Automação em Sistema de Ar Condicionado Utilizando Caixa de VAV (Volume de Ar Variável)
Publicado em 19 de novembro de 2010 por Paulo Pereira Lima
AUTOMAÇÃO EM SISTEMA DE AR CONDIVIONADO UTILIZANDO CAIXA DE VAV (Volume de Ar Variável)
Paulo Pereira , Joilson Moura Menezes, Sidney Fernandes da Luz
Estácio-Uni-rádial
[email protected]
[email protected]
RESUMO
Este trabalho apresenta o desempenho da auto-mação em sistema de ar condicionado utilizando caixas VAV (volume de ar variável) visando à oti-mização das funções básica que garante ao sis-tema rapidez, eficiência, economia de energia, re-dução do custo operacional do empreendimento melhor nível de conforto, resultando no aumento da produtividade dos usuários do edifício, otimiza-ção da equipe da manutenção e operação do sis-tema de ar condicionado, agilidade para oferecer informações ao gestor da instalação. Nota-se que o sistema de ar condicionado com caixa VAV pro-duz condições de maior conforto nos ambientes da instalação. Neste trabalho utilizaremos uma con-troladora VMA (Modulador Variável de Ar) fabrica-do pela a empresa Johnson Controls do Brasil, e apresentaremos um protótipo simulando uma cai-xa VAV.
Um sistema VAV consiste basicamente de múlti-plas unidades terminais de ar.
Unidades terminais de ar consistem de um damper e uma sonda de medição de pressão (tubo de pi-tot) instalados em uma caixa metálica.
Compreensão dos mecanismos e lógicas envolvi-dos no funcionamento do VMA.
À medida que a temperatura da zona aumenta,
o controlador da VAV (VMA) comanda a abertura do damper para permitir que mais ar
frio tenha acesso ao ambiente. O volume de ar re-querido para manter uma determinada
zona em seu setpoint de temperatura é definida pelo tamanho do espaço e cargas.
PALAVRAS-CHAVE
Automação, caixas VAV (volume de ar variável), temperaturas, carga térmica, ar condicionado, VMA (Variable Air Volume Modular Assembly)
1 INTRODUÇÃO
A utilização de caixas VAV (volume de ar variável) é bastante empregado em edificios modernos ou os chamados edificios inteligentes porque busacam melhor conforto para seus usuários.
A principal característica deste trabalho destaca-se na utilização de caixas VAV (volume de ar variável) para controlar o insuflamento de ar no ambiente e apresentendo so conceito de carga térmica de um projeto. As caixa VAV são equipamentos de ar condicionado que atraves de um damper permite controlar a passagem de ar através de um duto, desse moda a vazão de ar e a temperatura de uma sala.
O Variable Air Volume Modular Assembly (VMA) é um módulo integrado que inclui um
controlador digital de última geração, um sensor diferencial de pressão e um atuador
com motor de passo. Adicionalmente, uma vez que o tamanho da caixa VAV
determina sua capacidade máxima de resfriamen-to, a performance de uma caixa VAV
depende do seu correto dimensionamento pelo projetista de ar condicionado. Algumas vezes o tamanho e, portanto, a capacidade de uma caixa VAV pode não
atender adequadamente à demanda térmica da zona a que ela serve. Se a caixa for
muito pequena, ocorrerá resfriamento insuficiente e alto nível de ruído. Se a caixa for
muito grande, poderá ser difícil controlar adequa-damente a temperatura da zona, uma
vez que uma pequena abertura no damper causa uma grande mudança na vazão de ar.
As caixas devem ser ligeiramente sobre-dimensionadas para permitir uma operação
mais silenciosa e uma reserva de capacidade para eventuais aumentos na carga
térmica do ambiente. Tipicamente, recomenda-se que a vazão máxima de projeto seja
limitada entre 80 e 90% da capacidade de vazão da caixa (vazão máxima da caixa).
Condicionadores de ar normalmente são controla-dos a partir da norma ASHRAE, onde são
definidos padrões nos processos de controle de ar-condicionado, a variação da utilização do ar ex-terno
é o que determina qual ASHRAE utilizar.
ASHRAE 1 = Utiliza 100% do ar-externo todo o tempo, uma válvula de aquecimento é
modulada para manter a temperatura de ajuste, caso a temperatura de insuflação abaixar
muito, o damper de ar externo pode ser fechado (modo prioritário).
ASHRAE 2 = É fixada uma porcentagem mínima de uso do ar-externo (15 até 50%), válvula de
aquecimento ou damper de ar-externo são modu-lados para manter a temperatura de ajuste. Se
a temperatura de insuflação abaixar muito, o dam-per de ar-externo é fechado e a válvula de
aquecimento abre totalmente (modo prioritário)
[2].
2 Carga Térmica
O principio de um projeto de ar condcionado é conhecer a carga térmica de um ambiente que se deseja climatizar.
Para calcular a carga térmica de resfriamento é necessário:
Obter características físicas do prédio, dimensões, materiais, Determinar a localização do prédio, orientação e sombreamento;
Obter informações sobre o clima no local, e especificar os dados de projeto de acordo com normas;
Obter informação sobre iluminação, ocupantes, tipo de ocupação, equipamentos, etc, tudo que possa contribuir para a carga térmica interna;
Especificar o dia típico de cada mês para fazer os gerar os valores de carga térmica;
E vários outros.
2.1 Grafico demostrando a distribuição da carga
termica de um projeto.
Gráfico1. Demonstrativo das cargas térmicas.
2.2 Conceitos de dimensionamento de dutos:
Nas aplicações comerciais, industriais e residenci-ais o projeto de rede de dutos deve-se considerar: o espaço disponível, espaço para difusão do ar, níveis de ruído, vazamento nos dutos, ganhos ou perdas de calor, balanceamento, controle de fu-maça e fogo, custos iniciais e custos operacionais.
A Equação de Bernoulli (3).
onde
= velocidade das linhas de fluxo (m/s);
P = pressão absoluta, Pa (N/m2)
= massa específica (kg/m3)
g = aceleração da Gravidade (m/s2)
z = elevação (m)
Resolvendo a equação acima considerando a massa específica como constante, e aplicando en-tre dois pontos distintos, tem-se:
V = velocidade média no duto, (m/s)
= perda de pressão total por atrito e perdas dinâmicas entre as seções 1 e 2.
Assim, considerando-se a pressão atmosférica e a pressão devido à diferença de nível temos:
2.3 Perdas de Pressão nos dutos
As perdas de pressão são processos irreversí-veis de transformação de energia mecânica em calor. As perdas podem ser devido ao atrito e di-nâmicas.
Perdas devido ao atrito
As perdas devido ao atrito são devido aos efei-tos viscosos e são um resultado da troca de mo-mento entre as moléculas no regime laminar e en-tre as partículas individual e a adjacente camada de fluido que se move em diferente velocidade no regime turbulento.
Equação de Darcy-Weisbach (2).
A perda total de pressão ao longo de um trecho de duto é calculada pela equação abaixo:
onde:
= perda de pressão em termo de pressão total, Pa
f = fator de fricção, adimensional
L = comprimento do duto, m
Dh = diâmetro hidráulico, mm
V = velocidade, m/s
= massa específica, kg/m3
C = coeficiente de perda local, adimensional
O fator de fricção é dado pela equação de Co-lebrook
onde:
= rugosidade absoluta do material, mm
Re = número de Reynolds
Atshul et al, 1975 desenvolveram uma fórmula simplificada para o fator de fricção e modificada por Tsal:
se : f = f?
se :
e o número de Reynolds
onde
n = viscosidade cinemática, m2/s
Considerando o ar nas condições padrões
Diâmetro hidráulico
Dh = diâmetro hidráulico, mm
A = área da seção transversal do duto, mm2
P = perímetro da seção transversal do duto, mm [2].
2.4 Metodologia de Cálculo da Caixa VAV
Baseado nas equações desenvolvemos os cálcu-los do duto da nossa caixa VAV, o problema de dimensionamento de um duto se reduz a solução da relação básica entre Q, a vazão volumétrica em m3/s, A, área da seção transversal do duto em m2, e v, a velocidade média do escoamento em m/s, dada pela a equação, o problema se reduz em es-colher uma velocidade adequada ou uma perda de pressão apropriada.
Q=A x V
Cálculo de área:
Área= π x R²
Dados:
D=0.1m
Área= π x (0.05)² =7,85m2
Pickup Gain (Ganho) =2
Velocidade 200 cfm =1.7 x200=85m3/h
Com esses dados de4 dimensionamento da nossa caixa VAVo software HVAC-PRO nos forneceu uma pressão estática d 3.8Pa.
2.5 Medição de Vazão
A vazão de ar é calculada pelo VMA utilizando-se dois parâmetros: a área da caixa
(área da seção da caixa onde se localiza a cruzeta de medição de pressão ? pickup de
ar) e o fator K característico da caixa (pickup gain ou supply pickup gain). Com estas
informações, o VMA calcula a vazão de ar a partir da leitura de pressão obtida no pickup
de ar, utilizando-se a seguinte equação [3]:
Onde:
Vazão de Ar = Calculada em m3/h ou l/s, depen-dendo do coeficiente de vazão
utilizado
Coeficiente de vazão = Constante de adimensio-nalização da equação. Ao nível do
mar é igual 4644 para vazão em m3/h e 1290 para vazão em l/s
Fator K = Pickup Gain (ganho do pickup). Cons-tante adimensional característica de
cada caixa VAV. NÃO é a perda de carga da cru-zeta de medição, como é
erroneamente divulgado.
Delta P = Pressão diferencial em Pascais. A cru-zeta de medição da caixa VAV tem
uma seção de medição no sentido contrário ao flu-xo de ar (pressão dinâmica) e
uma outra seção voltada para o mesmo sentido do fluxo (pressão estática). O valor que nos interessa para o cálculo de vazão é a diferença entre as du-as medições
(pressão de velocidade).
2.6 Lógicas de Aplicações Diversas
O VMA opera em diversos modos. Alguns modos ocorrem sob condições normais de
operação e alguns são comandados apenas por um sistema supervisório. O modo de
operação da caixa VAV determina quais loops de controle PID estão ativos. O modo de
ocupação determina o estado atual de ocupação do ambiente. Status de pressão de
velocidade e de temperatura da zona determinam o próprio funcionamento do VMA[3].
2.7 Parâmetros de leituras;
A unidade de leitura do sensor de pressão nos programas das controladoras VAV é
?polegada de coluna d?água (In Wg)?, diferente-mente da VMA que apresenta leitura de
pressão em ?Pascais (Pa)?. Essa unidade deve ser declarada apropriadamente no
sistema supervisório (Metasys PMI, Metasys Ex-tended Architecture, M3 e M5).
1 Pascal = 1 N / m
1000 pascal = 4.01 (In Wg)
A unidade de leitura de vazão nos programas das controladoras VAV é ?Cubic feet per
minute (CFM)?, independente do sistema de uni-dade selecionado no menu ?Options? do
HVAC PRO. Essa unidade deve ser declarada a-propriadamente no sistema supervisório
(Metasys PMI, Metasys Extended Architecture, M3 e M5).
1 CFM = 1,7 m_/h
1 m2 = 10.76 ft2
No exemplo acima:
0,0077 m2 = 0.0829 ft2
O valor do parâmetro ?Supply Mult?, conhecido também como Fator K (Pickup Gain)
não muda, pois esse parâmetro é adimensional (não possui unidade).
Outro parâmetro importante é o ?Damper Stroke Time? que deve ser digitado em
minutos, esse valor é o tempo que o atuador leva para modular da posição ?0%? para
?100%?.
A unidade do parâmetro Área da Caixa VAV (Supply Box Area) nos programas das
controladoras VAV é ?pé ao quadrado (Sq Ft). Na tabela de tamanho de caixa VAV
deve ser convertido o valor em m² para ft² [3].
A base para desenvolver os cálculos de projetos de dutos foram os princípios básico de fenômenos dos transporte com base nas equações de Ber-noulli, foi fundamental para calcular o duto do pro-tótipo.
2.8 Testes de simulação de abertura do Dam-per.
Dados coletados do software HVAC-PRO de uma situação real em campo para comparação com os teste realizado com o protótipo.
Tela de dados do HVAC-PRO
Fig.1. Tela de dados do HVAC-PRO
Fig.2. Tela de dados do HVAC-PRO
Este grafico apresenta os dados de duas situações de de funcionamento de uma caixa instalald em um prédio.
Tabela de dados:
Temperatura 23.5° 24.1°
vazão m3/h 270,1 1203,8
Gráfico 2. Atuação da caixa
Gráfico 2. Atuação da caixa
Foi usado um potenciômetro e um resistor de um 1k para simular a condições de temperatura den-tro de uma sala onde determinamos uma tempera-tura mínima e máxima conforme demonstração no gráfico não usamos dados de vazão .
.Este gráfico apresenta atuação do damper rela-cionado com a temperatura.
Gráfico.3.Atuação do damper x temperatura.
Tabela1. Dados usados para teste
19º 20º 21º 22º 23º 24º 25º
Abertura 10% 20% 40% 60% 80% 90% 100%
2.9 Resultados e Discussão.
As comparações entre os gráficos nos mostra as evoluções da atuação dos atuadores da caixa VAV onde mostramos uma simulação real e uma simu-lação com protótipo, o gráfico de teste aplicamos valores de temperatura para avaliarmos o compor-tamento da VMA e no gráfico do software a VMA calcula a vazão de ar suficiente para manter o setpoint ajustado no projeto através da leitura do termostato instalado no ambiente.
3. Desenvolvimento da VAV
As controladoras da Johnson Controls VMA-1410 e VAV foram desenvolvidas para controlar e
supervisionar caixas de Volume de Ar Variável (VAV), será introduzido o funcionamento mecânico básico de uma caixa VAV, para posteriormente tra-tar da parte de instalação e programação dessas controladoras.
A programação dessas controladoras é desenvol-vida no software HVAC-PRO Configuration
Tools (Treinamento Módulo 1 ? HVAC PRO).
As controladoras VMA e VAV podem ser supervi-sionas através dos sistemas de automação
Johnson Controls: Metasys PMI, Metasys Extended Architecture, M3 e M5[3].
4. CONCLUSÕES
O presente artigo apresenta os resultados realiza-dos com um dispositivo de condicionamento de ar baseado na aplicação de caixas VAV (volume de ar variável) e controladora VMA (Modulador Variável de Ar) empregado em edifícios voltado para pro-porcionar conforto ao ambiente e economia de e-nergia para a instalação.
Vimos que a atuação do nosso protótipo corres-ponde as mesmas caracteristicas de uma caixa VAV instalada no campo, e que a sua atuação a expectativas de proporcionar conforto para o usá-rio.
Para desenvolver esse trabalho foram utilizadas pesquisa e estudo em trabalhos desenvolvido em edifícios com intuito de demonstrar toda a eficiên-cia desses equipamentos no campo da engenhari-a.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] ASHRAE = American Society of Heating, Refrigerating, and Air Conditioning Engineers
[2] Air Conditioning Engineering. Second Edition
W. J. Pones.
[3] Johnson Controls do Brasil
[4] Revista Climatização e Refrigeração
[5] Carrier Ar Condicining, 1976,
"MANUAL DE AIRE CONDICIONADO", Barce-lona, Espanha.
www.yorkbrasil.com.br
WWW.controls.com
www.abrava.com.br
www.trox.com.br
Paulo Pereira , Joilson Moura Menezes, Sidney Fernandes da Luz
Estácio-Uni-rádial
[email protected]
[email protected]
RESUMO
Este trabalho apresenta o desempenho da auto-mação em sistema de ar condicionado utilizando caixas VAV (volume de ar variável) visando à oti-mização das funções básica que garante ao sis-tema rapidez, eficiência, economia de energia, re-dução do custo operacional do empreendimento melhor nível de conforto, resultando no aumento da produtividade dos usuários do edifício, otimiza-ção da equipe da manutenção e operação do sis-tema de ar condicionado, agilidade para oferecer informações ao gestor da instalação. Nota-se que o sistema de ar condicionado com caixa VAV pro-duz condições de maior conforto nos ambientes da instalação. Neste trabalho utilizaremos uma con-troladora VMA (Modulador Variável de Ar) fabrica-do pela a empresa Johnson Controls do Brasil, e apresentaremos um protótipo simulando uma cai-xa VAV.
Um sistema VAV consiste basicamente de múlti-plas unidades terminais de ar.
Unidades terminais de ar consistem de um damper e uma sonda de medição de pressão (tubo de pi-tot) instalados em uma caixa metálica.
Compreensão dos mecanismos e lógicas envolvi-dos no funcionamento do VMA.
À medida que a temperatura da zona aumenta,
o controlador da VAV (VMA) comanda a abertura do damper para permitir que mais ar
frio tenha acesso ao ambiente. O volume de ar re-querido para manter uma determinada
zona em seu setpoint de temperatura é definida pelo tamanho do espaço e cargas.
PALAVRAS-CHAVE
Automação, caixas VAV (volume de ar variável), temperaturas, carga térmica, ar condicionado, VMA (Variable Air Volume Modular Assembly)
1 INTRODUÇÃO
A utilização de caixas VAV (volume de ar variável) é bastante empregado em edificios modernos ou os chamados edificios inteligentes porque busacam melhor conforto para seus usuários.
A principal característica deste trabalho destaca-se na utilização de caixas VAV (volume de ar variável) para controlar o insuflamento de ar no ambiente e apresentendo so conceito de carga térmica de um projeto. As caixa VAV são equipamentos de ar condicionado que atraves de um damper permite controlar a passagem de ar através de um duto, desse moda a vazão de ar e a temperatura de uma sala.
O Variable Air Volume Modular Assembly (VMA) é um módulo integrado que inclui um
controlador digital de última geração, um sensor diferencial de pressão e um atuador
com motor de passo. Adicionalmente, uma vez que o tamanho da caixa VAV
determina sua capacidade máxima de resfriamen-to, a performance de uma caixa VAV
depende do seu correto dimensionamento pelo projetista de ar condicionado. Algumas vezes o tamanho e, portanto, a capacidade de uma caixa VAV pode não
atender adequadamente à demanda térmica da zona a que ela serve. Se a caixa for
muito pequena, ocorrerá resfriamento insuficiente e alto nível de ruído. Se a caixa for
muito grande, poderá ser difícil controlar adequa-damente a temperatura da zona, uma
vez que uma pequena abertura no damper causa uma grande mudança na vazão de ar.
As caixas devem ser ligeiramente sobre-dimensionadas para permitir uma operação
mais silenciosa e uma reserva de capacidade para eventuais aumentos na carga
térmica do ambiente. Tipicamente, recomenda-se que a vazão máxima de projeto seja
limitada entre 80 e 90% da capacidade de vazão da caixa (vazão máxima da caixa).
Condicionadores de ar normalmente são controla-dos a partir da norma ASHRAE, onde são
definidos padrões nos processos de controle de ar-condicionado, a variação da utilização do ar ex-terno
é o que determina qual ASHRAE utilizar.
ASHRAE 1 = Utiliza 100% do ar-externo todo o tempo, uma válvula de aquecimento é
modulada para manter a temperatura de ajuste, caso a temperatura de insuflação abaixar
muito, o damper de ar externo pode ser fechado (modo prioritário).
ASHRAE 2 = É fixada uma porcentagem mínima de uso do ar-externo (15 até 50%), válvula de
aquecimento ou damper de ar-externo são modu-lados para manter a temperatura de ajuste. Se
a temperatura de insuflação abaixar muito, o dam-per de ar-externo é fechado e a válvula de
aquecimento abre totalmente (modo prioritário)
[2].
2 Carga Térmica
O principio de um projeto de ar condcionado é conhecer a carga térmica de um ambiente que se deseja climatizar.
Para calcular a carga térmica de resfriamento é necessário:
Obter características físicas do prédio, dimensões, materiais, Determinar a localização do prédio, orientação e sombreamento;
Obter informações sobre o clima no local, e especificar os dados de projeto de acordo com normas;
Obter informação sobre iluminação, ocupantes, tipo de ocupação, equipamentos, etc, tudo que possa contribuir para a carga térmica interna;
Especificar o dia típico de cada mês para fazer os gerar os valores de carga térmica;
E vários outros.
2.1 Grafico demostrando a distribuição da carga
termica de um projeto.
Gráfico1. Demonstrativo das cargas térmicas.
2.2 Conceitos de dimensionamento de dutos:
Nas aplicações comerciais, industriais e residenci-ais o projeto de rede de dutos deve-se considerar: o espaço disponível, espaço para difusão do ar, níveis de ruído, vazamento nos dutos, ganhos ou perdas de calor, balanceamento, controle de fu-maça e fogo, custos iniciais e custos operacionais.
A Equação de Bernoulli (3).
onde
= velocidade das linhas de fluxo (m/s);
P = pressão absoluta, Pa (N/m2)
= massa específica (kg/m3)
g = aceleração da Gravidade (m/s2)
z = elevação (m)
Resolvendo a equação acima considerando a massa específica como constante, e aplicando en-tre dois pontos distintos, tem-se:
V = velocidade média no duto, (m/s)
= perda de pressão total por atrito e perdas dinâmicas entre as seções 1 e 2.
Assim, considerando-se a pressão atmosférica e a pressão devido à diferença de nível temos:
2.3 Perdas de Pressão nos dutos
As perdas de pressão são processos irreversí-veis de transformação de energia mecânica em calor. As perdas podem ser devido ao atrito e di-nâmicas.
Perdas devido ao atrito
As perdas devido ao atrito são devido aos efei-tos viscosos e são um resultado da troca de mo-mento entre as moléculas no regime laminar e en-tre as partículas individual e a adjacente camada de fluido que se move em diferente velocidade no regime turbulento.
Equação de Darcy-Weisbach (2).
A perda total de pressão ao longo de um trecho de duto é calculada pela equação abaixo:
onde:
= perda de pressão em termo de pressão total, Pa
f = fator de fricção, adimensional
L = comprimento do duto, m
Dh = diâmetro hidráulico, mm
V = velocidade, m/s
= massa específica, kg/m3
C = coeficiente de perda local, adimensional
O fator de fricção é dado pela equação de Co-lebrook
onde:
= rugosidade absoluta do material, mm
Re = número de Reynolds
Atshul et al, 1975 desenvolveram uma fórmula simplificada para o fator de fricção e modificada por Tsal:
se : f = f?
se :
e o número de Reynolds
onde
n = viscosidade cinemática, m2/s
Considerando o ar nas condições padrões
Diâmetro hidráulico
Dh = diâmetro hidráulico, mm
A = área da seção transversal do duto, mm2
P = perímetro da seção transversal do duto, mm [2].
2.4 Metodologia de Cálculo da Caixa VAV
Baseado nas equações desenvolvemos os cálcu-los do duto da nossa caixa VAV, o problema de dimensionamento de um duto se reduz a solução da relação básica entre Q, a vazão volumétrica em m3/s, A, área da seção transversal do duto em m2, e v, a velocidade média do escoamento em m/s, dada pela a equação, o problema se reduz em es-colher uma velocidade adequada ou uma perda de pressão apropriada.
Q=A x V
Cálculo de área:
Área= π x R²
Dados:
D=0.1m
Área= π x (0.05)² =7,85m2
Pickup Gain (Ganho) =2
Velocidade 200 cfm =1.7 x200=85m3/h
Com esses dados de4 dimensionamento da nossa caixa VAVo software HVAC-PRO nos forneceu uma pressão estática d 3.8Pa.
2.5 Medição de Vazão
A vazão de ar é calculada pelo VMA utilizando-se dois parâmetros: a área da caixa
(área da seção da caixa onde se localiza a cruzeta de medição de pressão ? pickup de
ar) e o fator K característico da caixa (pickup gain ou supply pickup gain). Com estas
informações, o VMA calcula a vazão de ar a partir da leitura de pressão obtida no pickup
de ar, utilizando-se a seguinte equação [3]:
Onde:
Vazão de Ar = Calculada em m3/h ou l/s, depen-dendo do coeficiente de vazão
utilizado
Coeficiente de vazão = Constante de adimensio-nalização da equação. Ao nível do
mar é igual 4644 para vazão em m3/h e 1290 para vazão em l/s
Fator K = Pickup Gain (ganho do pickup). Cons-tante adimensional característica de
cada caixa VAV. NÃO é a perda de carga da cru-zeta de medição, como é
erroneamente divulgado.
Delta P = Pressão diferencial em Pascais. A cru-zeta de medição da caixa VAV tem
uma seção de medição no sentido contrário ao flu-xo de ar (pressão dinâmica) e
uma outra seção voltada para o mesmo sentido do fluxo (pressão estática). O valor que nos interessa para o cálculo de vazão é a diferença entre as du-as medições
(pressão de velocidade).
2.6 Lógicas de Aplicações Diversas
O VMA opera em diversos modos. Alguns modos ocorrem sob condições normais de
operação e alguns são comandados apenas por um sistema supervisório. O modo de
operação da caixa VAV determina quais loops de controle PID estão ativos. O modo de
ocupação determina o estado atual de ocupação do ambiente. Status de pressão de
velocidade e de temperatura da zona determinam o próprio funcionamento do VMA[3].
2.7 Parâmetros de leituras;
A unidade de leitura do sensor de pressão nos programas das controladoras VAV é
?polegada de coluna d?água (In Wg)?, diferente-mente da VMA que apresenta leitura de
pressão em ?Pascais (Pa)?. Essa unidade deve ser declarada apropriadamente no
sistema supervisório (Metasys PMI, Metasys Ex-tended Architecture, M3 e M5).
1 Pascal = 1 N / m
1000 pascal = 4.01 (In Wg)
A unidade de leitura de vazão nos programas das controladoras VAV é ?Cubic feet per
minute (CFM)?, independente do sistema de uni-dade selecionado no menu ?Options? do
HVAC PRO. Essa unidade deve ser declarada a-propriadamente no sistema supervisório
(Metasys PMI, Metasys Extended Architecture, M3 e M5).
1 CFM = 1,7 m_/h
1 m2 = 10.76 ft2
No exemplo acima:
0,0077 m2 = 0.0829 ft2
O valor do parâmetro ?Supply Mult?, conhecido também como Fator K (Pickup Gain)
não muda, pois esse parâmetro é adimensional (não possui unidade).
Outro parâmetro importante é o ?Damper Stroke Time? que deve ser digitado em
minutos, esse valor é o tempo que o atuador leva para modular da posição ?0%? para
?100%?.
A unidade do parâmetro Área da Caixa VAV (Supply Box Area) nos programas das
controladoras VAV é ?pé ao quadrado (Sq Ft). Na tabela de tamanho de caixa VAV
deve ser convertido o valor em m² para ft² [3].
A base para desenvolver os cálculos de projetos de dutos foram os princípios básico de fenômenos dos transporte com base nas equações de Ber-noulli, foi fundamental para calcular o duto do pro-tótipo.
2.8 Testes de simulação de abertura do Dam-per.
Dados coletados do software HVAC-PRO de uma situação real em campo para comparação com os teste realizado com o protótipo.
Tela de dados do HVAC-PRO
Fig.1. Tela de dados do HVAC-PRO
Fig.2. Tela de dados do HVAC-PRO
Este grafico apresenta os dados de duas situações de de funcionamento de uma caixa instalald em um prédio.
Tabela de dados:
Temperatura 23.5° 24.1°
vazão m3/h 270,1 1203,8
Gráfico 2. Atuação da caixa
Gráfico 2. Atuação da caixa
Foi usado um potenciômetro e um resistor de um 1k para simular a condições de temperatura den-tro de uma sala onde determinamos uma tempera-tura mínima e máxima conforme demonstração no gráfico não usamos dados de vazão .
.Este gráfico apresenta atuação do damper rela-cionado com a temperatura.
Gráfico.3.Atuação do damper x temperatura.
Tabela1. Dados usados para teste
19º 20º 21º 22º 23º 24º 25º
Abertura 10% 20% 40% 60% 80% 90% 100%
2.9 Resultados e Discussão.
As comparações entre os gráficos nos mostra as evoluções da atuação dos atuadores da caixa VAV onde mostramos uma simulação real e uma simu-lação com protótipo, o gráfico de teste aplicamos valores de temperatura para avaliarmos o compor-tamento da VMA e no gráfico do software a VMA calcula a vazão de ar suficiente para manter o setpoint ajustado no projeto através da leitura do termostato instalado no ambiente.
3. Desenvolvimento da VAV
As controladoras da Johnson Controls VMA-1410 e VAV foram desenvolvidas para controlar e
supervisionar caixas de Volume de Ar Variável (VAV), será introduzido o funcionamento mecânico básico de uma caixa VAV, para posteriormente tra-tar da parte de instalação e programação dessas controladoras.
A programação dessas controladoras é desenvol-vida no software HVAC-PRO Configuration
Tools (Treinamento Módulo 1 ? HVAC PRO).
As controladoras VMA e VAV podem ser supervi-sionas através dos sistemas de automação
Johnson Controls: Metasys PMI, Metasys Extended Architecture, M3 e M5[3].
4. CONCLUSÕES
O presente artigo apresenta os resultados realiza-dos com um dispositivo de condicionamento de ar baseado na aplicação de caixas VAV (volume de ar variável) e controladora VMA (Modulador Variável de Ar) empregado em edifícios voltado para pro-porcionar conforto ao ambiente e economia de e-nergia para a instalação.
Vimos que a atuação do nosso protótipo corres-ponde as mesmas caracteristicas de uma caixa VAV instalada no campo, e que a sua atuação a expectativas de proporcionar conforto para o usá-rio.
Para desenvolver esse trabalho foram utilizadas pesquisa e estudo em trabalhos desenvolvido em edifícios com intuito de demonstrar toda a eficiên-cia desses equipamentos no campo da engenhari-a.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] ASHRAE = American Society of Heating, Refrigerating, and Air Conditioning Engineers
[2] Air Conditioning Engineering. Second Edition
W. J. Pones.
[3] Johnson Controls do Brasil
[4] Revista Climatização e Refrigeração
[5] Carrier Ar Condicining, 1976,
"MANUAL DE AIRE CONDICIONADO", Barce-lona, Espanha.
www.yorkbrasil.com.br
WWW.controls.com
www.abrava.com.br
www.trox.com.br