proveniente dos
sensores de temperatura, umidade, vazo e presso como 0-10 VDC, 4-20 mA ou sinais
digitais de estado 0 e 1 ( ligado / desligado).
Os tipos de sensores utilizados neste trabalho, para medio das grandezas fsicas
necessrias para o controle do processo, conforme sugeridos por (THOMAZINI, 2009) so
apresentados nas sees seguintes:
2.5.1.Sensor de Presso
Um sensor de presso mede a presso, tipicamente de gases ou lquidos. A presso
uma expresso da fora necessria para parar a expanso de um fluido. As medidas de presso
do cotidiano, como a presso dos pneus de um automvel, so normalmente feitas em relao
presso do ar ambiente. Em outros casos, as medies podem ser feitas em relao a um
vcuo ou a alguma outra referncia. Em linhas gerais, a presso pode ser definida como uma
fora por unidade de rea que um material exerce sobre o outro, cujas unidades comuns para
quantific-la so: psi (lb/in2) e Pa (N/m2).
Um sensor de presso normalmente atua como um transdutor, que gera um sinal em
funo da presso imposta. (KILIAN, 2004).
Sensores de presso so usados no controle e monitoramento em milhares de aplicaes
dirias. Sensores de presso tambm podem ser usados para medir indiretamente outras
variveis, tais como fluido/gs de fluxo, velocidade, nvel de gua, e altitude. (KILIAN, 2004)
Sensores de presso so compostos por duas partes:
Converso de presso numa fora ou deslocamento.
Converso de fora ou deslocamento em sinal eltrico.
Pode-se definir a Presso diferencial como a diferena de presso entre dois pontos,
distintos no circuito.Presses diferenciais so comumente usadas nos sistemas de processo
industrial. Medidores de presso diferencial devem ter duas portas de entrada, cada uma
conectada a um dos volumes, cuja presso deve ser monitorada.
-
32
2.5.2.Sensores de temperatura
A seleo do elemento sensor de temperatura mais adequado parecida com a escolha dos
elementos de presso. uma tarefa mais simples, pois no envolve necessariamente as
caractersticas do fluido do processo.
A faixa de medio, com os valores de trabalho, mximo e mnimo da faixa. As medies
de temperaturas muito baixas (< -50 oC) e elevadas (>150 oC) requerem cuidados especiais.
Para aplicao da proposta deste trabalho utilizou-se os termopares que so os sensores
mais encontrados no controle de sistemas de climatizao.Os termopares transformam calor
em um sinal eletrico. As duas extremidades de dois fios de metais diferentes (e.g., ferro e
constantant), so tranadas juntas para formar duas junes, uma de medio e outra de
referncia. Um voltmetro ligado em paralelo ir mostrar uma tenso termeltrica gerada pelo
calor. Esta tenso funo da diferena de temperatura entre a juno de medio e a juno
de referncia, que o princpio da medio da temperatura (NEUHAUS, 2007).
Existem vrios tipos de termopares, designados por letras; cada tipo apresentando maior
linearidade em determinada faixa de medio. Essa variedade de tipos facilita a escolha,
principalmente porque h muita superposio de faixa, havendo uma mesma faixa possvel de
ser medida por vrios termopares (NEUHAUS, 2007). A militenso gerada de corrente
contnua. O termopar polarizado e cada metal corresponde a uma polaridade. Convenciona-
se que o primeiro nome do termo corresponde ao plo (+).
Os tipos mais utilizados so:
tipo J, de Ferro (+) e Constantan (-), com faixa de medio at 900 oC. Para a
identificao, o Fe o fio magntico.
tipo K, de Cromo (+) e Alume1 (-), para a faixa de medio at 1.200 oC, sendo o
Cromo levemente magntico.
tipo T, de Cobre (+) e Constantant (-), para faixa at 300 oC. fcil a identificao
do cobre por causa de sua cor caracterstica.
-
33
tipo S, com a liga (+) de Platina (90%) + Rdio (10%) e Platina pura (-). Atinge
at medio de 1.500 oC e para identificao, platina pura a mais malevel.
tipo R, tambm liga (+) de Platina (87%) + Rdio (13%) e Platina (-), com a
mesma faixa de medio at 1.500 oC e identificando-se a platina pura pela maior
maleabilidade.
Cada curva de termopar diferente entre si e todas possuem regies no-lineares,
conforme exemplo dado pela Figura 10. As curvas so necessrias e teis para a calibrao do
receptor de termopar.
Figura 8: Curvas dos vrios tipos de termopar (NEUHAUS, 2007)
2.6. CONTROLADOR LGICO PROGRAMAVEL
Durante a dcada de 50, os dispositivos eletromecnicos foram os recursos mais utilizados
para efetuar controles lgicos em mquinas. Tais dispositivos, baseados principalmente em
rels, tinham especial importncia na indstria automobilstica, em que a complexidade dos
processos produtivos envolvidos exigia, no raro, instalaes em painis e cabines de controle
com centenas de rels e, conseqentemente, um nmero maior ainda de interconexes deles.
Tais sistemas de controle, apesar de funcionais, apresentavam problemas de ordem
prticas bastante relevantes, como instalaes com grandes dimenses e dificuldade de
projeto e manuteno. Outro fator ainda comprometedor o fato de que a programao lgica
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34
do processo controlador era realizada por interconexes eltricas com lgica fixa.Eventuais
alteraes na mesma exigiam interrupes no processo produtivo a fim de se interligarem-se
os elementos.
Com o surgimento dos componentes eletrnicos integrados em larga escala surgiram
novas tecnologias para a automao industrial.Assim, a primeira experincia de um controle
de lgica, que permitisse a programao por recursos de software foi realizada em 1968, na
diviso de hidramticos da General Motors Corporation.
Aliado ao uso de dispositivos perifricos capazes de realizar operaes de entrada e sada,
um minicomputador, com sua capacidade de programao, pode obter vantagens tcnicas de
controle, que suplantaram o custo que tal implementao representou na poca. Iniciava-se a
era dos controladores lgicos programvel.
A seguir so apresentados alguns conceitos bsicos do funcionamento de um controlador
lgico programvel:
Variveis de entrada: so sinais externos recebidos pelo controlador, os quais podem ser
oriundos de fontes pertencentes ao processo controlado, ou de comandos gerados pelo
operador. Tais sinais so gerados por dispositivos como sensores diversos, chaves, botoeiras
ou sensores, dentre outros. (SILVEIRA, 1999).
Variveis de sada: so dispositivos controlados por cada ponto de sada do controlador
lgico programvel. Tais pontos podero servir para interveno direta no processo
controlado, por acionamento prprio, ou tambm podero servir para sinalizao de estado.
(SILVEIRA, 1999).
Programa: seqncia especfica de instrues selecionadas de um conjunto de opes,
oferecidas pelo controlador lgico programvel em uso e, que iro efetuar as aes de
controle desejadas. Podem ativar ou no as memrias internas e os pontos de sada do
controlador, a partir da monitorao do estado das mesmas internas e/ou dos pontos de
entrada do controlador. (SILVEIRA, 1999).
-
35
3. PROPOSIO
Este trabalho consiste em um projeto de automao de um sistema de climatizao para
abrigos de equipamentos eletrnicos. Antes da elaborao deste projeto, a automao do
sistema de climatizao era feita por meio de termostato, que ligava ou desligava as mquinas
de ar condicionado, e um rel temporizador para alternncia no funcionamento das mquinas.
O sistema proposto neste trabalho possui maior preciso, versatilidade de mudana no sistema
ou na programao, e a interligao com a rede local para monitoramento, uma vez que os
abrigos funcionam sem a presena de pessoas em seu interior.
O abrigo para qual foi feito este projeto possui suas dimenses de largura, comprimento e
altura na ordem de cinco metros, vinte metros e trs metros respectivamente, a ser instalado
no ambiente de minerao, para distribuio de energia e controle do ptio fabril.
O ambiente ao qual se destina o abrigo agressivo, com grande quantidade de
particulados no ar exterior, poeira proveniente do processo de minerao.
A automao da climatizao contm controle que mantenha a temperatura interna em
22C 2C, a umidade inferior a 50%, alm de pressurizao e tratamento do ar interno, e
deve ser feita por um controlador lgico programvel.
-
36
CLP
ENTRADAS
SADAS
MQUINA DE AR
CONDICIONADO 1
MQUINA DE AR
CONDICIONADO 2
PRESSURIZADOR
TOMADA DE AR EXTERNO
MANUAL SENSORES
DAMPER
REGULADOR DE
PRESSO
REDEABRIGO
Figura 9: Arquitetura Proposta
Fonte: O Autor
-
37
4. MATERIAIS E MTODOS
Neste captulo sero apresentados as caractersticas dos materiais utilizados, e os
procedimentos tomados para a realizao dos ensaios. Foi realizado um estudo para o
dimensionamento de um sistema de climatizao adequado e eficiente de funcionamento.
4.1. METODOLOGIA
A metodologia utilizada para o cumprimento dos objetivos foi baseada no fluxograma
representado na Figura 10.
LEVANTAMENTO DAS NECESSIDADES
PARA O SISTEMA DE CLIMATIZAO
LEVANTAMENTO
BIBLIOGRAFICO
ESPECIFICAO DOS COMPONENTES E
DESENVOLVIMENTO DO DIAGRAMA
ELTRICO DE CONTROLE
DESENVOLVIMENTO DO
SOFTWARE DE CONTROLE
DESENVOLVIMENTO DO
FLUXOGRAMA DE PROCESSO
DESENVOLVIMENTO DO
FLUXOGRAMA DE
FUNCIONAMENTO DO SISTEMA
ENSAIOS VIRTUAIS
DO SOFTWARE
MONTAGEM E ENSAIOS FSICOS
DO SISTEMA INTEIRO
ANALISE E DISCUSSES
DOS RESULTADOS
CONCLUSES
SISTEMA ATENDE
A NECESSIDADE
SIM
NO
Figura 10: Fluxograma da Metologia
-
38
Antes de iniciar o desenvolvimento deste trabalho, foi feito um levantamento do
funcionamento do sistema de climatizao e pressurizao de abrigos existentes, alm do
estudo do funcionamento das mquinas de ar condicionado industriais.
Na etapa levantamento bibliogrfico, foram levantados livros e documentos (artigos e
dissertaes) que pudessem ser utilizados para elaborao do trabalho. Os livros utilizados
foram sobre climatizao, refrigerao, termodinmica, automao e controle e todo o
conhecimento terico necessrio para o desenvolvimento desta dissertao.
O desenvolvimento dos fluxogramas se deu com base no conhecimento adquirido no
levantamento bibliogrfico, e no conhecimento tcito sobre o funcionamento de cada
equipamento de climatizao.
Com base no funcionamento dos equipamentos selecionados, e no fluxograma de
processo, foi dimensionado o CLP e elaborado o diagrama de interligao. Aps essa etapa, o
software foi desenvolvido na plataforma do LOGO! e ensaiado virtualmente na mesma
plataforma.
Aps a montagem de todos os equipamentos do sistema, foram feitos ensaios para
verificar se o sistema funcionava de acordo com o projetado. Para isso os ensaios foram feitos
com base no fluxograma de funcionamento.
Depois dos ensaios, foi verificado se o sistema proposto e o fluxograma de
funcionamento eram adequados para atender os requisitos de funcionamento de um sistema de
climatizao para abrigos de equipamentos eletrnicos, alm de prever e corrigir problemas e
defeitos que poderiam ocorrer aps o sistema entrar em funcionamento, bem como verificar
futuras melhorias e aperfeioamentos.
Durante todas as atividades, decorrentes deste trabalho, foram verificadas melhorias, e
uma preocupao quanto ao atendimento da necessidade de climatizao do abrigo.
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39
4.2. MATERIAIS
4.2.1. Mquina de ar condicionado selecionada
Com base no clculo da carga trmica, e nos dados das mquinas de ar fornecidos pelo
catlogo da CARRIER (CARRIER, 2011), a mquina de ar condicionado selecionada para
este projeto do tipo ROOF TOP, modelo 40RTA300446VH, fornecido pela fabricante
Carrier. Essa mquina foi escolhida por causa da robustez, versatilidade e facilidade de
montagem em campo. Outra vantagem que possvel instalar a unidade condensadora junto
com a unidade evaporadora, no mesmo ambiente, e, com isso, reduzir a interligao
frigorfica, como mostrado na Figura 11.
Figura 11: Unidade Evaporadora40RT e Unidade Condensadora 38AB - Fabricante Carrier
(CARRIER, 2011)
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40
4.2.1.1. Diagrama eltrico da mquina de ar condicionado
Figura 12: Diagrama Eltrico da mquina de ar condicionado Desenho Springer Carrier No.
11702410
4.2.2.Sistema de Pressurizao
A pressurizao do ambiente interno do abrigo feita por uma caixa de ventilao (2), que
aspira o ar externo atravs de uma grelha de entrada (5) e de um ventilador (1). O ar filtrado
com um sistema de dois filtros. Primeiramente um filtro tipo rotativo classe G1 (classificao
conforme EN 779:2002 (EN 779:2002) (4), para retirada de boa parte do particulado
suspenso no ar e um segundo filtro, que um filtro do tipo bolsa classe G3, para filtragem do
restante das partculas que no forem seguras pelo primeiro filtro. Aps esse processo, o ar
limpo e mido levado at o retorno do ar, insuflado dentro da sala.
-
41
Aplicando o ar no retorno do ar insuflado, o ar proveniente do sistema de pressurizao e
refrigerado, ao passar pela condensadora, perde boa parte da umidade antes de entrar no
abrigo. Se o ar interno continuar com humidade acima de 50%, a condensadora continua
ligada, retirando tanto a umidade proveniente do sistema de pressurizao, quanto do ar de
retorno do ambiente interno. Esse processo continua at a umidade cair abaixo de 50%.
Um sensor de diferencial de presso verifica a saturao do filtro rotativo. Sempre que a
queda de presso for aumentando por causa da saturao do filtro, o material filtrante gira, at
que toda superfcie filtrante seja trocada.
Na Figura 13 pode-se ver o esquema de uma caixa de ventilao aplicada ao sistema
de pressurizao:
Figura 13: Caixa de Ventilao (TROX, 2012)
Alm da caixa de ventilao, o sistema de pressurizao conta com um damper
regulador de presso, que constitudo de chapa galvanizada e fornecidos com lminas com
orientao paralela. Esse damper colocado numa abertura feita na parede de um lado do
abrigo. Desse jeito, ao fechar ou abrir as lminas, tem-se um controle da vazo do ar do
interior do ambiente. Desse modo pode-se controlar a presso interna do abrigo, juntamente
com o indicador de presso diferencial (PDI), para uma presso positiva adequada ao sistema.
-
42
Figura 14: Vista lateral de locao dos equipamentos na planta.
Figura 15: Vista superior de locao dos equipamentos na planta.
-
43
4.2.3.Controlador lgico programvel - CLP
O controle do sistema de automao foi desenvolvido utilizando-se o controlador
LOGO! modelo LOGO! 12/24RC da empresa Siemens. Considerou-se um microCLP que
possui oito entradas digitais e dessas oito entradas, quatro podem ser usadas como entradas
analgicas ( 0-10V) e quatro sadas a rele.
Entretanto, no projeto desenvolvido, foi necessria a utilizao dos mdulos de
expanso chamado LOGO! DM8 12/24R, que possui quatro entradas digitais e mais quatro
sadas digitais, alm de um mdulo de comunicao, para interligao com a rede local, pelo
cliente modelo CM AS-Interface.
O controlador foi alimentado por uma fonte 24Vac e as interligaes foram feitas
conforme mostrado na Figura 18.
4.2.4.Transmissor de temperatura e umidade
O transmissor de temperatura e umidade, utilizado neste trabalho, foi o RHT-WM da
empresa NOVUS. Esse transmissor incorpora sensores de alta preciso e estabilidade,
para medio de temperatura e umidade relativa. O valor medido convertido em um
sinal de sada em tenso 0 a 10 Vcc.A sua configurao feito por meio da interface de
comunicao TxConfig e software sob sistema operacional Windows.
-
44
Ilustrao 16: Sensor de temperatura e umidade RHT-DW da empresa NOVUS [34]
4.2.4.1. Detalhes do Produto[34]
Caracteristicas Gerais
o Alimentao: 18 a 30 Vcc (modelo 0-10 V).
o Sada:
Tenso 0-10 Vcc ou 10-0 Vcc (opcional).
o Carga na Sada (RL):
Modelo 0-10Vcc: Mnimo 10 kOhms.
o Proteo interna contra inverso da polaridade da tenso de alimentao.
o Entrada de cabos: Prensa cabos PG7.
o Limites operacionais:
Sensor e Haste (RHT-DM).
Mdulo Eletrnico: -10 a +65C, 0 a 95%RH.
o Faixa do sinal de sada configurvel.
-
45
Canal de Umidade
Resoluo da sada: 0,022 mA (4-20 mA) ou 0,015 V (0-10 V).
Preciso: ver figura.
Repetibilidade: 1%RH.
Histerese: 1%RH.
No-linearidade:
-
46
5. DESENVOLVIMENTO
Neste captulo, encontra-se descrito o desenvolvimento da automao do sistema de
climatizao, projetado e instalado em um abrigo destinado a rea de minerao.
O projeto inclui o controle das mquinas de ar condicionado e do sistema de
pressurizao, com possibilidade de ligao em rede. Alm disso, o controle pode ser feito de
modo automtico ou manual. O controle tambm interligado ao sistema de incndio, para
desligamento total das mquinas de ar condicionado e da pressurizao, no caso de atuao do
sistema de combate a incndio.
5.1. DESCRIO DO SISTEMA
O sistema proposto compreende um controle de climatizao, interligado a pressurizao
da sala. O controle da temperatura e umidade da sala so feitos por meio das mquinas de ar
condicionado, que so controladas por meio de um controlador lgico programvel. O
controlador lgico programvel pode ser ligado a rede local, para monitoramento distncia.
A pressurizao feita por um ventilador, conjunto de filtros, sensor diferencial de presso e
damper regulador de vazo.
O sistema de climatizao e pressurizao foi aplicado a uma subestao eltrica pr-
fabricada, tambm conhecida como abrigo. A subestao est destinada a ser instalada em
uma empresa de minerao.
-
47
E-1
E-2
E-3
E-4
E-5E-6
E-7 E-8V-1 V-2
AB
RIG
O
V-6 V-7
PD
S
ZS
H
DI-1
PD
S
DI-2
V-5 V-4ZS
LH
DI-4
ZS
HL
DI-3
DO
-2
DO
-1
DO
-4D
O-5
FS
L
FS
L
DI-5
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A1
-2
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AI-4
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-3
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-6
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EN
TR
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dic
ion
ad
o 2
DO
-7
P-63
Figura 17: Diagrama de Processo do Sistema de Climatizao
-
48
A Figura 17 mostra o diagrama de processo do sistema proposto neste trabalho. Foram
utilizadas simbologia de vlvula de reteno para simbolizar damper sobre presso (V-1, V-2,
V-6, V-7 e V-8). Na primeira parte do diagrama est a entrada de ar no filtro rotativo E-3 e um
sensor diferencial de presso (SDP), que por meio do monitoramento da queda de presso
sobre o filtro, causada pela saturao do filtro, aciona um motor que rebobina o filtro,
deixando uma parte no saturada para a passagem do ar. H um sensor de fim de curso ZSH,
ligado a entrada do CLP DI-1, que sinaliza o fim do filtro rotativo, para ser providenciada a
troca desse filtro.
Aps a passagem do ar pelo filtro rotativo, o ar atravessa um segundo filtro E1 para a
retirada de partculas mais fina de p. O filtro E1 monitorado por outro SDP, ligado a
entrada do CLP DI-2. O ar sugado atravs dos filtros E3 e E1 pela caixa de ventilao E4 e
jogado dentro da caixa de mistura E2. Essa caixa recebe o ar proveniente do retorno, para as
mquinas de ar condicionado, e o ar externo para pressurizao e troca do ar interno. O
ventilador da caixa de ventilao E4 acionado pela sada digital DO-7 do controlador.
O sistema possui duas mquinas de ar condicionado, dimensionadas cada uma para a
capacidade trmica total da sala, trabalhando em sistema de revezamento, sendo uma operante
e outra reserva, e vice-versa. Entre a caixa de ventilao E2 e a unidade evaporadora das
mquinas de ar condicionado E-7 e E8, existe um damper sobre presso (V-1 e V-2
respectivos), que permite a passagem do ar apenas em uma direo, como mostrado na Figura
17.
As evaporadoras E-7 e E-8, so controladas pelas sadas digitais do CLP DO-1 e DO-2. As
condensadoras E-6 e E-5 so controladas pelas sadas digitais DO-2 e DO-5 respectivamente.
J as vlvulas de expanso das mquinas de ar condicionado, que na Figura 17 esto
representadas pelas figuras V-5 e V-4, possuem um alarme de baixa e alta presso, para os
casos de vazamento do gs refrigerante ou defeito na vlvula de expanso. Esses alarmes
esto interligados s entradas digitais do CLP DI-4 e DI-3.
-
49
Na sada das evaporadoras E-7 e E-8, existe um damper sobre-presso V-6 e V-7, para
cada uma. A funo desse damper no permitir que o ar proveniente de uma das duas
mquinas de ar condicionado entre diretamente na outra evaporadora, nos casos em que
apenas uma das duas mquinas de ar condicionado estiver funcionando. Foi colocado tambm
um sensor de fluxo de ar FSL aps cada um dos damper sobre-presso V-6 e V-7, e foram
ligados as entradas digitais do CLP DI-6 e DI-5, nessa mesma ordem.
O ar ambiente interno dos abrigos monitorado por um sensor de temperatura TT e de
umidade MT ligados s entradas analgicas do CLP AI-1 e AI-2 . Para o ar ambiente externo
aos abrigos, foram locados um sensor de temperatura TT e um de umidade MT, interligados s
entradas digitais do CLP AI-3 e AI-4, todos respectivos.
J na sada do ar do abrigo, foi colocado um damper regulador de vazo V-8 e um
indicador de presso diferencial PDI, utilizados para a regulagem manual da presso.
Conforme a presso interna dos abrigos diminui ou aumenta possvel fechar ou abrir o
damper, e visualizar no indicador de presso diferencial PDI, observando o comportamento
da presso interna.
-
50
5.2. SISTEMA DE CLIMATIZAO
5.2.1.Bases de clculo
No clculo de dimensionamento das mquinas de ar condicionado foram considerados as
seguintes premissas:
Paredes Externas/Cobertura: constitudas de chapas de ao carbono com isolamento
trmico tipo poliuretano com 80 mm de espessura e transferncia trmica de 0,3 KCal/h x m
x C. (MARTINELLI, 2003)
Local:
Paracatu - MG.
Altitude = 687 m
Latitude = 17 S
Longitude = 47 O
Condies Externas de Vero:
Temperatura de Bulbo Seco: 36,5 C;
Temperatura de Bulbo Umido: 26,7 C;
Variao Diria: 6o C.
Condies Internas
Temperatura de Bulbo Seco: 23 2 C
Umidade Relativa: 50% (sem controle)
-
51
5.2.2.Clculo
Os clculos mostrados neste captulo utilizou-se como base a referncia bibliogrfica
de KUTZ, 2006 e PIRANI, 2005.
Penetrao de calor por conduo
Qcond = U x A x t Equao 4
U = 0,3 KCal/h x m x C Transmisso de calor das paredes e cobertura
A = 250 m2 rea do Eletrocentro
t = 13,5C Diferena de temperatura interna e externa mxima
Qcond = 0,3 x 250 x 13,5 = 1012,5 KCal/h
Radiao Solar
Qrad = U x A x teq Equao 5
teq = 7 C Acrscimo ao diferencial de temperatura (MARTINELLI, 2003)
Qrad = 0,3 x 250 x 7 = 525 KCal/h
Outros fatores considerados
Qp = 200Kcal/h Dissipao para duas pessoas presentes;
Qren = 5000,0 KCal/h Renovao do Ar;
Carga trmica dos equipamentos
Qequi = 44900 KCal/h
-
52
Resultadados de clculos de carga trmica
Q = Qcond + Qrad + Qren + Qp + Qequi Equao 6
Q = 1012,5 + 525 + 5000 + 200 + 44900 = 51637,5 KCal/h
Fator de calor sensvel de 70%
5.3. CONTROLE MANUAL
Para as situaes em que uma das mquinas pare de funcionar ou funcione de forma
inadequada, o abrigo deve continuar a ser climatizado para a proteo dos equipamentos
eletrnicos contra a elevao da temperatura e umidade. Por isso, foi previsto um sistema de
controle manual das mquinas de ar condicionado.
O diagrama da Figura 18 mostra as interligaes do controlador lgico programvel CLP
com os sensores de temperatura e umidade, as sadas analgicas, das sadas digitais, para
controle das mquinas de ar condicionado, bem como as entradas digitais. Por meio dessa
figura, pode-se verificar o funcionamento do sistema manual de controle.
Quando o controle feito pelo modo automtico o controlador lgico programvel CLP l
as entradas analgicas (sensor de temperatura e de umidade) e, dependendo da lgica
programada e dos valores das entradas, o CLP alterna os estado lgico das sadas (1, 2, 3, 4, 5
e 6). J, no modo manual o controle passado para o modo manual por meio das chaves
seletoras S1 e S2, para as mquinas de ar condicionado 1 e 2 respectivamente.
O controle no modo manual feito por dois termostatos, uma para cada mquina de ar
condicionado, conforme representados na Figura 18 pelo componente T1 e T2. J, o controle
de umidade feito pela combinao do termostato, com um boto manual para ligar as
resistncias, representadas na Figura 18 pelos componentes S3 e S4.
-
53
Figura 18: Interligao do Controlador
No modo manual, o ventilador da mquina de ar condicionado fica ligado o tempo todo e,
alternando-se o ajuste do termostato, pode-se ligar ou desligar o condensador. Com isso,
possvel ligar ou desligar a refrigerao do ambiente. Para controlar a umidade, pode-se ligar
ou desligar a refrigerao, em conjunto com a resistncia de aquecimento, para o caso da
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54
temperatura ambiente estar muito baixa. Isso porque, com o simples fato de ligar o
condensador, a umidade ambiente baixa, devido ao contato do ar mido com a superfcie fria
do condensador.
5.4. CONTROLE AUTOMTICO
No modo de controle automtico das mquinas o controlador lgico programvel faz todo
o controle independente da ao humana, da seguinte forma:
Ao ligar o sistema o controlador lgico programvel, o CLP l todas as entradas digitais e
analgicas, verificando se algum sensor est acionado. Se algum sensor estiver acionado, o
processador envia um sinal atravs da rede proprietria do fabricante do CLP para a central de
controle local mostrando qual sensor est acionado. Se for uma chave de fluxo, por exemplo,
a equipe de manuteno j sabe que o ventilador dessa mquina de ar condicionado est
parado, e pode providenciar a manuteno a tempo de no prejudicar o bom funcionamento
do sistema.
Perceba que o funcionamento descrito no paragrafo anterior no interrompe a ao ou
funcionamento de nenhum equipamento ou a continuao do processo do fluxograma. Isso
ocorre por que a prioridade do sistema a integridade dos equipamentos protegidos pelo
sistema de climatizao e pelo abrigo, ou seja, qualquer que seja o sinal proveniente desses
sensores, no deve interromper o funcionamento das mquinas de ar condicionado.
Em seguida, o sistema verifica se o sistema de deteco e alarme de incndio est
acionado. Se estiver acionado, o fluxo do ar deve ser interrompido, desligando-se as mquinas
de ar condicionado e o sistema de pressurizao, para no prejudicar o acionamento do agente
extintor, conforme NBR17240/2010 (SILVEIRA, 1999).
Aps essas verificaes iniciais, o sistema inicia o temporizador para troca das mquinas
de ar condicionado em operante e reserva, a cada setenta e duas horas. Logo em seguida, l os
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55
sinais de temperatura e umidade, externas e internas, pelas entradas analgicas do CLP. Com
esses dados, o controlador verifica as faixas de temperatura mostradas na Figura 19.
Foram definidas quatro faixas de temperatura de controle do ar interno do abrigo, em
funo das caractersticas de funcionamento dos equipamentos instalados.
A primeira faixa de temperatura quando a temperatura interna do abrigo (T) for menor
que a temperatura mnima (Tmin). A segunda, considerada temperatura normal de
funcionamento, quando a temperatura interna ficar entre a temperatura mnima (Tmin) e
temperatura mxima (Tmax). A terceira, quando a temperatura interna (T) ficar entre a
temperatura mxima (Tmax) e a temperatura de limite (Tlim) (temperatura crtica). A quarta,
quando a temperatura interna (T) for maior que a temperatura de limite. Pode-se visualizar
essas faixas na Figura 19.
Figura 19: Faixas para o controle da temperatura
-
56
Para cada faixa de temperatura, o funcionamento do programa de controle executado
de maneira diferente, como explicado, a seguir:
Faixa de temperatura T < Tmin: quando a temperatura interna (T) for menor que a
temperatura mnima (Tmin), o ventilador e as resistncias de aquecimento so ligados, at que
a temperatura estabilize, em dois graus acima da temperatura mnima (Tmin);
Faixa de temperatura Tmin < T < Tmax (temperatura normal de trabalho): quando a
temperatura interna (T) ficar entre a temperatura mnima (Tmin) e a temperatura mxima
(Tmax), ambas as mquinas de ar condicionado permanecero com seus compressores e
resistncia de aquecimento desligados, at que esse estado seja alterado. Somente o ventilador
do evaporador da mquina ativa deve ficar ligado, para homogeneizar o ar ambiente;
Faixa de temperatura T > Tmax: quando a temperatura interna (T) for maior que a
temperatura mxima (Tmax), o compressor e ventilador da mquina de ar condicionado ativa
sero ligados, at que a temperatura desa dois graus, abaixo da temperatura mxima (Tmax);
Faixa de temperatura T > Tlim: quando a temperatura interna (T) forma maior que a
temperatura limite, compressores e ventiladores de ambas as mquinas permanecero ligados,
at que a temperatura interna (T), desa at a faixa de temperatura normal de trabalho.
O funcionamento do sistema proposto pode ser visto no fluxograma de processo
mostrado na Figura 20.
H situaes em que as duas mquinas de ar condicionado so ativadas, passando as
duas mquinas para operante, at que o sistema se normalize. Essa situao mostrada na
Figura 21, em que a deteco de anormalidade no sistema, como fluxo de ar baixo na sada de
uma das mquinas de ar, pode significar problemas com o ventilador ou obstruo dos dutos.
Nesse caso, a mquina reserva passa a tambm ser operante, at que a situao se normalize.
Outro caso em que as duas mquinas passam a ser operantes, ocorre quando qualquer uma
delas sinalize presso muito baixa ou muito alta, do gs refrigerante sobre a vlvula de
expanso.
-
57
Nos dois casos, optou-se por manter as duas como operantes, em virtude de a
temperatura no interior do abrigo poder alcanar a temperatura limite, mostrada na Figura 19,
e apenas uma delas no conseguir refrigerar. Por isso, se mantm as duas ligadas, j que o
principal objetivo do sistema manter o abrigo climatizado, para a proteo dos
equipamentos internos, nas condies extremas de funcionamento do sistema de climatizao,
at que uma equipe de manuteno chegue ao local e verifique o defeito ocorrido.
INICIO
Ler
Entradas
Sensores
acionados ?
Acionar Alarme
correspondente
SDAEI = 1Desligar
mquinas de ar
condicionado
sim
no
Iniciar Timer
Ligar
Ve(i)
Ler T e H
Tin > Tlim Ligar Ve e C
Tint >
Tmax
Tint <
Tmin
Tint = 22o.
E
H > 50%
Timer = 72h
Alterar algoritmo
i entre os valores 1 e 2
Ligar Ve(i)
e C(i)
Liga Re(i)Ligar C(i) e
Re(i)
no
sim
sim no
no
sim
no
sim
sim
no
no
no
sim1
Figura 20: Fluxograma do controle automtico das mquinas de ar condicionado
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58
SENSOR DE
PRESSO ZSHL DA
AC-1 ACIONADO?
SENSOR DE
PRESSO ZSHL DA
AC-2 ACIONADO?
CHAVE DE FLUXO
FLS DA AC-1
ACIONADO?
CHAVE DE FLUXO
FLS DA AC-2
ACIONADO?
1
NO
NO
SIM
SIM
NO
SIM
SIM
NO
Figura 21: Fluxograma dos sensores de controle de processo.
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5.5. PROGRAMA DE CONTROLE
Para programao do controlador, foi designado o programa do fabricante chamado
LOGO! Soft Comfort verso 6.0.17 de 2008, que utiliza um sistema de programao
representado por circuitos e portas lgicas configurveis, conforme mostrado na Figura 22.
O programa LOGO!Soft Comfort pode ser adquirido como pacote de programao
para o PC, e pode ser encontrado no site do fabricante www.automation.siemens.com.. Com o
Software recebe entre outras coisas as seguintes funcionalidades:
_ Criao grfica Offline do programa de comutao como o diagrama de contactos
(esquema de circuitos) ou como diagrama de funes
_ Simulao do programa de comutao no computador
_ Criar e imprimir um plano de vista geral do programa de comutao
_ Salvaguarda dos dados do programa de comutao, no disco rgido ou noutro meio
_ Comparao de programa de comutao
_ Parametrizao confortvel dos blocos
_ Transferncia do programa de comutao
do LOGO! para PC
do PC para LOGO!
_ Leitura do contador de horas de servio
_ Ajuste da hora
_ Mudana de hora Vero/Inverno
_ Teste online: indicao de estados e valor atual do LOGO! no modo RUN:
-
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Estados de todas as entradas e sadas digitais, marcadores, bits do registrador de
deslocamento e teclas de seta
Valores de todas as entradas e sadas analgicas e marcadores
Resultados de todos os blocos
Valores atuais (incluindo tempos) de blocos selecionados
_ Iniciar e parar o processamento do programa de comutao a partir de um
microcomputador (RUN, STOP).
O programa de controle foi desenvolvido e testado no prprio software de
programao, antes da aplicao final. O programa foi elaborado para atender apenas o modo
de operao do sistema de climatizao. As funes de cada bloco utilizado para desenvolver
o programa, utilizado e mostrado na Figura 22 so as seguintes:
Nvel alto;
Temporizador retentivo, on delay;
Temporizador;
Flag de memria;
Entrada digital, entrada fsica do CLP;
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Entrada analgica, entrada fsica do CLP;
Funo lgica NOT, porta inversora;
Funo lgica OR, OU;
Funo lgica AND, E;
Sada digital, sada fsica do CLP;
Interruptor de valor limiar analgico;
Comparador analgico;
Funo lgica XOR, OU exclusivo.
-
62
Figura 22: Diagrama de bloco do programa de controle
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63
5.6. RESULTADOS E DISCUSSO
O presente trabalho foi desenvolvido e aplicado a um Eletrocentro de uma empresa de
minerao brasileira. Para o desenvolvimento da aplicao, foi utilizado o software LOGO!
Soft Comfort, descrito no capitulo 5.5 deste trabalho. Neste software, foram feito todos os
ensaios virtuais, antes da aplicao definitiva ao cliente. Na Figura 23, pode-ser observar a
tela de simulao, utilizada nos para os ensaios deste projeto:
Figura 23: Tela da simulao feita no software LOGO! Soft Comfort (LOGO!, 2005)
No software LOGO! Soft Comfort (LOGO!, 2005), pode-se simular o funcionamento
do sistema virtualmente, inserindo os valores de entrada manualmente, sem a necessidade de
conectar ao CLP, ou ao hardware.
Primeiramente foram testadas as entradas digitais DI-3, DI-4, DI-5 e DI-6 dos sensores
de falha de mquina de ar condicionado, atuando essas entradas e visualizando o
comportamento do software. Neste caso, o software acionou as sadas digitais DO-1, DO-2,
DO-4 e DO-5 para ligar a evaporadora e condensadora das duas mquinas. Depois, foram
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64
testadas as entradas digitais dos sensores diferenciais de presso e de sinalizao de filtro
sujo. Os primeiros testes executados foram satisfatrios e funcionaram corretamente.
Na continuao do testes virtuais, verificou-se a lgica de controle de temperatura e
umidade e, para isso, ajustaram-se os sensores virtuais no Soft Confort, para ficarem na
posio de funcionamento normal, ou seja, temperatura em 22. C e umidade em 40%. Aps
isso, alterou-se o ajuste do sensor de temperatura interna para 28. C e verificou-se que a sada
do PLC, para acionar o compressor da mquina de ar operante foi acionada. Assim, ajustou-se
a temperatura para 31. C e as sadas de evaporadores e compressores das duas mquinas
entraram em operao. As sadas dos compressores e evaporadores s foram desativadas
quando se baixou o ajuste do sensor de temperatura interna para a normalidade (22. C).
Depois, ajustou-se a entrada digital de umidade para mais de 50%, e verificou-se que
as sadas digitais da resistncia de aquecimento e do compressor da mquina operante foram
acionadas para reduzir a umidade interna.
E, por ltimo foi testado a temperatura interna menor que a temperatura mnima. Com
isso, a sada digital da resistncia de aquecimento da mquina de ar operante entrou em
funcionamento.
Todos esses testes foram executados dentro do software de programao do PLC,
utilizando-se a ferramenta de simulao existente, antes da aplicao em campo. Como o
sistema s pode ser testando fisicamente quando tudo estivesse montado, uma nova bateria de
teste foi executada da mesma maneira, utilizando ferramentas para simular o aquecimento,
como sopradores de calor sobre os sensores de temperatura e umidificadores sobre o sensor de
umidade. J, os sensores diferencias de presso dos filtros e os sensores de fluxo, tiveram seus
orifcios de medio tampados para simular filtro sujo e falha no fluxo do ar.
Em todos esses testes, o tempo de troca do algoritmo da mquina operante e reserva
foi de cerca de 10 segundos, para verificar a troca de mquina operante para mquina reserva
e vice e versa, como tambm para verificar a lgica de funcionamento para as duas mquinas.
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65
Os resultados dos ensaios virtuais efetuados, com o prottipo desenvolvido, mostram
que os objetivos propostos, nesta fase do trabalho, foram alcanados em toda a sua plenitude,
principalmente no que concerne implementao de um sistema capaz de proteger os
equipamentos internos a um abrigo, e de controlar com eficincia as temperatura e umidade
interna do Eletrocentro.
O sistema foi posteriormente testado e comissionamento junto ao cliente, para depois
serem realizados os testes prticos, j com o Eletrocentro instalado e funcionando em
definitivo. O CLP aqui empregado foi ligado em rede, com um sistema de monitoramento
local e remoto, onde os operadores acompanhavam o funcionamento da aplicao. Pode-se
observar que a sala foi climatizada com xito. Na foto mostrada na Figura 24, a presso foi
medida com a ajuda do instrumento medidor de presso diferencial, modelo GULpress 201 do
fabricante Gulton do Brasil Ltda. Pde-se observar que presso interna com o sistema em
funcionamento foi de 3,23mmca, ou seja, 31,7 PA (Pascal), ligeiramente acima do limite da
pressurizao desejada, o que no compromete o sistema projetado e nem prejudica o sistema
de climatizao. Com a perda de eficincia dos filtros do sistema, essa presso tende a
diminuir.
Figura 24: Presso interna do Eletrocentro
-
66
O sistema apresentado neste trabalho esta em pleno funcionamento e foi aplicado em
outros seis Eletrocentros j fabricados e comissionado no cliente. A Empresa que comprou o
primeiro Eletrocentro com esta aplicao, solicitou que este sistema seja padro para os
demais projetos de Eletrocentros que venham a ser produzido.
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6. CONCLUSES
O presente trabalho se tornou precursor de outros projetos, e esta em pleno
aperfeioamento por outros projetistas da mesma empresa que fabricou o primeiro
Eletrocentro, com este sistema.
Pode-se concluir que o presente trabalho, apesar de ter sido aplicado a um Eletrocentro
no necessariamente exclusivo a esta aplicao, podendo ser aplicado a outros tipos de
abrigos de equipamentos eletrnicos, como datacenter, shelters e salas de controle nos mais
variados tipos de indstrias.
O sistema de pressurizao desenvolvido foi aplicado a uma indstria de minerao, onde
o nvel de particulado de minrio de ferro suspenso no ar elevadssimo. Para outras
aplicaes, no necessrio um sistema to sofisticado, uma vez que um abrigo instalado em
ambiente menos agressivo permite a retirada do filtro rotativo.
O sistema proposto foi bem aceito por ser eficiente e est sendo aplicado aos demais
projetos da empresa. Com isso, o projeto de automao dos sistemas de climatizao de
Eletrocentros ficou mais gil, por j ter uma arquitetura e toda a programao
feita.Anteriormente, por no haver um padro de projeto, cada cliente recebia um projeto
diferente, tomando muito tempo no desenvolvimento e configurao.
Desvantagem do sistema
Uma desvantagem do sistema verificado na fase de desenvolvimento, e que deve ser
estudado futuramente, foi o do ajuste da presso interna ser feito de forma manual e no
automtica. Por isso foi deixada uma diferena de presso acima da desejada, para que com a
saturao dos filtros no passar do tempo a presso interna do Eletrocentro cai para um nvel
desejado no projeto. Para o prximo trabalho fica tambm o desenvolvimento de um sistema
de gravao dos dados de temperatura e umidade, para estudo e melhoria do sistema controle
a partir da observao dos dados monitorados.
Entretanto, ficou para um trabalho futuro o desenvolvimento de um controle de
pressurizao interna do Eletrocentro utilizando-se dois sensores de presso piezeltricos,
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uma ponte de Wheatstone e um damper regulador de presso motorizado. Conforme os
sensores piezeltricos desequilibrassem a ponte de Wheatstone, o motor abriria ou fecharia o
damper e, dessa forma, regularia a presso interna do abrigo.
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69
REFERNCIA BIBLIOGRFICA
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EUA, 2006.
[2] HUMPHRIES, John. Thermal Management of Electronic Devices, OnBoard Technology
February 2006 - page 48-50.
[3] SILVEIRA, P. R, Santos, W. E. Automao e Controle Discreto. 1 edio. Editora rica
Ltda, So Paulo, 1999.
[4] CARRIER, Springer, Catlogo da Mquina de Ar Condicionado tipo Roof Top 40RT,
datado de 06/2008, modelo 40RT 300, disponvel em
(http://www.springer.com.br/springer/site/biblioteca/biblioteca_interna.asp?Produto_id=345),
acessado em 30/06/2011.
[5] SILVA, J. G. Introduo Tecnologia da Refrigerao e da Climatizao. 1 edio.
Editora Artliber, So Paulo, 2003;
[6] NOVUS, http://www.novus.com.br/catalogos/?ID=645063, acessado em 17/05/2012
[7] PIRANI, M. J. Refrigerao e ar condicionado Parte I. UFBA, 2005;
[8] MARTINELLI, L. C. Jr. Refrigerao e ar condicionado Parte I e Parte II. UNIJU, 2003;
[9] WILEN V., G. J., Sonntag, R. E. & Borgnakke, C. Fundamentos da Termodinmica. 5
edio, So Paulo, Editora Edgard Blcher Ltda, 1995.
[10] MENDES, L. M. O. Refrigerao e Ar Condicionado. Editora Ediouro. Rio de Janeiro,
1984;
[11] KILIAN, Christopher. Modern Control Technologyh: Components & Systems, Captulo
6. Delmar, 2 Ed., 2004.
[12] BORGES, C. Contr