Especialistas da indústria do AVAC-R fazem suas recomendações para que os sistemas trabalhem sempre em seu ponto ótimo

Atualmente, é impensável um sistema de água gelada que funcione, apropriadamente, sem monitoramento em tempo real. Assim como, é impossível o monitoramento sem um sistema de controle e automação que gerencie os vários parâmetros de funcionamento do chiller, válvulas e bombas, entre outros componentes. Afinal, como diz um dos nossos entrevistados abaixo, não se gerencia o que não é medido.

Para uma visão ampla sobre a ligação do controle e monitoramento com a automação dos sistemas de água gelada, convidamos alguns especialistas na área. Na condição de fornecedores de válvulas e controles, conversamos com Hernani Paiva, diretor geral América Latina (excluído México) da IMI Hydronic Engineering, Rafael Moura, da engenharia de aplicação da Mercato Automação, Héber Vargas, Especialistas produtos HVAC da Bray Controls, e Leandro Medéa, da engenharia de aplicação da Belimo. Antonio Almeida, gerente de controle e contratação da Trane, contribui para a matéria na condição de especialista em automação de um grande fornecedor de chillers e sistemas de água gelada.

No box, temos Wilson José de Souza, supervisor regional de vendas da Armstrong Fluid Technology, falando sobre bombeamento. Na sequência, publicamos dois artigos curtos: o primeiro de autoria do consultor e projetista Ariel Gandelman, e o segundo do coordenador comercial da divisão climatização da Refrisat, Walter Altieri.

Qual a ligação do controle e monitoramento com a automação de sistemas de água gelada?

Hernani Paiva: Um sistema de água gelada somente funciona se possuir um sistema inteligente comandando tudo. O controle recebe o comando e ajuste de um sistema inteligente que, programado, monitora em tempo real todos os parâmetros estabelecidos para garantir a performance e os requisitos de projeto.

Rafael Moura: Como muito bem disse William Deming, professor e pesquisador estadunidense, não se gerencia o que não se mede. Partindo desta premissa, podemos concluir que a ampla pulverização de sensores aliados a atuadores inteligentes, dois dos componentes responsáveis pelo monitoramento e interação com nossos ambientes, são a base para a construção de um sistema de automação robusto e confiável.

Héber Vargas: O sistema de água gelada possui parâmetros de funcionamento pré-estabelecidos em projeto para condições determinadas conforme o planejamento na concepção do edifício, porém, a operação é dinâmica quanto as condições de ocupação e uso das áreas, quanto ao período de utilização e vacância e, eventualmente, também em relação as mudanças no entorno e condições climáticas. Um controle e monitoramento bem orientado, permite aos operadores identificar as mudanças que estão ocorrendo e tomar ações na automação visando estabelecer ajustes que permitam ao sistema trabalhar sempre próximo ao ponto de maior eficiência, dentro das necessidades momentâneas de cada ambiente e somente nos períodos em que realmente for necessária a sua utilização.

Leandro Medéa: O sistema de automação tem papel fundamental nessa nova tendência na integração e monitoramento entre equipamentos e sistemas de AVAC-R. Ele facilita integração entre fabricantes e a coleta de dados para as empresas de manutenção e monitoramento dos sistemas. Além de facilitar a integração, o monitoramento e coleta de dados auxilia na redução dos custos com manutenção e operação do sistema de AVAC. Além dos pontos citados, os sistemas de automação tornam possível a coleta e tratamento de dados para as empresas de serviços e manutenção e isso tem papel fundamental para uma melhor eficiência dos sistemas de AVAC-R. Os sistemas de automação possibilitam conectar dispositivos de campo com protocolos de comunicação de automação convencionais ou através de sinais analógicos para coleta de dados ou controle dos equipamentos do sistema.

Antônio Almeida: A implantação do sistema de automação e a sua configuração/parametrização é feita mediante as condições e variáveis do projeto inicial concebido, bem como sobre os pontos de operação dos equipamentos instalados. A implantação de um sistema de monitoramento vai garantir que tais condições estão sendo mantidas e, melhor ainda, que algumas destas podem ser ajustadas a fim de se obter uma maior eficiência de operação. Quando integrado a um sistema supervisório de automação, o sistema de monitoramento remoto é capaz de coletar dados e avaliar em tempo real as condições de operação, permitindo a proposição de melhorias que não puderam ser detectadas no projeto original. Além disso, são garantidas as proteções aos equipamentos e sistemas instalados com níveis de alarme e segurança, além de diagnóstico de previsibilidade de eventos futuros. A Trane dispõe de uma área de inteligência denominada TIS – Trane Intelligent Sevices, que permite este monitoramento e análise por equipe técnica especializada com relatórios do status atual, proposição de melhorias, eficiência e segurança.

Por que é importante controlar e monitorar as funções básicas de um sistema de água gelada? Qual o impacto sobre a operação do sistema em relação ao consumo de energia e a qualidade do ambiente interno, particularmente em relação à saúde e conforto dos ocupantes?

Hernani Paiva: Se os parâmetros colocados na inteligência do sistema não estiverem de acordo com o projeto e também não estejam sendo controlados e monitorados em tempo real, os equipamentos passam a funcionar dessincronizados com os requisitos de projeto e trabalhando fora do ponto de operação projetado, ocasionando aumento do consumo de energia e maior depreciação dos produtos nela instalados.

Rafael Moura: O monitoramento e controle das aplicações de água gelada, reduz drasticamente o consumo de energia, possibilitando uma operação muito mais inteligente, trabalhando com cargas parciais em motores e bombas, por exemplo. Outro benefício é o aumento exponencial do conforto e segurança dos ocupantes das edificações, visto que monitorando uma grande quantidade de variáveis do ambiente poderemos atuar de maneira muito mais precisa, por exemplo, quando trabalhamos com a renovação de ar em função de medições de CO₂, umidade e VOC estamos garantindo um ar mais limpo e ao mesmo tempo evitando um alto consumo energético de um sistema 100% de ar externo.

Héber Vargas: Um sistema de água gelada é composto por diversos componentes que devem operar de forma coordenada para que o desempenho de todas as partes seja o mais eficiente possível e dentro dos limites de operação determinados pelo fabricante; dessa forma, operação e controle bem executados, garante que os equipamentos do sistema de água gelada trabalhem a maior parte do tempo próximo ao ponto ideal e, consequentemente, haverá uma maior eficiência no consumo de energia e na troca térmica realizada. Um monitoramento e controle bem executado garante uma operação estável em que as variações de carga térmica e condições ambientais sejam percebidas instantaneamente pela automação, facilitando uma resposta rápida do sistema e mantendo estável a sensação de conforto dos ocupantes e os parâmetros de qualidade do ar.

Leandro Medéa: A possibilidade de monitoramento em tempo real de componentes responsáveis pela qualidade do ar no sistema. É possível monitor em qualquer lugar e gerar alarmes em tempo real para qualquer alteração que coloque em risco a qualidade do ar interior. Isso é muito importante, pois possibilita uma rápida identificação do problema e, dependendo do tipo, a correção pode ser realizada de qualquer lugar e sem a necessidade de uma visita do técnico.

Antônio Almeida: Quando se controla e se monitora o sistema central de água gelada estamos garantindo eficiência energética, vida útil de equipamentos e segurança da planta. Em termos de eficiência energética, muitas vezes são obtidas economias de energia de cerca de 10% a 15% sobre as centrais de água. No chamado “lado ar”, algumas rotinas de automação como controle de demanda de ar externo, controle de pressurização de dutos e ambiente, podem levar a economias de energia de cerca de 25% no sistema, além de garantir condições adequadas de níveis de CO₂ dentro dos ambientes, controle de saturação de filtros de ar e particulados, diluição de odores e concentrações de VOCs que vai de encontro aos requisitos necessários de IAQ (indoor air quality).

Quais os benefícios do monitoramento de um sistema de água gelada? Ou, quais as ações e intervenções possíveis a partir do monitoramento?

Hernani Paiva: O monitoramento do sistema de água gelada verifica em tempo real o que se passa no momento através de telas, gráficos, comunicações com usuários localmente e a distância, alguns já com inteligência artificial e cria condições de ajustes necessários para adequação em situações críticas de projeto. Também proporciona condições de análises futuras para correções preditivas de performance dos equipamentos instalados evitando quebra prematura por mau funcionamento sistêmico da instalação.

Rafael Moura: O monitoramento do sistema de água gelada fornece diversas informações que possibilitam tomadas de decisões. O monitoramento de temperatura e umidade do ar externo nos dá ideia da qualidade desse ar e a possibilidade de decidir usá-lo ou não. Quanto aos trocadores de calor, conseguiremos analisar sua eficiência através da análise do DT. Utilizarmos estratégias de variação no bombeamento de água também só é possível graças ao monitoramento de temperatura, pressão e vazão de água e posterior controle da frequência das bombas.

Héber Vargas: Além das questões de eficiência na operação, outros benefícios não menos importantes podem ser adotados utilizando a inteligência dos sistemas de automação, controle e monitoramento para identificar de forma preditiva eventuais defeitos ou anomalias que possam estar ocorrendo ou em vias de acontecer nos equipamentos através de indicadores operacionais fornecidos pelos sensores de linha ou mesmo pelos módulos embarcados nos equipamentos atualmente. Dessa forma, permite que as correções necessárias possam ser feitas de forma programada e com um menor impacto na operação do sistema; além disso, com a utilização de alarmes e notificações é possível tomar ações imediatas sempre que algum equipamento ou dispositivo apresentar problemas.

Leandro Medéa: Além de facilitar a coleta e operação dos sistemas é possível implantar lógicas para otimização através da análise dos dados em tempo real. Um exemplo são as válvulas de balanceamento e controle com IoT: a nuvem do fabricante irá coletar os dados e otimizar o trocador para obter o melhor rendimento através da análise dos dados em tempo real. Esse tipo de otimização poderá se estender para a grande maioria dos equipamentos do sistema e a otimização passará a ser realizada através da análise de dados de todos os equipamentos que compõem o sistema de AVAC-R e não mais de apenas um fabricante ou um equipamento específico.

Como manter os parâmetros de automação pré-estabelecidos no projeto dos sistemas de água gelada?

Hernani Paiva: Como sempre enfatizo, o comissionamento sempre será o fator decisivo para garantir a performance do sistema e o retorno do investimento feito pelo cliente. A operação e manutenção preventiva e preditiva por técnicos bem treinados, inclusive pelos fabricantes envolvidos, garantirão que os parâmetros de projeto, bem como o ponto de operação do sistema, sejam sempre preservados.

Rafael Moura: A flexibilidade dos dispositivos utilizados no sistema de automação permite trabalharmos com máxima aderência a praticamente todos os projetos. O trabalho conjunto entre projetistas, integradores e fabricantes também é de suma importância para que se tenha um alinhamento de entendimento e expectativas para conceber um sistema que atenda às necessidades do usuário.

Héber Vargas: Existem diversas formas de se monitorar e manter os parâmetros de automação pré-estabelecidos no projeto de um sistema de água gelada; na nossa visão, uma forma que ajuda bastante para uma resposta dinâmica e rápida às variações do sistema é a adoção de bombas com velocidade variável na Central de Água Gelada para alimentação dos condicionadores de ar, tendo essa velocidade modulada de acordo com o sensor de pressão diferencial instalado no ramal principal em um ponto distante em dois terços do comprimento total da linha ou em um ponto onde a pressão é crítica para ser mantida. Em conjunto à bomba de velocidade variável, a adoção de válvulas de controle e balanceamento do tipo independente de pressão com dispositivo interno mecânico (mola e membrana), garante uma resposta instantânea às condições ambientes. Outro dispositivo que ajuda bastante é a instalação de um sensor de carga térmica do tipo BTU meter na saída do ramal de água gelada da CAG, esse instrumento permite à automação da CAG identificar mais rápido as variações térmicas e tomar as ações necessárias nos equipamentos de forma mais rápida e eficiente.

Leandro Medéa: Os parâmetros definidos pelo projetista responsável deverão ser utilizados durante o comissionamento dos equipamentos e do sistema de automação. O sistema de automação poderá ser configurado para manter o histórico de funcionamento e gerar alarmes no caso de algum parâmetro ficar fora do estabelecido durante a operação do sistema. Isso ajuda a manter a correta eficiência do sistema e evitar quebrar ou problemas na qualidade do ar interior.

Os resfriadores de líquidos atualmente são entregues com sistemas de controle e monitoramento. Em que isso beneficia a operação dos sistemas e como o proprietário pode usufruir ao máximo dessa condição?

Hernani Paiva: Isso é mais um monitoramento parcial que ajudará a dar subsídios para o monitoramento total feito pela automação global do sistema. Quanto mais tecnologia embarcada nos produtos melhor, porém, tudo isso tem que estar em sintonia perfeita com o sistema de automação global e com os operadores e mantenedores que garantirão todo o processo.  O monitoramento parcial ajuda na identificação da performance individual de um equipamento chave do sistema que, neste caso, são os resfriadores de líquido. Eles, trabalhando fora do seu ponto ótimo, podem causar consumo excessivo de energia bem como diminuição de vida útil.

Rafael Moura: A possibilidade de integrarmos, de forma nativa, resfriadores de líquidos na automação, permite criar estratégias de operação integradas, possibilitando utilizar todos os componentes do sistema no seu ponto ótimo. Rotinas de revezamento, rodízio e complemento de carga, por exemplo, além de otimizarem a operação, reduzem consumo de energia e maximizam a vida útil dos equipamentos. Realizar esses controles trabalhando com módulos stand-alone é algo impossível de se fazer.

Héber Vargas: É sempre muito importante o proprietário tomar conhecimento das funcionalidades e características dos equipamentos junto aos fabricantes para definir aqueles parâmetros que terão maior importância para o seu perfil de operação e aqueles que são críticos e devem ser prioritários. Os resfriadores de líquidos normalmente são, individualmente, os maiores consumidores de energia em um edifício e um dos que requerem maior atenção na sua operação e funcionamento, por isso, os fabricantes desses equipamentos investem no desenvolvimento de módulos de controle embarcados que contenham em sua inteligência os parâmetros e curvas de operação para um controle que vise manter o operação do equipamento o mais eficiente possível, do ponto de vista energético e térmico, e dentro dos limites de operação determinados.

Antônio Almeida: Os chillers Trane são fornecidos já com automação embarcada em fábrica, garantindo o controle e proteção do equipamento. Nossos controladores da linha Adaptview  e Symbios permitem ao usuário, via IHM, ou mesmo através de um supervisório integrado, visualizar e programar os principais parâmetros de operação, além de monitorar as condições do mesmo. É possível extrair dados acumulados de operação incluindo-se alarmes, proteções e falhas ocorridas, dando ao cliente um registro do status de operação e possíveis correções.

Veja também:

Gerenciamento dosa sistemas de bombeamento

Monitoramento permite controlar a qualidade do ar interno e o consumo energético

Utilização das ferramentas possibilita ajustes para a melhor performance