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UNIVERSIDADE DE TAUBATÉ
Fabio Marquini Facchini
AUTOMAÇÃO DE UM SISTEMA DE CLIMATIZAÇÃO PARA
ABRIGOS DE EQUIPAMENTOS ELETRÔNICOS
Taubaté - SP
2012
UNIVERSIDADE DE TAUBATÉ
Fabio Marquini Facchini
AUTOMAÇÃO DE UM SISTEMA DE CLIMATIZAÇÃO PARA
ABRIGOS DE EQUIPAMENTOS ELETRÔNICOS
Dissertação apresentada para obtenção do Título de
Mestre pelo Curso de Pós-Graduação do
Departamento de Engenharia Mecânica da
Universidade de Taubaté.
Área de Concentração: Automação Industrial.
Orientador: Prof. Dr. Eduardo Hidenori Enari
Taubaté - SP
2012
F137a
Facchini, Fábio Marquini
Automação de um sistema de climatização para abrigos de
equipamentos eletrônicos. / Fábio Marquini Facchini - 2012.
71f. : il; 30 cm.
Dissertação(Mestrado em Engenharia Mecânica na área de
Automação e Controle Industrial) – Universidade de Taubaté.
Departamento de Engenharia Mecânica, 2012
Orientador: Prof. Dr. Eduardo Hidenori Enari,
Departamento de Informática, Matemática e Física.
1. Sistema de climatização. 2. HVAC system. 3.
Subestação elétrica pré-fabricada. 4. Abrigo I. Título.
Fabio Marquini Facchini
AUTOMAÇÃO DE UM SISTEMA DE CLIMATIZAÇÃO PARA ABRIGOS DE
EQUIPAMENTOS ELETRÔNICOS
Dissertação apresentada para obtenção do Título de
Mestre pelo Curso de Pós-Graduação do
Departamento de Engenharia Mecânica da
Universidade de Taubaté.
Área de Concentração: Automação Industrial.
Orientador: Prof. Dr. Eduardo Hidenori Enari
Data:_______________
Resultado:___________
BANCA EXAMINADORA
Prof. Dr. Eduardo Hidenori Enari UNITAU
Assinatura _________________________________
Prof. Dr. Álvaro Manoel de Souza Soares UNITAU
Assinatura _________________________________
Prof. Dr. Rosinei Ernesto Ribeiro FATEA/CERJ
Assinatura _________________________________
Dedico este trabalho para a minha querida esposa Daniela, que sem ela não teria chego até
aqui, e a minha família, pela presença em minha vida que sem eles eu não seria nada.
Faço uma dedicatória 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 finalização deste trabalho somente possível ao nascimento de meu
filho.
AGRADECIMENTOS
Este trabalho estaria inacabado sem a menção a pessoas, cujo apoio e incentivo
influenciaram-me durante a sua confecção.
Ao Prof. Dr. Eduardo Enari, pela habilidade e inteligência na orientação deste trabalho.
Aos Professores do curso de Mestrado em Automação Industrial, pela sábia condução das
disciplinas apresentadas no curso Mestrado em Engenharia Mecânica e pela experiência e
ensinamentos transmitidos durante suas aulas.
RESUMO
O objetivo deste trabalho foi desenvolver um sistema para atender as
necessidades de controle e automação de um sistema de climatização para abrigos de
equipamentos eletrônico, contemplando o controle dos níveis de umidade, de temperatura
e a eliminação de partículas de poeira suspensa no ar.
Existe uma ampla gama de tipos de abrigos, como subestações pré-fabricadas, data-
centers, shelters de telecomunicação, salas elétricas, dentre outros. Ao abrigar
equipamentos elétricos em funcionamento, a quantidade e acumulo de energia térmica no
interior do ambiente onde se localizam ocasiona a elevação da temperatura a níveis
inaceitáveis ao bom funcionamento dos equipamentos abrigados. Além disso, a umidade e
a existência de particulados no ambiente podem causar a deterioração dos componentes
eletrônicos. Por esse motivo é inevitável a utilização de um sistema de climatização para
proteção desses equipamentos.O ato de refrigerar, desumidificar, purificar e renovar o ar
permite o aumento da vida útil dos equipamentos instalados no interior desses abrigos.
O projeto desenvolvido neste trabalho para automatização de um sistema de
climatização foi aplicado a uma subestação elétrica pré-fabricada para uma indústria do
ramo de mineração.Inicialmente realizou-se um estudo das exigências que o sistema de
climatização 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 lógica de
programação foi testada em fábrica por meio do software de programação do CLP e
posteriormente comissionado antes da entrega final em campo. O teste de campo consistiu
em ligar o sistema automatizado de climatização e simular todo o funcionamento e
condições de falhas possíveis, certificando que as respostas do sistema estivessem dentro
das especificações definidas durante o projeto.
O sistema desenvolvido encontra-se em funcionamento e serve de modelo para o
desenvolvimento de novos projetos de climatização.
Palavras-chave: abrigo, sistema de climatização, subestação elétrica pré-fabricada.
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.
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: Segregação por diferencial de pressão (CAPULLI, 1992) ...................................................................... 23 Figura 4: Sistema de Pressurização ...................................................................................................................... 24 Figura 5: Filtro Rotativo Automático F100 (TROX, 2012) ...................................................................................... 26 Figura 6: Damper Regulador de Vazão ................................................................................................................. 27 Figura 7: Dissipação térmica em um dispositivo eletrônico (HUMPHRIES, 2006). ............................................... 28 Figura 8: Curvas dos vários 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 Elétrico da máquina de ar condicionado – Desenho Springer Carrier No. 11702410 .......... 40 Figura 13: Caixa de Ventilação (TROX, 2012)....................................................................................................... 41 Figura 14: Vista lateral de locação dos equipamentos na planta. .......................................................................... 42 Figura 15: Vista superior de locação dos equipamentos na planta. ...................................................................... 42 Ilustração 16: Sensor de temperatura e umidade RHT-DW da empresa NOVUS [34] .......................................... 44 Figura 17: Diagrama de Processo do Sistema de Climatização ............................................................................ 47 Figura 18: Interligação do Controlador .................................................................................................................. 53 Figura 19: Faixas para o controle da temperatura ................................................................................................. 55 Figura 20: Fluxograma do controle automático das máquinas 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 simulação feita no software LOGO! Soft Comfort (LOGO!, 2005) ........................................... 63 Figura 24: Pressão interna do Eletrocentro ........................................................................................................... 65
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
Pa Pascal, unidade de medida de pressão;
CH Computador Hospedeiro
CLP Controlador Lógico Programável
IHM Interface Homem-Máquina
NA Normalmente Aberto
NF Normalmente Fechado
RAM Random Access Memory
ROM Read Only Memory
RTU Remote Terminal Unit
SDAEI Sistema de Detecção, Alarme e Extinção de Incêndio
UCP Unidade Central de Processamento
ULA Unidade de Lógica e Aritmética
UC Unidade de Controle
Vref Tensão de referência
AC Ar Condicionado
TT Transmissor de Temperatura
MT Transmissor de Umidade
ZSH Chave fim de curso
PDS Sensor diferencial de pressão – Chave
FSL Chave de fluxo de baixo
PDI Indicador diferencial de pressão
DI Entrada Digital
DO Saída Digital
AI Entrada Analógica
PDT Transmissor diferencial de pressão
UPS Sistema ininterrupto de energia
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ................................................................................................................13
1.1. OBJETIVO ........................................................................................................................14
2. REVISÃO DA LITERATURA ........................................................................................15
2.1. ABRIGOS PARA EQUIPAMENTOS ELETRÔNICOS .............................................. 15
2.2. SISTEMA DE CLIMATIZAÇÃO ................................................................................ 19
2.2.1. Componentes: ............................................................................................................... 19
2.3. PRESSURIZAÇÃO ...................................................................................................... 22
2.3.1. Sistema de Pressurização .............................................................................................. 22
2.3.2. Componentes do Sistema de Pressurização .................................................................. 25
2.3.2.1. Filtro rotativo ......................................................................................................... 25
2.3.2.2. Damper regulador de vazão ................................................................................... 26
2.3.2.3. Ventilador .............................................................................................................. 27
2.4. DISSIPAÇÃO TÉRMICA E UMIDADE ..................................................................... 28
2.5. SENSORES ................................................................................................................... 30
2.5.1. Sensor de Pressão .......................................................................................................... 31
2.5.2. Sensores de temperatura................................................................................................ 32
2.6. CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMAVEL ......................................................... 33
3. PROPOSIÇÃO .................................................................................................................35
4. MATERIAIS E MÉTODOS ............................................................................................37
4.1. METODOLOGIA ......................................................................................................... 37
4.2. MATERIAIS ................................................................................................................. 39
4.2.1. Máquina de ar condicionado selecionada ..................................................................... 39
4.2.1.1. Diagrama elétrico da máquina de ar condicionado ............................................... 40
4.2.2. Sistema de Pressurização .............................................................................................. 40
4.2.3. Controlador lógico programável - 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. DESCRIÇÃO DO SISTEMA ....................................................................................... 46
5.2. SISTEMA DE CLIMATIZAÇÃO ................................................................................ 50
5.2.1. Bases de cálculo ............................................................................................................ 50
5.2.2. Cálculo .......................................................................................................................... 51
Penetração de calor por condução ............................................................................................ 51
Radiação Solar .......................................................................................................................... 51
Outros fatores considerados ...................................................................................................... 51
Carga térmica dos equipamentos .............................................................................................. 51
Resultadados de cálculos de carga térmica ............................................................................... 52
5.3. CONTROLE MANUAL ............................................................................................... 52
5.4. CONTROLE AUTOMÁTICO ...................................................................................... 54
5.5. PROGRAMA DE CONTROLE ................................................................................... 59
5.6. RESULTADOS E DISCUSSÃO ................................................................................... 63
6. CONCLUSÕES .................................................................................................................67
REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA ................................................................................................69
13
1. INTRODUÇÃO
Atualmente existem vários tipos de abrigos para equipamentos eletrônicos como shelters
de telecomunicação, datacenters, eletrocentros e gabinetes outdoors. Esses abrigos tem por
objetivo proteger os equipamentos eletrônicos que são sensíveis as variações das intempéries
do ambiente externo, como umidade e temperatura. Em algumas aplicações como os abrigos
utilizados pela indústria de mineração, onde o ambiente externo possui grandes quantidades
de partículas do próprio minério processado suspensas, faz se necessário o tratamento do ar
externo, antes de inseri-lo no ambiente interno desses abrigos.
Tanto as partículas de minério quanto a umidade excessiva em contato com equipamentos
eletrônicos sensíveis de automação, controle e comunicação causam o desgaste e a oxidação
dos circuitos eletrônicos diminuindo assim a vida útil desses equipamentos. (RIEDER, 2009)
Os equipamentos eletrônicos instalados no abrigo causam o aquecimento do ambiente, o
que, juntamente com a humidade e a presença de particulados, podem causar problemas a
esses equipamentos, se estiverem níveis prejudiciais aos equipamentos eletrônicos.
Nesse sentido, este trabalho buscou desenvolver um sistema automatizado de climatização
que respondesse às necessidades de controle e automação de um sistema de climatização para
abrigos de equipamentos eletrônicos. O sistema proposto deve controlar a umidade excessiva
e elevada temperatura, além da eliminação de partículas de poeira suspensas no ar, a fim de
proteger os equipamentos eletrônicos abrigados.
A motivação deste trabalho foi a falta de um padrão nos projetos de subestações pré-
fabricadas que atendesse as necessidades de controle e automação de um sistema de
climatização para abrigos de equipamentos eletrônicos, em que se pode controlar a umidade
excessiva, variação e elevada temperatura e eliminação de partículas de poeira suspensa no ar,
e permitisse a sua reconfiguração para utilização em outros abrigos de equipamentos, com
diferentes exigências de controle do ambiente.
14
1.1. OBJETIVO
O objetivo principal deste trabalho foi desenvolver um sistema para atender as
necessidades de controle e automação de um sistema de climatização para abrigos de
equipamentos eletrônicos em que podemos controlar a umidade excessiva e elevada
temperatura e eliminação de partículas de poeira suspensa no ar.
Para atingir o objetivo principal fez-se necessário atingir os seguintes objetivos
específicos:
Desenvolver um sistema de pressurização compatível com o tipo de ambiente
agressivos, encontrados nos mais diversos locais em que se encontram instalados
os abrigos.
Aplicar os conhecimentos em lógica de programação para desenvolver um
programa de controle propício às máquinas de ar condicionado utilizadas.
Propor um sistema de controle e monitoramento do sistema de climatização,
acoplado a um sistema de pressurização e tratamento do ar interno dos abrigos.
15
2. REVISÃO DA LITERATURA
2.1. ABRIGOS PARA EQUIPAMENTOS ELETRÔNICOS
Abrigos são basicamente salas destinadas a proteger equipamentos eletrônicos tais
como: equipamentos de potência, controle e comunicação, das intempéries do ambiente
externo. Os abrigos são em sua maioria equipados com iluminação, sistema ininterrupto de
energia - UPS, energia auxiliar, fontes de energia, painéis de comando, equipamentos de
radiofreqüência, sistema de detecção e combate a incêndio. Os equipamentos eletrônicos
embarcados nos abrigos, quando em funcionamento, dissipam grande quantidade de energia
térmica. (EMERSON, 2012)
Os abrigos são projetados para acolher equipamentos de diferentes tipos de áreas de
aplicação tais como sistemas elétricos de potência, instrumentação, controle, de comunicação
(monitoração e supervisão) e banco de dados. Eles são instalados nos mais diferentes
ambientes, como dentro de indústrias de mineração, em centros urbanos, próximos a matas e
rios, sobre plataformas marítimas, e em regiões com os mais diversos tipos de climas, como
regiões muito quentes ou frias e de grande quantidade de umidade e poeira.
Os sistemas construtivos dos abrigos são formados por estruturas totalmente fechadas que
dificultam a dissipação da energia térmica sobre os componentes eletrônicos, que na maioria
são de baixa potência e produzem quantidades desprezíveis de calor em sua operação. Porém,
alguns dispositivos, tais como transistores de potência, computadores e diodos de potência,
produzem uma quantidade significativa de calor. Nesse caso, podem ser necessárias medidas
para controlar a temperatura a fim de prolongar sua vida útil e aumentar a confiabilidade dos
equipamentos.
Ao se considerar um componente eletrônico que produz calor em isolamento, então,
durante a operação, sua temperatura subirá até que o calor produzido dentro do dispositivo se
torne igual ao calor perdido para as adjacências, e o dispositivo tenha atingido o equilíbrio. A
taxa de perda de calor de um objeto quente é governada aproximadamente pela Lei do
Resfriamento de Newton - que afirma que a taxa de perda de calor é proporcional à diferença
16
de temperatura entre o corpo e as adjacências. 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 atingirá sua temperatura de equilíbrio. Essa
temperatura pode ser alta o bastante para encurtar a vida do componente ou mesmo fazer com
que o dispositivo falhe.
Além da elevada temperatura sobre os equipamentos eletrônicos, a corrosão dos
equipamentos eletrônicos como os sistemas de transmissão e distribuição de energia elétrica,
causada pelos particulados suspensos no ar ambiente em conjunto com a umidade relativa, é
comum em um ambiente sem sistema de climatização adequado. Tais fatores causam
prejuízos econômicos decorrentes da necessidade de reposições de peças e paradas de
processo. Brusamarello et al. (apud RIEDER, 2009) apontam que países industrializados
como os EUA apresentam prejuízos da ordem de 300 bilhões de dólares anuais, se calculado
os efeitos diretos e indiretos da falha dos equipamentos. Tais valores superam catástrofes
como enchentes e fogo naquele mesmo país.
Cappulli (1992) estima que os prejuízos causados pela corrosão para um país
industrializado girem em torno de aproximadamente 3,5% do seu PIB. Estima-se que no
Brasil os prejuízos decorrentes da corrosão ultrapassem 30 bilhões de dólares anuais.
(RIEDER, 2009)
É nesses casos que medidas de gerenciamento das condições 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 níveis de umidade e de existência de particulados no
ar ambiente dos abrigos.
17
Figura 1: Montagem de equipamentos internos ao Eletrocentro. (EMERSON, 2012)
O uso de equipamentos de ar condicionado, filtragem e pressurização são imprescindíveis
nos abrigos a fim de reduzir além do fator térmico, os efeitos da corrosão nos equipamentos
instalados. Geralmente os sistemas integrados armazenam equipamentos de alta dissipação de
potência, fazendo com que as temperaturas sejam elevadas em um curto espaço de tempo. A
confiabilidade do sistema de refrigeração deve ser a mais alta possível para que não
prejudique diretamente os equipamentos e a produção (ANSI/ISA-S71.04. 1985).
Na Figura 2 pode-se ver a distribuição dos equipamentos dentro de um tipo de abrigo, os
Eletrocentros.Os Eletrocentros são subestações pré-fabricadas para abrigo de equipamentos de
automação e distribuição de potência dentro de indústrias.
18
Figura 2: Equipamentos instalados internos ao Eletrocentro. (EMERSON, 2012)
19
2.2. SISTEMA DE CLIMATIZAÇÃO
O Sistema de climatização em um abrigo é importante por dois motivos: controlar a
temperatura e a umidade sobre os equipamentos abrigados.
O sistema de climatização deve possuir ar condicionado com a finalidade de extrair o calor de
uma fonte quente, transferindo-o para uma fonte fria. Isto é possível por meio do sistema
evaporador e condensador. O ar quente do ambiente é aspirado pelo ventilador passando pelo
filtro para retirada de partículas 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 segurança os abrigos são equipados com redundância de 100% sobre os
aparelhos de ar condicionado. Isso visa a alternância entre os aparelhos, o que aumenta a vida
útil dos aparelhos, e para o caso de falha de uma máquina, a outra tomaria conta da
refrigeração, operando todo o tempo necessário, até o concerto ou troca da máquina
danificada.
2.2.1.Componentes:
Segundo Pirani (2005), um sistema de climatização deve possuir:
a) Ventilador
Em um aparelho de ar condicionado existe o ventilador elétrico, para forçar 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
É formado por compressor, evaporador e condensador.
c) Sensor de temperatura e umidade
20
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 é aspirado pelo ventilador. O elemento sensor de medição das
grandezas internas deve ser colocado próximo a grelhas de retorno do ar ambiente e não nas
grelhas de saída do ar em um aparelho de ar condicionado.
O ciclo de refrigeração começa pelo compressor que aspira ao fluido refrigerante do
evaporador e o comprime da saída do compressor até a válvula de expansão. Um ventilador
força a troca do calor com o ambiente externo, neste ponto o fluido passa do estado gasoso
para o estado líquido. Quando isso ocorre a válvula de expansão libera o fluido refrigerante no
lado do evaporador, onde o fluido sofre uma queda brusca de pressão e evapora, retirando o
calor do ambiente. Então, novamente o fluido é aspirado pelo compressor. Isso acontece num
clico constante.
Em um ciclo de refrigeração por compressão, existem basicamente quatro componentes
principais:
Compressor;
Condensador;
Dispositivo de expansão (válvula de expansão);
Evaporador.
O fluído refrigerante, na forma de líquido saturado, passa pelo dispositivo de expansão
(válvula de expansão), onde é submetido a uma queda de pressão brusca, e passa a ter dois
estados, o líquido e o gasoso. O fluído refrigerante, nesse ponto, é denominado de flash gás.
Então o fluído é conduzido pelo evaporador, onde absorverá calor do ar ambiente a ser
refrigerado, vaporizando-se.
Na saída do evaporador, na forma de gás, o fluído é sugado pelo compressor, que eleva
sua pressão (e temperatura), para que possa ser conduzido através do condensador. Este
cederá calor ao ambiente externo, condensando o fluído e completando o ciclo. O ventilador
21
efetua a circulação de ar, fazendo com que o ar a ser resfriado entre em contato com a
serpentina do evaporador.
A evaporação é a etapa em que o fluído refrigerante entra na serpentina do evaporador,
como uma mistura predominantemente líquida. O ventilador força a passagem do ar ambiente
pela superficie dos tubos da serpentina, aumentando a velociade da troca do calor ambiente,
com o fluído refrigerante. Ao receber calor, o fluído saturado vaporiza-se, utilizando-se do
calor latente para poder maximizar a troca de calor.
A função do compressor é comprimir o fluído refrigerante, elevando a pressão do fluído.
Em um ciclo ideal, a compressão é considerada adiabática reversível (isoentrópica), ou seja,
desprezam-se as perdas. Na prática, perde-se calor ao ambiente nessa etapa, porém, não é
significativo em relação à potência de compressão necessária.
A condensação é a etapa aonde ocorre à rejeição de calor do ciclo. No condensador, o
fluído na forma de gás saturado é condensado ao longo do trocador de calor, que em contato
com o ar cede calor ao meio ambiente.
A expansão é a etapa aonde ocorre uma perda de pressão brusca, porém controlada, que
vai reduzir a pressão do fluído da pressão de condensação, para a pressão de evaporação. Em
um ciclo ideal, ela é considerada isoentálpica: despreza-se as variações de energia cinética e
potencial.
22
2.3. PRESSURIZAÇÃO
2.3.1.Sistema de Pressurização
O objetivo da pressurização é de manter o ar ambiente interno dos abrigos de
equipamentos eletrônicos 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 eletrônicos, o que aumenta o processo de corrosão, conforme
(ANSI/ISA-S71.04. 1985), podendo até causar curto circuito, dependendo do tipo de
particulado suspenso no ar.
Um espaço é considerado pressurizado quando recebe um suprimento continuo de ar, que
possibilite manter um diferencial de pressão entre esse espaço e os adjacentes. Isso é feito
preservando-se um fluxo de ar através de uma ou várias trajetórias de escape, que conduzem o
ar para o exterior do ambiente pressurizado. (IT-13/2011)
Para proteger os abrigos de contaminações provenientes de ambientes adjacentes, com
menor nível de limpeza, as salas devem ser mantidas a pressões estáticas maiores que a
pressão do ambiente externo, para prevenir infiltrações. O volume de ar insuflado deve ser
suficiente para o número 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 três tipos de sistemas de segregação de ambientes, definidos
pela (ISO 14644-1999), que são: a) Deslocamento (baixo diferencial de pressão, alto fluxo de
ar), b) diferencial de pressão (alto diferencial de pressão, baixo fluxo de ar) e c) barreiras
físicas.
23
Figura 3: Segregação por diferencial de pressão (CAPULLI, 1992)
Nos abrigos de equipamentos eletrônicos, aplica-se a segregação de ambiente, tipo
“diferencial de pressão”, no interior do ambiente da sala. Esse diferencial de pressão é
responsável pela formação de fluxos de ar nas frestas do ambiente, evitando a infiltração de
contaminantes, de acordo com a Figura 3.
O diferencial de pressão recomendado é de 15 a 30 Pa, permitindo assim a abertura de
portas, e evitando a formação de fluxos turbulentos que podem gerar refluxos para o interior
do ambiente.
Para calcular a pressurização de um ambiente fechado é necessário assumir uma diferença
de pressão, que no caso dos abrigos giram em torno de 25 Pa.
Como os abrigos são hermeticamente fechados, é instalado numa das paredes um damper
regulador de vazão, para saída do ar insuflado e para a regulagem da pressão interna da sala.
O balanço de massa fica:
damperexternoar retornoinsuflado VVVV Equação 1
Onde:
Vdamper é a vazão de ar pelo damper regulador de vazão;
Vinsuflado é a vazão de ar externa insuflado no exterior da sala;
Var externo é a tomada de ar externa;
24
Vretorno é a vazão de ar que retorna para as máquinas de ar condicionado.
Aplicando a equação de Bernoulli para a vazão de ar externa tem-se:
25,0 vdP Equação 2
Onde:
P é a diferença de pressão admitida;
d é densidade de ar (1,2kg/m3);
v é a velocidade de escoamento.
Portanto, a velocidade de escoamento mínima para 15Pa é v = 25 m/s
Figura 4: Sistema de Pressurização
FONTE: O Autor
25
Para determinação do primeiro valor de suprimento de ar, necessário para obtenção de um
diferencial de pressão entre o ambiente a ser pressurizado e os ambientes contíguos, deve-se
adotar a Equação 3. Essa equação, depende diretamente da área de restrição e do diferencial
de pressão, entre os ambientes contíguos. A área de restrição, é determinada pelo escape de ar
para fora do espaço a ser pressurizado, quando o ar passa, por exemplo, pelas frestas.
NPAP
1827,0 Equação 3
Onde:
Q é o fluxo de ar (m3/s)
A é a área de restrição (m2)
P é o diferencial de pressão (Pa)
N é um índice de vazão de ar pelas frestas
No caso de frestas em vãos estreitos, tais como frestas em torno de janelas, N = 1,6 e para
portas N=2. Para efeitos de calculo, nesta dissertação, considera-se o pior caso que é N=2,
conforme instrução técnica número 13/2011.
2.3.2.Componentes do Sistema de Pressurização
2.3.2.1. Filtro rotativo
Como o sistema de pressurização capta ar externo para pressurizar e fazer a troca de ar
interna do abrigo, e o ar externo é carregado de partículas suspensas, foram utilizados dois
tipos de filtros. O primeiro é um filtro de ar do tipo rotativo automático para separação 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 série.
26
O filtro de ar do tipo rotativo (TROX, 2012) garante a durabilidade do sistema sem que
haja manutenção precoce, aumentado assim o tempo necessário para troca do filtro e de
parada do sistema para manutenção. Isso porque seu sistema construtivo, que consiste numa
manta de material filtrante classe G3, montada sobre um tambor cilíndrico (1) rotativo, é
apoiado numa das pontas de um quadro (2) e na outra ponta é 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 é estendida sobre o quadro (2), por onde passa o ar a
ser filtrado, e um sensor diferencial de pressão (3) detecta o aumento da queda de pressão
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, até que toda a manta estendida for substituída (a parte saturada
por uma nova), conforme Figura 5.
Figura 5: Filtro Rotativo Automático F100 (TROX, 2012)
2.3.2.2. Damper regulador de vazão
O damper regulador de vazão, é um dispositivo que regula a passagem do ar, por meio da
abertura e fechamento da passagem do ar, através de aletas montadas em um quadro instalado
na saída do ar interno, para o ambiente externo. A regulagem da pressão interna do abrigo é
27
feita pela abertura do damper regulador de vazão, juntamente com um sensor diferencial de
pressão, para o ajuste da pressão.
Figura 6: Damper Regulador de Vazão
FONTE: O Autor
2.3.2.3. Ventilador
Os ventiladores são máquinas que, por meio de rotação de um rotor provido de pás
adequadamente distribuídas e acionado por um motor, permitem transformar a energia
mecânica do rotor, em formas de energia potencial de pressão e de energia cinética. Com essa
energia produzida, o ar torna-se capaz de vencer as resistências a sua passagem, produzidas
pelo atrito com os filtros, grelhas e dutos de distribuição.
Para especificar um ventilador é necessário saber qual a vazão de ar a ser fornecida
(Q) e a pressão total aplicada ao ar (Pt). A vazão é o volume de ar fornecido pelo ventilador na
unidade de tempo. Já a pressão total aplicada ao ar indica a energia total recebida pelo ar e por
isso o ar pode escoar ao longo dos dutos e através dos filtros.
28
2.4. DISSIPAÇÃO TÉRMICA E UMIDADE
O controle e monitoramento, tanto da temperatura quanto da umidade dentro de abrigo,
são obrigatórios para prolongar e evitar danos a equipamentos eletrônicos sensíveis.
Tanto a temperatura, quanto a umidade, possuem efeitos devastadores sobre equipamentos
eletrônicos. Além disso, esses equipamentos dissipam grandes quantidades de energia térmica,
que em ambientes fechados, só faria aumentar a temperatura interna, chegando a uma
temperatura critica para o bom funcionamento e a confiabilidades desses equipamentos, se
não houvesse o sistema de climatização. Um exemplo da distribuição de calor, causada pelo
funcionamento de um dispositivo eletrônico, é apresentado pela Figura 7.
Figura 7: Dissipação térmica em um dispositivo eletrônico (HUMPHRIES, 2006).
Os dispositivos semicondutores possuem um limite teórico para a sua temperatura interna
máxima de funcionamento, chamada de temperatura intrínseca. A temperatura intrínseca é a
temperatura na qual a densidade de portadores intrínsecos, na região mais levemente dopada
do dispositivo, se iguala à densidade de portadores dopantes da região. Por exemplo, em
regiões levemente dopadas de um diodo de silício, a temperatura intrínseca é em torno de
280°C. Se essa temperatura for excedida, as propriedades retificadoras da junção se perdem.
(HUMPHRIES, 2006)
29
Enquanto as pessoas, em geral, toleraram flutuações moderadas da temperatura, o mesmo
não acontece para os equipamentos eletrônicos. Se a temperatura de uma zona crítica é
demasiadamente alta ou baixa, a integridade da informação e a confiabilidade da operação
poderão estar comprometidas. Ademais, os equipamentos eletrônicos 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 informática, telecomunicações e demais
equipamentos eletrônicos, especificam tolerâncias de temperatura estreitas, em geral dentro de
uma faixa de 22-24° C (± 2° C).
O controle da umidade relativa, em zonas critica, è tão importante quanto regular a
temperatura. As normas ambientais, para muitos tipos de equipamentos, demandam uma
umidade relativa de 45-50%, com uma variação máxima de (±) 5% por hora (NEUHAUS,
2007). O excesso de umidade no ar faz com que ocorra a condensação da umidade sobre
circuitos eletrônicos. Essa condensação, combinada com taxas de contaminantes no ar,
aumenta a corrosão, a qual poderá causa defeitos e falhas nos equipamentos (NEUHAUS,
2007).
O efeito da corrosão dos contatos e componentes em placas de circuitos impresso,
causados pela umidade, são da ordem de 30-40% de todos os defeitos em equipamentos
eletrônicos (NEUHAUS, 2007). O excesso de umidade também poderá causar aumento de
tamanho em papéis, criando graves problemas na operação de qualquer dispositivo que utilize
tais papéis, tal como impressoras, copiadoras, etc.. É fato irrefutável que todo equipamento
eletrônico, exposto à umidade, sofre com a oxidação e a corrosão dos seus conectores,
contatos, gabinetes e placas de circuito impresso.
Uma umidade excessivamente baixa é um problema tão grande quanta a umidade alta. Em
um ambiente com o ar muito seco, podem ocorrer fagulhas devido à eletricidade estática, as
quais poderão causar estragos nos equipamentos, danificando componentes e confundir o
processamento de informações. Nos equipamentos magnéticos, 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 importância do sistema de ar condicionado num ambiente que abriga
diversos equipamentos eletrônicos de alto valor agregado, percebe-se a necessidade que tem o
controle do sistema de climatização ser confiável e eficaz.
O custo do resfriamento de um abrigo para equipamentos eletrônicos sensíveis é irrisório,
se comparado ao custo dos próprios equipamentos protegidos, e principalmente quando se
leva em conta ainda os custos desses equipamentos parados, por motivo de manutenção.
Levando-se em conta as situações em que os equipamentos encontram-se em locais de difícil
acesso, ou distantes, como acontece nos equipamentos voltados à indústria da mineração, os
custos com deslocamento de equipes e equipamentos de manutenção também devem ser
levados em conta.
2.5. SENSORES
Todo controle automatizado começa com a medição de parâmetros de ambiente, com uma
taxa de aquisição de dados cuja frequuência é definida de acordo com especificações técnicas
do projeto, e sistema necessários para o bom funcionamento dos equipamentos abrigados. O
processo de medição é uma cadeia de sensores, transdutores, conversão analógica para digital
e softwares de processamento.
Erros e incertezas em qualquer ponto da cadeia podem afetar a precisão da medição e,
finalmente, a capacidade do sistema de controle. Para ambos os sistemas de controle digital
direto (DDC) e industrial, a maior fonte de imprecisão é normalmente o próprio sensor.
Sensores de temperatura, umidade, vazão e pressão são usados na medição de grandezas
físicas em abrigos. Sensores comerciais têm um requisito de precisão mínima, mas
normalmente são escolhidos pelo seu baixo custo. Indústrias geralmente utilizam controles
mais precisos e dispositivos robustamente embalados.
31
Os controladores lógicos aceitam diversos tipos de sinais de entrada proveniente dos
sensores de temperatura, umidade, vazão e pressão 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 medição das grandezas físicas
necessárias para o controle do processo, conforme sugeridos por (THOMAZINI, 2009) são
apresentados nas seções seguintes:
2.5.1.Sensor de Pressão
Um sensor de pressão mede a pressão, tipicamente de gases ou líquidos. A pressão é
uma expressão da força necessária para parar a expansão de um fluido. As medidas de pressão
do cotidiano, como a pressão dos pneus de um automóvel, são normalmente feitas em relação
à pressão do ar ambiente. Em outros casos, as medições podem ser feitas em relação a um
vácuo ou a alguma outra referência. Em linhas gerais, a pressão pode ser definida como uma
força por unidade de área que um material exerce sobre o outro, cujas unidades comuns para
quantificá-la são: psi (lb/in2) e Pa (N/m2).
Um sensor de pressão normalmente atua como um transdutor, que gera um sinal em
função da pressão imposta. (KILIAN, 2004).
Sensores de pressão são usados no controle e monitoramento em milhares de aplicações
diárias. Sensores de pressão também podem ser usados para medir indiretamente outras
variáveis, tais como fluido/gás de fluxo, velocidade, nível de água, e altitude. (KILIAN, 2004)
Sensores de pressão são compostos por duas partes:
Conversão de pressão numa força ou deslocamento.
Conversão de força ou deslocamento em sinal elétrico.
Pode-se definir a Pressão diferencial como a diferença de pressão entre dois pontos,
distintos no circuito.Pressões diferenciais são comumente usadas nos sistemas de processo
industrial. Medidores de pressão diferencial devem ter duas portas de entrada, cada uma
conectada a um dos volumes, cuja pressão deve ser monitorada.
32
2.5.2.Sensores de temperatura
A seleção do elemento sensor de temperatura mais adequado é parecida com a escolha dos
elementos de pressão. É uma tarefa mais simples, pois não envolve necessariamente as
características do fluido do processo.
A faixa de medição, com os valores de trabalho, máximo e mínimo da faixa. As medições
de temperaturas muito baixas (< -50 oC) e elevadas (>150 oC) requerem cuidados especiais.
Para aplicação da proposta deste trabalho utilizou-se os termopares que são os sensores
mais encontrados no controle de sistemas de climatização.Os termopares transformam calor
em um sinal eletrico. As duas extremidades de dois fios de metais diferentes (e.g., ferro e
constantant), são trançadas juntas para formar duas junções, uma de medição e outra de
referência. Um voltímetro ligado em paralelo irá mostrar uma tensão termelétrica gerada pelo
calor. Esta tensão é função da diferença de temperatura entre a junção de medição e a junção
de referência, que é o princípio da medição da temperatura (NEUHAUS, 2007).
Existem vários tipos de termopares, designados por letras; cada tipo apresentando maior
linearidade em determinada faixa de medição. Essa variedade de tipos facilita a escolha,
principalmente porque há muita superposição de faixa, havendo uma mesma faixa possível de
ser medida por vários termopares (NEUHAUS, 2007). A militensão gerada é de corrente
contínua. O termopar é polarizado e cada metal corresponde a uma polaridade. Convenciona-
se que o primeiro nome do termo corresponde ao pólo (+).
Os tipos mais utilizados são:
tipo J, de Ferro (+) e Constantan (-), com faixa de medição até 900 oC. Para a
identificação, o Fe é o fio magnético.
tipo K, de Cromo (+) e Alume1 (-), para a faixa de medição até 1.200 oC, sendo o
Cromo levemente magnético.
tipo T, de Cobre (+) e Constantant (-), para faixa até 300 oC. É fácil a identificação
do cobre por causa de sua cor característica.
33
tipo S, com a liga (+) de Platina (90%) + Ródio (10%) e Platina pura (-). Atinge
até medição de 1.500 oC e para identificação, platina pura é a mais maleável.
tipo R, também liga (+) de Platina (87%) + Ródio (13%) e Platina (-), com a
mesma faixa de medição até 1.500 oC e identificando-se a platina pura pela maior
maleabilidade.
Cada curva de termopar é diferente entre si e todas possuem regiões não-lineares,
conforme exemplo dado pela Figura 10. As curvas são necessárias e úteis para a calibração do
receptor de termopar.
Figura 8: Curvas dos vários tipos de termopar (NEUHAUS, 2007)
2.6. CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMAVEL
Durante a década de 50, os dispositivos eletromecânicos foram os recursos mais utilizados
para efetuar controles lógicos em máquinas. Tais dispositivos, baseados principalmente em
relés, tinham especial importância na indústria automobilística, em que a complexidade dos
processos produtivos envolvidos exigia, não raro, instalações em painéis e cabines de controle
com centenas de relés e, conseqüentemente, um número maior ainda de interconexões deles.
Tais sistemas de controle, apesar de funcionais, apresentavam problemas de ordem
práticas bastante relevantes, como instalações com grandes dimensões e dificuldade de
projeto e manutenção. Outro fator ainda comprometedor é o fato de que a programação lógica
34
do processo controlador era realizada por interconexões elétricas com lógica fixa.Eventuais
alterações na mesma exigiam interrupções no processo produtivo a fim de se interligarem-se
os elementos.
Com o surgimento dos componentes eletrônicos integrados em larga escala surgiram
novas tecnologias para a automação industrial.Assim, a primeira experiência de um controle
de lógica, que permitisse a programação por recursos de software foi realizada em 1968, na
divisão de hidramáticos da “General Motors Corporation”.
Aliado ao uso de dispositivos periféricos capazes de realizar operações de entrada e saída,
um minicomputador, com sua capacidade de programação, pode obter vantagens técnicas de
controle, que suplantaram o custo que tal implementação representou na época. Iniciava-se a
era dos controladores lógicos programável.
A seguir são apresentados alguns conceitos básicos do funcionamento de um controlador
lógico programável:
Variáveis de entrada: são sinais externos recebidos pelo controlador, os quais podem ser
oriundos de fontes pertencentes ao processo controlado, ou de comandos gerados pelo
operador. Tais sinais são gerados por dispositivos como sensores diversos, chaves, botoeiras
ou sensores, dentre outros. (SILVEIRA, 1999).
Variáveis de saída: são dispositivos controlados por cada ponto de saída do controlador
lógico programável. Tais pontos poderão servir para intervenção direta no processo
controlado, por acionamento próprio, ou também poderão servir para sinalização de estado.
(SILVEIRA, 1999).
Programa: seqüência específica de instruções selecionadas de um conjunto de opções,
oferecidas pelo controlador lógico programável em uso e, que irão efetuar as ações de
controle desejadas. Podem ativar ou não as memórias internas e os pontos de saída do
controlador, a partir da monitoração do estado das mesmas internas e/ou dos pontos de
entrada do controlador. (SILVEIRA, 1999).
35
3. PROPOSIÇÃO
Este trabalho consiste em um projeto de automação de um sistema de climatização para
abrigos de equipamentos eletrônicos. Antes da elaboração deste projeto, a automação do
sistema de climatização era feita por meio de termostato, que ligava ou desligava as máquinas
de ar condicionado, e um relé temporizador para alternância no funcionamento das máquinas.
O sistema proposto neste trabalho possui maior precisão, versatilidade de mudança no sistema
ou na programação, e a interligação com a rede local para monitoramento, uma vez que os
abrigos funcionam sem a presença de pessoas em seu interior.
O abrigo para qual foi feito este projeto possui suas dimensões de largura, comprimento e
altura na ordem de cinco metros, vinte metros e três metros respectivamente, a ser instalado
no ambiente de mineração, para distribuição de energia e controle do pátio fabril.
O ambiente ao qual se destina o abrigo é agressivo, com grande quantidade de
particulados no ar exterior, poeira proveniente do processo de mineração.
A automação da climatização contém controle que mantenha a temperatura interna em
22C ±2C, a umidade inferior a 50%, além de pressurização e tratamento do ar interno, e
deve ser feita por um controlador lógico programável.
36
CLP
ENTRADAS
SAíDAS
MÁQUINA DE AR
CONDICIONADO 1
MÁQUINA DE AR
CONDICIONADO 2
PRESSURIZADOR
TOMADA DE AR EXTERNO
MANUAL SENSORES
DAMPER
REGULADOR DE
PRESSÃO
REDEABRIGO
Figura 9: Arquitetura Proposta
Fonte: O Autor
37
4. MATERIAIS E MÉTODOS
Neste capítulo serão apresentados as características dos materiais utilizados, e os
procedimentos tomados para a realização dos ensaios. Foi realizado um estudo para o
dimensionamento de um sistema de climatização 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 CLIMATIZAÇÃO
LEVANTAMENTO
BIBLIOGRAFICO
ESPECIFICAÇÃO DOS COMPONENTES E
DESENVOLVIMENTO DO DIAGRAMA
ELÉTRICO 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 FÍSICOS
DO SISTEMA INTEIRO
ANALISE E DISCUSSÕES
DOS RESULTADOS
CONCLUSÕES
SISTEMA ATENDE
A NECESSIDADE
SIM
NÃO
Figura 10: Fluxograma da Metologia
38
Antes de iniciar o desenvolvimento deste trabalho, foi feito um levantamento do
funcionamento do sistema de climatização e pressurização de abrigos existentes, além do
estudo do funcionamento das máquinas de ar condicionado industriais.
Na etapa levantamento bibliográfico, foram levantados livros e documentos (artigos e
dissertações) que pudessem ser utilizados para elaboração do trabalho. Os livros utilizados
foram sobre climatização, refrigeração, termodinâmica, automação e controle e todo o
conhecimento teórico necessário para o desenvolvimento desta dissertação.
O desenvolvimento dos fluxogramas se deu com base no conhecimento adquirido no
levantamento bibliográfico, e no conhecimento tácito sobre o funcionamento de cada
equipamento de climatização.
Com base no funcionamento dos equipamentos selecionados, e no fluxograma de
processo, foi dimensionado o CLP e elaborado o diagrama de interligação. Após essa etapa, o
software foi desenvolvido na plataforma do LOGO! e ensaiado virtualmente na mesma
plataforma.
Após 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
climatização para abrigos de equipamentos eletrônicos, além de prever e corrigir problemas e
defeitos que poderiam ocorrer após o sistema entrar em funcionamento, bem como verificar
futuras melhorias e aperfeiçoamentos.
Durante todas as atividades, decorrentes deste trabalho, foram verificadas melhorias, e
uma preocupação quanto ao atendimento da necessidade de climatização do abrigo.
39
4.2. MATERIAIS
4.2.1. Máquina de ar condicionado selecionada
Com base no cálculo da carga térmica, e nos dados das máquinas de ar fornecidos pelo
catálogo da CARRIER (CARRIER, 2011), a máquina de ar condicionado selecionada para
este projeto é do tipo ROOF TOP, modelo 40RTA300446VH, fornecido pela fabricante
Carrier. Essa máquina foi escolhida por causa da robustez, versatilidade e facilidade de
montagem em campo. Outra vantagem é que é possível instalar a unidade condensadora junto
com a unidade evaporadora, no mesmo ambiente, e, com isso, reduzir a interligação
frigorífica, como mostrado na Figura 11.
Figura 11: Unidade Evaporadora40RT e Unidade Condensadora 38AB - Fabricante Carrier
(CARRIER, 2011)
40
4.2.1.1. Diagrama elétrico da máquina de ar condicionado
Figura 12: Diagrama Elétrico da máquina de ar condicionado – Desenho Springer Carrier No.
11702410
4.2.2.Sistema de Pressurização
A pressurização do ambiente interno do abrigo é feita por uma caixa de ventilação (2), que
aspira o ar externo através de uma grelha de entrada (5) e de um ventilador (1). O ar é filtrado
com um sistema de dois filtros. Primeiramente um filtro tipo rotativo classe G1 (classificação
conforme EN 779:2002 (EN 779:2002) (4), para retirada de boa parte do particulado
suspenso no ar e um segundo filtro, que é um filtro do tipo bolsa classe G3, para filtragem do
restante das partículas que não forem seguras pelo primeiro filtro. Após esse processo, o ar
limpo e úmido é levado até o retorno do ar, insuflado dentro da sala.
41
Aplicando o ar no retorno do ar insuflado, o ar proveniente do sistema de pressurização 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 pressurização, quanto do ar de
retorno do ambiente interno. Esse processo continua até a umidade cair abaixo de 50%.
Um sensor de diferencial de pressão verifica a saturação do filtro rotativo. Sempre que a
queda de pressão for aumentando por causa da saturação do filtro, o material filtrante gira, até
que toda superfície filtrante seja trocada.
Na Figura 13 pode-se ver o esquema de uma caixa de ventilação aplicada ao sistema
de pressurização:
Figura 13: Caixa de Ventilação (TROX, 2012)
Além da caixa de ventilação, o sistema de pressurização conta com um damper
regulador de pressão, que é constituído de chapa galvanizada e fornecidos com lâminas com
orientação paralela. Esse damper é colocado numa abertura feita na parede de um lado do
abrigo. Desse jeito, ao fechar ou abrir as lâminas, tem-se um controle da vazão do ar do
interior do ambiente. Desse modo pode-se controlar a pressão interna do abrigo, juntamente
com o indicador de pressão diferencial (PDI), para uma pressão positiva adequada ao sistema.
42
Figura 14: Vista lateral de locação dos equipamentos na planta.
Figura 15: Vista superior de locação dos equipamentos na planta.
43
4.2.3.Controlador lógico programável - CLP
O controle do sistema de automação 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
analógicas ( 0-10V) e quatro saídas a rele.
Entretanto, no projeto desenvolvido, foi necessária a utilização dos módulos de
expansão chamado LOGO! DM8 12/24R, que possui quatro entradas digitais e mais quatro
saídas digitais, além de um módulo de comunicação, para interligação com a rede local, pelo
cliente modelo CM AS-Interface.
O controlador foi alimentado por uma fonte 24Vac e as interligações 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 precisão e estabilidade,
para medição de temperatura e umidade relativa. O valor medido é convertido em um
sinal de saída em tensão 0 a 10 Vcc.A sua configuração é feito por meio da interface de
comunicação TxConfig e software sob sistema operacional Windows.
44
Ilustração 16: Sensor de temperatura e umidade RHT-DW da empresa NOVUS [34]
4.2.4.1. Detalhes do Produto[34]
Caracteristicas Gerais
o Alimentação: 18 a 30 Vcc (modelo 0-10 V).
o Saída:
Tensão 0-10 Vcc ou 10-0 Vcc (opcional).
o Carga na Saída (RL):
Modelo 0-10Vcc: Mínimo 10 kOhms.
o Proteção interna contra inversão da polaridade da tensão de alimentação.
o Entrada de cabos: Prensa cabos PG7.
o Limites operacionais:
Sensor e Haste (RHT-DM).
Módulo Eletrônico: -10 a +65°C, 0 a 95%RH.
o Faixa do sinal de saída configurável.
45
Canal de Umidade
Resolução da saída: 0,022 mA (4-20 mA) ou 0,015 V (0-10 V).
Precisão: ver figura.
Repetibilidade: ±1%RH.
Histerese: ±1%RH.
Não-linearidade: <<1%RH.
Estabilidade: <1%RH por ano.
Faixa: Configurável entre 0 e 100%RH ou –100 e 103 °C em
Tempo de Resposta: 4 s com ar em movimento suave.
Canal de Temperatura
Resolução da saída: 0,006 mA (4-20 mA) ou 0,003 V (0-10 V).
Precisão: ver figura.
Repetibilidade: ±0,1°C.
Faixa: Configurável entre -40 e 120 °C.
Tempo de Resposta: até 30 s com ar em movimento suave.
46
5. DESENVOLVIMENTO
Neste capítulo, encontra-se descrito o desenvolvimento da automação do sistema de
climatização, projetado e instalado em um abrigo destinado a área de mineração.
O projeto inclui o controle das máquinas de ar condicionado e do sistema de
pressurização, com possibilidade de ligação em rede. Além disso, o controle pode ser feito de
modo automático ou manual. O controle também é interligado ao sistema de incêndio, para
desligamento total das máquinas de ar condicionado e da pressurização, no caso de atuação do
sistema de combate a incêndio.
5.1. DESCRIÇÃO DO SISTEMA
O sistema proposto compreende um controle de climatização, interligado a pressurização
da sala. O controle da temperatura e umidade da sala são feitos por meio das máquinas de ar
condicionado, que são controladas por meio de um controlador lógico programável. O
controlador lógico programável pode ser ligado a rede local, para monitoramento à distância.
A pressurização é feita por um ventilador, conjunto de filtros, sensor diferencial de pressão e
damper regulador de vazão.
O sistema de climatização e pressurização foi aplicado a uma subestação elétrica pré-
fabricada, também conhecida como abrigo. A subestação está destinada a ser instalada em
uma empresa de mineração.
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
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HL
DI-3
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do
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ar c
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ion
ad
o 2
DO
-7
P-63
Figura 17: Diagrama de Processo do Sistema de Climatização
48
A Figura 17 mostra o diagrama de processo do sistema proposto neste trabalho. Foram
utilizadas simbologia de válvula de retenção para simbolizar damper sobre pressão (V-1, V-2,
V-6, V-7 e V-8). Na primeira parte do diagrama está a entrada de ar no filtro rotativo E-3 e um
sensor diferencial de pressão (SDP), que por meio do monitoramento da queda de pressão
sobre o filtro, causada pela saturação do filtro, aciona um motor que rebobina o filtro,
deixando uma parte não saturada para a passagem do ar. Há 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.
Após a passagem do ar pelo filtro rotativo, o ar atravessa um segundo filtro E1 para a
retirada de partículas mais fina de pó. O filtro E1 é monitorado por outro SDP, ligado a
entrada do CLP DI-2. O ar é sugado através dos filtros E3 e E1 pela caixa de ventilação E4 e
jogado dentro da caixa de mistura E2. Essa caixa recebe o ar proveniente do retorno, para as
máquinas de ar condicionado, e o ar externo para pressurização e troca do ar interno. O
ventilador da caixa de ventilação E4 é acionado pela saída digital DO-7 do controlador.
O sistema possui duas máquinas de ar condicionado, dimensionadas cada uma para a
capacidade térmica total da sala, trabalhando em sistema de revezamento, sendo uma operante
e outra reserva, e vice-versa. Entre a caixa de ventilação E2 e a unidade evaporadora das
máquinas de ar condicionado E-7 e E8, existe um damper sobre pressão (V-1 e V-2
respectivos), que permite a passagem do ar apenas em uma direção, como mostrado na Figura
17.
As evaporadoras E-7 e E-8, são controladas pelas saídas digitais do CLP DO-1 e DO-2. As
condensadoras E-6 e E-5 são controladas pelas saídas digitais DO-2 e DO-5 respectivamente.
Já as válvulas de expansão das máquinas de ar condicionado, que na Figura 17 estão
representadas pelas figuras V-5 e V-4, possuem um alarme de baixa e alta pressão, para os
casos de vazamento do gás refrigerante ou defeito na válvula de expansão. Esses alarmes
estão interligados às entradas digitais do CLP DI-4 e DI-3.
49
Na saída das evaporadoras E-7 e E-8, existe um damper sobre-pressão V-6 e V-7, para
cada uma. A função desse damper é não permitir que o ar proveniente de uma das duas
máquinas de ar condicionado entre diretamente na outra evaporadora, nos casos em que
apenas uma das duas máquinas de ar condicionado estiver funcionando. Foi colocado também
um sensor de fluxo de ar FSL após cada um dos damper sobre-pressão 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 é monitorado por um sensor de temperatura TT e de
umidade MT ligados às entradas analógicas 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 às
entradas digitais do CLP AI-3 e AI-4, todos respectivos.
Já na saída do ar do abrigo, foi colocado um damper regulador de vazão V-8 e um
indicador de pressão diferencial PDI, utilizados para a regulagem manual da pressão.
Conforme a pressão interna dos abrigos diminui ou aumenta é possível fechar ou abrir o
damper, e visualizar no indicador de pressão diferencial PDI, observando o comportamento
da pressão interna.
50
5.2. SISTEMA DE CLIMATIZAÇÃO
5.2.1.Bases de cálculo
No cálculo de dimensionamento das máquinas de ar condicionado foram considerados as
seguintes premissas:
Paredes Externas/Cobertura: constituídas de chapas de aço carbono com isolamento
térmico tipo poliuretano com 80 mm de espessura e transferência térmica de 0,3 KCal/h x m²
x °C. (MARTINELLI, 2003)
Local:
Paracatu - MG.
Altitude = 687 m
Latitude = – 17º S
Longitude = 47º O
Condições Externas de Verão:
Temperatura de Bulbo Seco: 36,5 ºC;
Temperatura de Bulbo Umido: 26,7 ºC;
Variação Diária: 6o C.
Condições Internas
Temperatura de Bulbo Seco: 23 2 ºC
Umidade Relativa: 50% (sem controle)
51
5.2.2.Cálculo
Os cálculos mostrados neste capítulo utilizou-se como base a referência bibliográfica
de KUTZ, 2006 e PIRANI, 2005.
Penetração de calor por condução
Qcond = U x A x Δt Equação 4
U = 0,3 KCal/h x m² x °C Transmissão de calor das paredes e cobertura
A = 250 m2 Área do Eletrocentro
Δt = 13,5ºC Diferença de temperatura interna e externa máxima
Qcond = 0,3 x 250 x 13,5 = 1012,5 KCal/h
Radiação Solar
Qrad = U x A x Δteq Equação 5
Δteq = 7 ºC Acréscimo ao diferencial de temperatura (MARTINELLI, 2003)
Qrad = 0,3 x 250 x 7 = 525 KCal/h
Outros fatores considerados
Qp = 200Kcal/h Dissipação para duas pessoas presentes;
Qren = 5000,0 KCal/h Renovação do Ar;
Carga térmica dos equipamentos
Qequi = 44900 KCal/h
52
Resultadados de cálculos de carga térmica
Q = Qcond + Qrad + Qren + Qp + Qequi Equação 6
Q = 1012,5 + 525 + 5000 + 200 + 44900 = 51637,5 KCal/h
Fator de calor sensível é de 70%
5.3. CONTROLE MANUAL
Para as situações em que uma das máquinas pare de funcionar ou funcione de forma
inadequada, o abrigo deve continuar a ser climatizado para a proteção dos equipamentos
eletrônicos contra a elevação da temperatura e umidade. Por isso, foi previsto um sistema de
controle manual das máquinas de ar condicionado.
O diagrama da Figura 18 mostra as interligações do controlador lógico programável CLP
com os sensores de temperatura e umidade, as saídas analógicas, das saídas digitais, para
controle das máquinas 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 é feito pelo modo automático o controlador lógico programável CLP lê
as entradas analógicas (sensor de temperatura e de umidade) e, dependendo da lógica
programada e dos valores das entradas, o CLP alterna os estado lógico das saídas (1, 2, 3, 4, 5
e 6). Já, no modo manual o controle é passado para o modo manual por meio das chaves
seletoras S1 e S2, para as máquinas de ar condicionado 1 e 2 respectivamente.
O controle no modo manual é feito por dois termostatos, uma para cada máquina de ar
condicionado, conforme representados na Figura 18 pelo componente T1 e T2. Já, o controle
de umidade é feito pela combinação do termostato, com um botão manual para ligar as
resistências, representadas na Figura 18 pelos componentes S3 e S4.
53
Figura 18: Interligação do Controlador
No modo manual, o ventilador da máquina de ar condicionado fica ligado o tempo todo e,
alternando-se o ajuste do termostato, pode-se ligar ou desligar o condensador. Com isso, é
possível ligar ou desligar a refrigeração do ambiente. Para controlar a umidade, pode-se ligar
ou desligar a refrigeração, em conjunto com a resistência de aquecimento, para o caso da
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 úmido com a superfície fria
do condensador.
5.4. CONTROLE AUTOMÁTICO
No modo de controle automático das máquinas o controlador lógico programável faz todo
o controle independente da ação humana, da seguinte forma:
Ao ligar o sistema o controlador lógico programável, o CLP lê todas as entradas digitais e
analógicas, verificando se algum sensor está acionado. Se algum sensor estiver acionado, o
processador envia um sinal através da rede proprietária do fabricante do CLP para a central de
controle local mostrando qual sensor está acionado. Se for uma chave de fluxo, por exemplo,
a equipe de manutenção já sabe que o ventilador dessa máquina de ar condicionado está
parado, e pode providenciar a manutenção a tempo de não prejudicar o bom funcionamento
do sistema.
Perceba que o funcionamento descrito no paragrafo anterior não interrompe a ação ou
funcionamento de nenhum equipamento ou a continuação do processo do fluxograma. Isso
ocorre por que a prioridade do sistema é a integridade dos equipamentos protegidos pelo
sistema de climatização e pelo abrigo, ou seja, qualquer que seja o sinal proveniente desses
sensores, não deve interromper o funcionamento das máquinas de ar condicionado.
Em seguida, o sistema verifica se o sistema de detecção e alarme de incêndio está
acionado. Se estiver acionado, o fluxo do ar deve ser interrompido, desligando-se as máquinas
de ar condicionado e o sistema de pressurização, para não prejudicar o acionamento do agente
extintor, conforme NBR17240/2010 (SILVEIRA, 1999).
Após essas verificações iniciais, o sistema inicia o temporizador para troca das máquinas
de ar condicionado em operante e reserva, a cada setenta e duas horas. Logo em seguida, lê os
55
sinais de temperatura e umidade, externas e internas, pelas entradas analógicas 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
função das características de funcionamento dos equipamentos instalados.
A primeira faixa de temperatura é quando a temperatura interna do abrigo (T) for menor
que a temperatura mínima (Tmin). A segunda, considerada temperatura normal de
funcionamento, é quando a temperatura interna ficar entre a temperatura mínima (Tmin) e
temperatura máxima (Tmax). A terceira, quando a temperatura interna (T) ficar entre a
temperatura máxima (Tmax) e a temperatura de limite (Tlim) (temperatura crítica). 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 é executado
de maneira diferente, como é explicado, a seguir:
Faixa de temperatura “T < Tmin”: quando a temperatura interna (T) for menor que a
temperatura mínima (Tmin), o ventilador e as resistências de aquecimento são ligados, até que
a temperatura estabilize, em dois graus acima da temperatura mínima (Tmin);
Faixa de temperatura “Tmin < T < Tmax” (temperatura normal de trabalho): quando a
temperatura interna (T) ficar entre a temperatura mínima (Tmin) e a temperatura máxima
(Tmax), ambas as máquinas de ar condicionado permanecerão com seus compressores e
resistência de aquecimento desligados, até que esse estado seja alterado. Somente o ventilador
do evaporador da máquina ativa deve ficar ligado, para homogeneizar o ar ambiente;
Faixa de temperatura “T > Tmax”: quando a temperatura interna (T) for maior que a
temperatura máxima (Tmax), o compressor e ventilador da máquina de ar condicionado ativa
serão ligados, até que a temperatura desça dois graus, abaixo da temperatura máxima (Tmax);
Faixa de temperatura “T > Tlim”: quando a temperatura interna (T) forma maior que a
temperatura limite, compressores e ventiladores de ambas as máquinas permanecerão ligados,
até que a temperatura interna (T), desça até a faixa de temperatura normal de trabalho.
O funcionamento do sistema proposto pode ser visto no fluxograma de processo
mostrado na Figura 20.
Há situações em que as duas máquinas de ar condicionado são ativadas, passando as
duas máquinas para “operante”, até que o sistema se normalize. Essa situação é mostrada na
Figura 21, em que a detecção de anormalidade no sistema, como fluxo de ar baixo na saída de
uma das máquinas de ar, pode significar problemas com o ventilador ou obstrução dos dutos.
Nesse caso, a máquina reserva passa a também ser operante, até que a situação se normalize.
Outro caso em que as duas máquinas passam a ser operantes, ocorre quando qualquer uma
delas sinalize pressão muito baixa ou muito alta, do gás refrigerante sobre a válvula de
expansão.
57
Nos dois casos, optou-se por manter as duas como operantes, em virtude de a
temperatura no interior do abrigo poder alcançar a temperatura limite, mostrada na Figura 19,
e apenas uma delas não conseguir refrigerar. Por isso, se mantêm as duas ligadas, já que o
principal objetivo do sistema é manter o abrigo climatizado, para a proteção dos
equipamentos internos, nas condições extremas de funcionamento do sistema de climatização,
até que uma equipe de manutenção chegue ao local e verifique o defeito ocorrido.
INICIO
Ler
Entradas
Sensores
acionados ?
Acionar Alarme
correspondente
SDAEI = 1Desligar
máquinas de ar
condicionado
sim
não
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)
não
sim
sim não
não
sim
não
sim
sim
não
não
não
sim1
Figura 20: Fluxograma do controle automático das máquinas de ar condicionado
58
SENSOR DE
PRESSÃO ZSHL DA
AC-1 ACIONADO?
SENSOR DE
PRESSÃO ZSHL DA
AC-2 ACIONADO?
CHAVE DE FLUXO
FLS DA AC-1
ACIONADO?
CHAVE DE FLUXO
FLS DA AC-2
ACIONADO?
1
NÃO
NÃO
SIM
SIM
NÃO
SIM
SIM
NÃO
Figura 21: Fluxograma dos sensores de controle de processo.
59
5.5. PROGRAMA DE CONTROLE
Para programação do controlador, foi designado o programa do fabricante chamado
LOGO! Soft Comfort versão 6.0.17 de 2008, que utiliza um sistema de programação
representado por circuitos e portas lógicas configuráveis, conforme mostrado na Figura 22.
O programa LOGO!Soft Comfort pode ser adquirido como pacote de programação
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:
_ Criação gráfica Offline do programa de comutação como o diagrama de contactos
(esquema de circuitos) ou como diagrama de funções
_ Simulação do programa de comutação no computador
_ Criar e imprimir um plano de vista geral do programa de comutação
_ Salvaguarda dos dados do programa de comutação, no disco rígido ou noutro meio
_ Comparação de programa de comutação
_ Parametrização confortável dos blocos
_ Transferência do programa de comutação
– do LOGO! para PC
– do PC para LOGO!
_ Leitura do contador de horas de serviço
_ Ajuste da hora
_ Mudança de hora Verão/Inverno
_ Teste online: indicação de estados e valor atual do LOGO! no modo RUN:
60
– Estados de todas as entradas e saídas digitais, marcadores, bits do registrador de
deslocamento e teclas de seta
– Valores de todas as entradas e saídas analógicas e marcadores
– Resultados de todos os blocos
– Valores atuais (incluindo tempos) de blocos selecionados
_ Iniciar e parar o processamento do programa de comutação a partir de um
microcomputador (RUN, STOP).
O programa de controle foi desenvolvido e testado no próprio software de
programação, antes da aplicação final. O programa foi elaborado para atender apenas o modo
de operação do sistema de climatização. As funções de cada bloco utilizado para desenvolver
o programa, utilizado e mostrado na Figura 22 são as seguintes:
Nível alto;
Temporizador retentivo, on delay;
Temporizador;
Flag de memória;
Entrada digital, entrada física do CLP;
61
Entrada analógica, entrada física do CLP;
Função lógica NOT, porta inversora;
Função lógica OR, OU;
Função lógica AND, E;
Saída digital, saída física do CLP;
Interruptor de valor limiar analógico;
Comparador analógico;
Função lógica XOR, OU exclusivo.
62
Figura 22: Diagrama de bloco do programa de controle
63
5.6. RESULTADOS E DISCUSSÃO
O presente trabalho foi desenvolvido e aplicado a um Eletrocentro de uma empresa de
mineração brasileira. Para o desenvolvimento da aplicação, foi utilizado o software LOGO!
Soft Comfort, descrito no capitulo 5.5 deste trabalho. Neste software, foram feito todos os
ensaios virtuais, antes da aplicação definitiva ao cliente. Na Figura 23, pode-ser observar a
tela de simulação, utilizada nos para os ensaios deste projeto:
Figura 23: Tela da simulação 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 máquina de ar condicionado, atuando essas entradas e visualizando o
comportamento do software. Neste caso, o software acionou as saídas digitais DO-1, DO-2,
DO-4 e DO-5 para ligar a evaporadora e condensadora das duas máquinas. Depois, foram
64
testadas as entradas digitais dos sensores diferenciais de pressão e de sinalização de filtro
sujo. Os primeiros testes executados foram satisfatórios e funcionaram corretamente.
Na continuação do testes virtuais, verificou-se a lógica de controle de temperatura e
umidade e, para isso, ajustaram-se os sensores virtuais no Soft Confort, para ficarem na
posição de funcionamento normal, ou seja, temperatura em 22º. C e umidade em 40%. Após
isso, alterou-se o ajuste do sensor de temperatura interna para 28º. C e verificou-se que a saída
do PLC, para acionar o compressor da máquina de ar operante foi acionada. Assim, ajustou-se
a temperatura para 31º. C e as saídas de evaporadores e compressores das duas máquinas
entraram em operação. As saídas dos compressores e evaporadores só foram desativadas
quando se baixou o ajuste do sensor de temperatura interna para a normalidade (22º. C).
Depois, ajustou-se a entrada digital de umidade para mais de 50%, e verificou-se que
as saídas digitais da resistência de aquecimento e do compressor da máquina operante foram
acionadas para reduzir a umidade interna.
E, por último foi testado a temperatura interna menor que a temperatura mínima. Com
isso, a saída digital da resistência de aquecimento da máquina de ar operante entrou em
funcionamento.
Todos esses testes foram executados dentro do software de programação do PLC,
utilizando-se a ferramenta de simulação existente, antes da aplicação em campo. Como o
sistema só 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. Já, os sensores diferencias de pressão dos filtros e os sensores de fluxo, tiveram seus
orifícios de medição tampados para simular filtro sujo e falha no fluxo do ar.
Em todos esses testes, o tempo de troca do algoritmo da máquina operante e reserva
foi de cerca de 10 segundos, para verificar a troca de máquina operante para máquina reserva
e vice e versa, como também para verificar a lógica de funcionamento para as duas máquinas.
65
Os resultados dos ensaios virtuais efetuados, com o protótipo desenvolvido, mostram
que os objetivos propostos, nesta fase do trabalho, foram alcançados em toda a sua plenitude,
principalmente no que concerne à implementação de um sistema capaz de proteger os
equipamentos internos a um abrigo, e de controlar com eficiência as temperatura e umidade
interna do Eletrocentro.
O sistema foi posteriormente testado e comissionamento junto ao cliente, para depois
serem realizados os testes práticos, já 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 aplicação. Pode-se
observar que a sala foi climatizada com êxito. Na foto mostrada na Figura 24, a pressão foi
medida com a ajuda do instrumento medidor de pressão diferencial, modelo GULpress 201 do
fabricante Gulton do Brasil Ltda. Pôde-se observar que pressão interna com o sistema em
funcionamento foi de 3,23mmca, ou seja, 31,7 PA (Pascal), ligeiramente acima do limite da
pressurização desejada, o que não compromete o sistema projetado e nem prejudica o sistema
de climatização. Com a perda de eficiência dos filtros do sistema, essa pressão tende a
diminuir.
Figura 24: Pressão interna do Eletrocentro
66
O sistema apresentado neste trabalho esta em pleno funcionamento e foi aplicado em
outros seis Eletrocentros já fabricados e comissionado no cliente. A Empresa que comprou o
primeiro Eletrocentro com esta aplicação, solicitou que este sistema seja padrão para os
demais projetos de Eletrocentros que venham a ser produzido.
67
6. CONCLUSÕES
O presente trabalho se tornou precursor de outros projetos, e esta em pleno
aperfeiçoamento 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
não é necessariamente exclusivo a esta aplicação, podendo ser aplicado a outros tipos de
abrigos de equipamentos eletrônicos, como datacenter, shelters e salas de controle nos mais
variados tipos de indústrias.
O sistema de pressurização desenvolvido foi aplicado a uma indústria de mineração, onde
o nível de particulado de minério de ferro suspenso no ar é elevadíssimo. Para outras
aplicações, não é necessário um sistema tão 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 está sendo aplicado aos demais
projetos da empresa. Com isso, o projeto de automação dos sistemas de climatização de
Eletrocentros ficou mais ágil, por já ter uma arquitetura e toda a programação
feita.Anteriormente, por não haver um padrão de projeto, cada cliente recebia um projeto
diferente, tomando muito tempo no desenvolvimento e configuração.
Desvantagem do sistema
Uma desvantagem do sistema verificado na fase de desenvolvimento, e que deve ser
estudado futuramente, foi o do ajuste da pressão interna ser feito de forma manual e não
automática. Por isso foi deixada uma diferença de pressão acima da desejada, para que com a
saturação dos filtros no passar do tempo a pressão interna do Eletrocentro cai para um nível
desejado no projeto. Para o próximo trabalho fica também o desenvolvimento de um sistema
de gravação dos dados de temperatura e umidade, para estudo e melhoria do sistema controle
a partir da observação dos dados monitorados.
Entretanto, ficou para um trabalho futuro o desenvolvimento de um controle de
pressurização interna do Eletrocentro utilizando-se dois sensores de pressão piezelétricos,
68
uma ponte de Wheatstone e um damper regulador de pressão motorizado. Conforme os
sensores piezelétricos desequilibrassem a ponte de Wheatstone, o motor abriria ou fecharia o
damper e, dessa forma, regularia a pressão interna do abrigo.
69
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