Como funciona o Controle de Automação de um Sistema HVAC-R

Você já sabe o que é HVAC-R e como ele é importante para o conforto térmico e a qualidade do ar do seu ambiente. Mas você sabe como funciona o controle de automação de um sistema HVAC-R? Neste artigo, vamos explicar como a tecnologia da automação pode otimizar o desempenho e a eficiência dos equipamentos de HVAC-R, utilizando como exemplo uma unidade de tratamento de ar (UTA) com controle de saturação de filtros G4, F9 e H13, terminal no difusor, controle de vazão por meio de inversor de frequência e transdutor de pressão em AHU para leitura de vazão e controle PID, controle de temperatura e umidade, banco de resistência de aquecimento variável com variador de potência, CLP programado e com interface homem máquina (IHM) em comunicação e status. Confira!

O que é automação de um sistema HVAC-R?

Automação de um sistema HVAC-R é a implementação de sistemas de controle que permitem a monitoração e o gerenciamento dos equipamentos de aquecimento, ventilação, ar condicionado e refrigeração por meio de sensores, controladores e softwares. Esses sistemas podem ser integrados à internet das coisas (IoT), que é uma tecnologia que permite a comunicação entre dispositivos conectados à rede. Com a automação, é possível ajustar os parâmetros de operação dos equipamentos conforme as necessidades do ambiente, otimizando o consumo de energia, a qualidade do ar e o conforto térmico.

Como funciona o controle de automação de uma UTA?

Ilustração de componentes que podem ser
usados em Automação de um Sistema HVAC

Uma unidade de tratamento de ar (UTA) é um equipamento central que realiza as funções de filtragem, ventilação, aquecimento ou resfriamento do ar que será distribuído pelos dutos para os ambientes climatizados. Uma UTA pode ter diversos componentes, como ventilador, filtros, serpentinas, umidificador, desumidificador, recuperador de calor, etc. O controle de automação de uma UTA consiste em utilizar sensores e controladores para medir e regular as variáveis do ar, como temperatura, umidade, pressão e vazão. Além disso, o controle também permite monitorar o status dos componentes da UTA, como saturação dos filtros, funcionamento do ventilador, etc.

Um exemplo de controle de automação de uma UTA é o seguinte:

Ilustração de uma UTA com Pressostatos Diferenciais 
para Status de Saturação de Filtros em 
comunicação com CLP

- Controle de saturação dos filtros: os filtros são responsáveis por reter as partículas sólidas presentes no ar, garantindo a sua qualidade. Porém, com o tempo, os filtros ficam saturados e perdem a sua eficiência. Para evitar isso, é possível utilizar sensores de pressão diferencial que medem a queda de pressão causada pelos filtros. Quando essa queda ultrapassa um limite pré-estabelecido, significa que os filtros estão saturados e precisam ser trocados. O controle pode enviar um sinal para o CLP e para a IHM indicando a necessidade da troca.

Modelo de Damper VAV
com Atuador
para movimentação de Borboleta

- Terminal no difusor: o difusor é o dispositivo que lança o ar tratado no ambiente. O terminal no difusor é um controlador que regula a vazão do ar conforme a demanda do ambiente. Ele pode ser do tipo VAV (volume variável) ou CAV (volume constante). O terminal recebe um sinal do sensor de temperatura do ambiente e ajusta a posição da válvula borboleta para aumentar ou diminuir a vazão do ar.

Ilustração de Sistema HVAC ,
Note que moto-ventilador tem um "VFD" Inversor de Frequência 
para controle de RPM 

- Controle de vazão por meio de inversor de frequência e transdutor de pressão em AHU: o AHU (air handling unit) é a unidade que abriga os componentes da UTA. O controle de vazão por meio de inversor de frequência e transdutor de pressão consiste em utilizar esses dispositivos para regular a velocidade do ventilador da UTA conforme a demanda do sistema. O transdutor mede a pressão estática no duto principal e envia um sinal para o inversor que altera a frequência da corrente elétrica que alimenta o motor do ventilador. Assim, o ventilador gira mais rápido ou mais devagar para manter a pressão estática desejada.

Ilustração de controle de Vazão de ar
Com IF tendo integrado PID 
para ajuste  

- Controle PID: o controle PID (proporcional-integral-derivativo) é um algoritmo matemático que calcula a diferença entre o valor desejado e o valor medido de uma variável e envia um sinal corretivo para o atuador que regula essa variável. O controle PID pode ser utilizado para controlar diversas variáveis do sistema HVAC-R, como temperatura, umidade, pressão e vazão. O controle PID tem três termos: proporcional (que depende da diferença entre o valor desejado e o valor medido), integral (que depende da soma das diferenças ao longo do tempo) e derivativo (que depende da variação da diferença em relação ao tempo). Cada termo tem um peso diferente na composição do sinal corretivo.

- Controle de temperatura e umidade: o controle de temperatura e umidade consiste em utilizar sensores e atuadores para medir e regular essas variáveis no ar tratado pela UTA. Os sensores podem ser instalados na entrada ou na saída da UTA ou nos ambientes climatizados. Os atuadores podem ser válvulas que controlam a passagem do fluido refrigerante pelas serpentinas ou resistências elétricas que aquecem o ar. O controle pode ser feito por meio do CLP ou da IHM que recebem os sinais dos sensores e enviam os sinais para os atuadores.

Imagem de um RA Banco de Resistência de Aquecimento
 para Fluxo de Ar

Imagem de um Variador de Potência tiristorizado
Para controle de Potência de RA.         

- Banco de resistência variável com variador de potência: o banco de resistência variável é um conjunto de resistências elétricas que podem ser acionadas individualmente ou em grupo para aquecer o ar na UTA. O variador de potência é um dispositivo que permite alterar a potência das resistências conforme a necessidade. O controle pode ser feito por meio do CLP ou da IHM que recebem os sinais dos sensores e enviam os sinais para o variador.

Alguns Modelos de CLP

Ilustração de Equipamentos e Componentes
que podem fazer parte de controle do CLP

- CLP programado: o CLP (controlador lógico programável) é um dispositivo eletrônico que executa programas lógicos pré-definidos para controlar os equipamentos do sistema HVAC-R. O CLP recebe os sinais dos sensores e envia os sinais para os atuadores conforme as instruções do programa. O CLP pode ser programado por meio da IHM ou por meio de um software específico.

Imagem de IHM com Software de Supervisão Instalado

- IHM em comunicação e status: a IHM (interface homem-máquina) é um dispositivo eletrônico que permite ao usuário interagir com o sistema HVAC-R. A IHM pode ter uma tela sensível ao toque ou botões físicos que permitem ao usuário visualizar as informações do sistema (como temperatura, umidade, pressão, vazão), alterar os parâmetros desejados (como setpoints), acionar ou desligar os equipamentos manualmente ou automaticamente (como modo econômico), programar horários ou eventos (como partida ou parada programada), verificar alarmes ou falhas (como filtro saturado ou ventilador travado), etc.

Quais são as vantagens do controle de automação de um sistema HVAC-R?

O controle de automação de um sistema HVAC-R traz diversas vantagens para os usuários e para os equipamentos. Algumas delas são:

- Conforto térmico: mantém as condições ideais de temperatura e umidade nos ambientes climatizados conforme as necessidades dos usuários.

- Qualidade do ar: mantém a renovação e a filtragem do ar nos ambientes climatizados conforme as normas técnicas vigentes.

- Eficiência energética: reduz o consumo desnecessário ou excessivo dos equipamentos conforme a demanda do sistema.

- Durabilidade: evita falhas ou danos nos equipamentos causados por sobrecarga ou mau funcionamento.

- Monitoramento: permite acompanhar em tempo real o desempenho e o status dos equipamentos por meio da IHM ou remotamente pela internet.

- Manutenção: facilita a identificação e a solução dos problemas nos equipamentos por meio dos alarmes ou históricos registrados na IHM.

Como escolher os melhores equipamentos para o controle de automação?

Para escolher os melhores equipamentos para o controle de automação do seu sistema HVAC-R, é preciso levar em conta alguns fatores, como:

- A compatibilidade dos equipamentos: é importante verificar se os equipamentos de HVAC-R são compatíveis com os equipamentos de automação, ou seja, se eles possuem as interfaces e os protocolos de comunicação adequados. Alguns exemplos de protocolos de comunicação são: Modbus, BACnet, LonWorks, KNX, etc.

- A qualidade dos equipamentos: é importante verificar se os equipamentos de automação possuem as certificações e as garantias necessárias para garantir o seu desempenho, a sua segurança e a sua confiabilidade. Alguns exemplos de certificações são: ISO 9001, CE, UL, etc.

- A facilidade de instalação e operação: é importante verificar se os equipamentos de automação são fáceis de instalar e operar, ou seja, se eles possuem um design simples e intuitivo, um manual de instruções claro e completo, um software de programação amigável e uma IHM interativa e funcional.

- O custo-benefício dos equipamentos: é importante verificar se os equipamentos de automação oferecem um bom custo-benefício, ou seja, se eles possuem um preço justo em relação aos benefícios que eles proporcionam em termos de conforto térmico, qualidade do ar, eficiência energética, durabilidade, monitoramento e manutenção.

Onde encontrar os melhores equipamentos para o controle de automação?

Para encontrar os melhores equipamentos para o controle de automação do seu sistema HVAC-R, você pode contar com a J.Clima HVAC-R. Somos uma empresa especializada em instalações e manutenções em HVAC-R. Temos mais de 10 anos de experiência no mercado e oferecemos soluções personalizadas para cada cliente. Trabalhamos com as melhores marcas e modelos de equipamentos de HVAC-R e de automação e temos uma equipe qualificada e capacitada para realizar os serviços com qualidade e segurança. Entre em contato conosco e solicite um orçamento sem compromisso. Estamos à disposição para atendê-lo.

Contato:

(81) 99622-4839

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Conhecimento Adicional : 🔻🔻🔻

Ilustração de Chillers 
Do lado Esquerdo ⬅️ Chiller Condensação há Ar
Do Lado Direito ➡️ Chiller Condensação há Água (Torre de Resfriamento)

Condensador de Chiller Estilo "Casco-Tubo"
Seta Amarela representa Água 💧💧💧
Seta Vermelha representa Fluído Refrigerante 
O Fluido Refrigerante Entra em estado Gasoso ☁️🔥🔥
Condensa no Processo 
E Sai em estado Líquido 💧🔥

Ilustração de Uma Torre de Resfriamento da 
Água do Condensador de um Chiller .