Os controladores eletrônicos são há muito tempo utilizados em diversos processos industriais, comerciais e prediais, com o objetivo de automatizar operações, mantendo-as dentro de parâmetros pré-definidos e garantindo assim a eficiência dos processos.
No setor predial, os controles eletrônicos vêm sendo utilizados cada vez mais devido à busca por eficiência, redução de custos, economia e preocupação com o conforto e saúde dos usuários dos estabelecimentos. Iluminação, ar-condicionado, ventilação, aquecimento, frio alimentar, segurança contra incêndio e controle de acesso são exemplos de sistemas que podem e devem ser controlados eletronicamente para que haja a maior segurança e eficiência possível. Os controladores também têm papel fundamental na função de possibilitar aos gestores prediais monitorar e controlar tais sistemas de maneira remota, através de aplicativos, software de computador ou até mesmo email, SMS e whatsapp.
Antes de falarmos sobre as aplicações é importante apresentar o conceito básico de funcionamento dos controladores eletrônicos: o controlador é o equipamento central em uma arquitetura de sistema eletrônico e ao lado dele estão os equipamentos que chamamos de “entradas” e “saídas”.
ENTRADA à CONTROLADOR à SAÍDA
O controlador desempenha o papel de “cérebro” do sistema. Ele recebe os dados das entradas (por exemplo, a informação de temperatura medida por um sensor de temperatura), processa aquele dado, o compara com uma referência pré-estabelecida, executa uma lógica pré-definida e determina uma ação a ser realizada, ou seja, envia um comando para uma ou mais saídas (o acionamento de uma máquina de ar-condicionado, por exemplo). A partir dessa ação, os dados medidos pela entrada devem se alterar, o dado é enviado novamente ao controlador e o ciclo recomeça. Portanto, observamos que todo sistema eletrônico funciona pelo método de retroalimentação, ou feedback, em que os comandos vão mudando conforme recebem a informação de mudança dos sinais de entrada medidos.
O que são entradas?
São os sinais recebidos pelo controlador vindos de um outro equipamento e que servem de base para análise da ação a ser realizada. Exemplos: temperatura, pressão, frequência de rotação de um ventilador ou compressor, umidade ou ppm de CO2. Os equipamentos mais comuns que enviam sinais de entrada são os sensores de temperatura, de pressão e de umidade.
O que são saídas?
São os sinais enviados pelo controlador para algum outro equipamento para que realize alguma ação. São acionamentos seguindo uma determinada lógica, em função do sinal de entrada recebido pelo controlador. Exemplos: comandos de liga/desliga, comandos de variação de frequência de rotação, comandos de abrir/fechar.
Tanto entradas quanto saídas enviam sinais que podem ser classificados em duas categorias: sinais analógicos ou sinais digitais. Os sinais digitais são aqueles que também chamamos de binários, ou seja, só existem duas condições possíveis para este sinal: sim/não, aberto/fechado, 1/0, ligado/desligado, aceso/apagado. Exemplos de entrada digital: informação de que a máquina de ar-condicionado está desligada, informação de que a iluminação está acesa, informação de que a porta está aberta. Exemplos de saída digital: comando para ligar máquina, comando para ligar iluminação, comando para fechar porta.
Os sinais analógicos são aqueles que podem assumir inúmeras condições que geralmente representam um número em uma ordem de grandeza. Exemplos de entrada analógica: informação de que o sensor está medindo 20ºC de temperatura, informação de que o sensor está medindo 45bar de pressão, informação de que o motor do compressor está rotacionando à 60Hz. Exemplos de saída analógica: comando para que o motor do compressor rotacione à 45Hz, comando para que a válvula abra 90º de angulação.
Controle eletrônico em sistemas AVAC-R
Em sistemas AVAC-R, os controladores possuem um papel definitivo para o funcionamento com qualidade e eficiência. Tarefas realizadas pelo controlador eletrônico em um sistema AVAC-R:
– Manter a temperatura dos ambientes condicionados,
– Comandar processos de desligamento para manutenções,
– Estabelecer conexão do sistema com uma rede privada ou pública, possibilitando a supervisão e controle remoto do sistema,
– Controlar acionamento de alarmes quando houver desvio nos valores pré-estabelecidos como desejáveis,
– Definir horários de funcionamento do sistema,
– Facilitar o acesso dos técnicos e operadores ao sistema,
– Registrar históricos de dados de entradas e saídas, facilitando o rastreamento de falhas e diagnósticos gerais do sistema.
A importância do controle eletrônico no AVAC-R
Um sistema AVAC-R é projetado para atender uma determinada carga térmica em determinadas condições ambientais e operacionais. Essas condições, na maior parte das aplicações, variam muito de acordo com o período do dia e do ano (temperatura ambiente, ocupação do local, circuitos de iluminação, aparelhos geradores de calor que podem ser adicionados ao ambiente pós projeto etc.). Sem um controle automático realizando a supervisão e controle deste sistema em condições tão mutáveis é impossível ter um sistema estável e com bom funcionamento, pois a instabilidade terá efeito negativo direto no sistema. O resultado é um ambiente super ou sub resfriado, ventilado ou aquecido. Com um controle eletrônico, o controlador desempenhará essa função de supervisão e através da retroalimentação dos sensores irá “ajustar” o funcionamento do sistema para a melhor possível para aquela determinada condição apresentada naquele momento. Isso feito de maneira contínua irá garantir a eficiência do sistema.
Os parâmetros que geralmente são controlados e monitorados em um sistema AVAC-R são os seguintes:
– Temperatura: cada pessoa tem sensações térmicas diferentes, porém existe uma faixa de temperatura considerada adequada pelas normativas internacionais (inverno: 20 ºC a 23,5ºC e verão: 23 ºC a 26ºC, segundo a ASHRAE 55). O sistema AVAC-R automatizado leva em consideração a temperatura ambiente medida pelos sensores para tomar uma ação de ligar ou desligar o sistema.
– Umidade: a umidade relativa do ar considerada adequada pela ASHRAE-55 é entre 25% e 60%. Portanto, um sensor de umidade é importante dentro de um sistema AVAC-R para gerar a leitura desse parâmetro ao controlador.
– Ventilação: desempenha papel fundamental, já que é responsável por realizar as trocas de ar e evitar concentração excessiva de dióxido de carbono e outros contaminantes que possam causar danos à saúde dos usuários daquele ambiente. Para este parâmetro a automação realiza o controle do funcionamento dos ventiladores, ligando ou desligando os aparelhos de acordo com informações percebidas dos sensores pelos controladores.
– Pressão: em um sistema AVAC-R é um parâmetro sempre monitorado, pois é a pressão quem vai dizer se o sistema está equilibrado em termos de operação, se não há vazamentos de fluidos ou algum outro problema nas máquinas que o compõem.
Outros parâmetros, tais como fluxo de ar, fluxo de água, níveis de tanques e bombas podem e devem ser adicionados na automação. Quanto mais parâmetros medidos maior a possibilidade de se alcançar o máximo de eficiência do sistema.
Estratégias de controle em sistemas de AVAC-R
Existem várias maneiras e estratégias para se realizar o controle automatizado de um sistema AVAC-R, desde um simples termostato, recebendo a informação de temperatura e atuando uma válvula diretamente, até lógicas computadorizadas super complexas, no caso de sistemas de grande porte. A definição da estratégia será vital para que a automação alcance os objetivos de trazer eficiência ao sistema. Uma situação muito comum, que serve de exemplo, é a definição do número de controladores a serem utilizados em um sistema. Pode ser definida uma estratégia de controle centralizada, na qual todas as lógicas e interfaces com entradas e saídas sejam feitas por um único controlador; e existe a estratégia descentralizada, na qual vários controladores compõem o sistema e trocam informações entre si para verificar qual a melhor lógica de acionamento em determinada condição. As vantagens e desvantagens em ambas estratégias: enquanto o modelo centralizado tem um custo de implantação menor, o modelo descentralizado é mais seguro para o sistema. Imagine um sistema de AVAC-R com diversas Unidades de Tratamento de Ar (UTA) sendo controladas por um único controlador e que esse controlador por qualquer motivo pare de funcionar. Todo o sistema estará momentaneamente perdido e, no caso de um sistema de refrigeração alimentar ou medicinal, isso pode ser crítico. No modelo descentralizado, cada UTA é controlada por um controlador diferente, ou seja, se um apresentar problema todos os outros continuam funcionando normalmente, pois suas atuações são independentes.
É importante definir também as estratégias de mitigação de riscos como comportamentos em caso de queda de energia ou falhas de comunicação. Tudo isso deve ser pensado na etapa de projeto e elaboração das lógicas de funcionamento, através de intertravamentos físicos e lógicos e, no caso da queda de energia, preocupar-se com utilização de nobreaks e definir mais uma vez por programação o comportamento a ser tomado pelo sistema, por meio do controlador, nos eventos que ocorram, para que as ações a serem realizadas resultem em posição segura ao sistema e seus usuários.
É notável o papel fundamental que a automação tem e terá cada vez mais em sistemas industriais, comerciais e prediais. Particularmente em sistemas AVAC-R a automação empodera os gestores de sistemas possibilitando não só a busca por eficiência, mas também no diagnóstico rápido de problemas e no fácil recebimento de dados para tomada de decisão. Nesse aspecto, os controladores são figuras centrais, já que são eles os responsáveis por toda a atividade cerebral da automação de um sistema AVAC-R. É o controlador que irá analisar dados, processar lógicas e executar ações, dando ao gestor as informações que o interessam e garantindo o bom funcionamento do sistema dentro dos parâmetros definidos.
Ricardo Konda é engenheiro de vendas da Danfoss Climate Solutions e membro do Departamento Nacional de Automação e Controle da Abrava
