Automação
Automação e sua contribuição para a eficiência
Projeto bem concebido gera resultado
postado em: 26/02/2015 11:16 h atualizado em: 26/02/2015 11:48 h
Automação predial faz uso inteligente dos equipamentos e sistemas existentes
(crédito: Arquivo Nova Técnica)

A automação é fundamental e tem um papel preponderante para a eficiência energética em uma edificação. A automação dedicada ao sistema do ar condicionado, por exemplo, foi desenvolvida justamente para otimizar a sua utilização.

“Em determinados países, a necessidade do controle do condicionamento do ar, seja para aquecimento ou  resfriamento, era e ainda é uma questão de sobrevivência, de qualidade de vida  e produtividade. Assim, o controle foi se tornando cada vez mais aprimorado, automatizando e integrando todas as variáveis que fazem parte do processo, buscando assim sua maior eficiência, englobando a qualidade  do ar, fluxo e velocidade, umidade e temperatura. Lembrando que a principal razão da automação/controle sempre foi a eficiência energética, para reduzir o alto consumo energético e aumentar a otimização dos sistemas”, informa Gilberto C. Machado, diretor executivo da Pro Air e coordenador do Comitê Editorial da revista Abrava + Climatização e Refrigeração.

Segundo Machado, é necessário primeiro entender a real necessidade do usuário final e levar em conta o público alvo, área a ser ocupada, nível de sofisticação versus disponibilidade financeira, nível de comprometimento do construtor/instalador com o comprador, para então desenvolver um sistema de automação que possa controlar todas as variáveis que o sistema de ar condicionado necessita de forma segura, eficiente e que possa garantir conforto salutar ao usuário. Nos três pilares, qualidade do ar, conforto térmico e eficiência energética, a compatibilização se dá através de projetos com profissionais adequados a cada especialização e utilização de controles, produtos de boa qualidade  e procedência.

Machado acredita que a  integração entre os envolvidos é crucial para uma boa execução de um projeto, inclusive do próprio comprador/investidor, para que  todos possam saber e entender  a real necessidade de uma boa automação e o custo benefício que a mesma possa promover, valorizando o empreendimento.

Maurício Constantino Afonso, coordenador de segmentos da Wago, acrescenta que um grande benefício da automação predial é o uso inteligente dos equipamentos e sistemas existentes em um edifício. Desta forma, os recursos só são utilizados quando houver necessidade, evitando-se desperdícios. Por exemplo, a automação de sistemas de iluminação permite que todas as luminárias de uma edificação sejam controladas por uma plataforma única, que utiliza informações de sensores de presença e de luminosidade para garantir que sejam acesas apenas aquelas lâmpadas que estejam localizadas em ambientes que estão ocupados, utilizando ao máximo a iluminação natural disponível no ambiente e consumindo o mínimo de energia.

“Antes de tudo, ele deve entender a dinâmica de operação da edificação, seus ambientes, usuários e necessidades específicas. Deve também ter domínio sobre os parâmetros que influenciam e que são afetados pelo sistema de ar condicionado. Além disso, precisa estar familiarizado com os aspectos técnicos que comandam o funcionamento dos equipamentos, suas capacidades e limitações e também as possibilidades de interface do sistema de ar condicionado com a plataforma de automação. Quando o projeto do sistema de ar condicionado é concebido já visando sua integração com o sistema de automação, as possibilidades de interface com outros sistemas e utilidades da edificação são aproveitadas ao máximo, permitindo desta forma que se atinjam níveis excelentes de eficiência energética. Por meio de algoritmos de controle que avaliam a leitura das medidas coletadas pelos instrumentos de campo e ajustam automaticamente o sistema, a automação garante a máxima eficiência em seu funcionamento. Vale ressaltar que os equipamentos de automação podem processar sinais de todo tipo de instrumento de análise e medição de qualquer grandeza física, como por exemplo, nível de CO2, temperatura, umidade, pressão, vazão, etc.”, informa Afonso.

 

Sensores eletrônicos de precisão controlam ininterruptamente a temperatura e umidade relativa

 Gilberto Dantas, gerente de contas, e Danilo Decoussau, gerente de desenvolvimento negócios, da Johnson Controls, complementam, ainda, que a automação tem como papel principal monitorar, controlar e interagir com todas as utilidades de uma edificação. Com este controle, é possível mapear todos os consumos por meio de relatórios e dados estatísticos fornecidos pelo sistema.

“A automação de edifícios auxilia na economia de mais de 15% de energia. Existem projetos específicos que, se equipados com uma família de chillers, por exemplo, garantem economia de 30% aliadas ao monitoramento. Por isso, o desenvolvedor deve conhecer bem um sistema de ar condicionado, a operação e as condições de aplicação do mesmo, analisar seu consumo e eficiência para pode parametrizar corretamente e gerar controles e ferramentas mais precisas. A automação faz a leitura dos dados pertinentes ao conforto e qualidade do ar, tais como psicrometria e medição dos níveis de CO2, que garantem a condição climática adequada ao local monitorado e emite dados reais das condições, o que permite o ajuste correto de qualidade/conforto do ar como benefício à eficiência energética. É adequado estabelecer um algoritmo de cálculo de condições climáticas, considerando a umidade relativa e a temperatura ambiente, de forma a obter o máximo de conforto com a máxima eficiência energética possível, algo similar a Ashrae TC 9.9, que diz ‘janelas de controle para maximizar condições de conforto x eficiência energética’. Também há a possibilidade de atrelar trocas de filtros e manutenção preventiva/ preditiva ao sistema de automação, de tal sorte a garantir a parte mecânica, sempre oferecendo o melhor para a qualidade do ar”, dizem Dantas e Decoussau.

Para Leonilton Tomaz Cleto, diretor da Yawatz e Presidente do DN Comissionamento da Abrava, é extremamente importante conceber e configurar o sistema de automação para que haja resultados reais. Além disso, a otimização operacional dos sistemas prediais só é possível através do sistema de automação.

O sistema de ar condicionado, por exemplo, é dimensionado (equipamento e instalação) para a condição de carga máxima. Porém, esta condição ocorre apenas algumas horas durante ano. Para garantir que o sistema opere de maneira adequada e eficiente, em qualquer condição de carga, é absolutamente necessário o sistema de automação e controle. Isto pode ser estendido para os sistemas de iluminação, elevadores, consumo de água, etc.

“O mesmo vale para a qualidade do ar interior. Nos sistemas de ar condicionado atuais, é a automação que realiza o controle de renovação de ar externo de maneira adequada. De outra forma, com a taxa de renovação de ar externo constante, é possível manter a QAI, porém o sistema passa a ser ineficiente (pelo menos nos dias quentes). Também é essencial o sistema de automação. Comparando com a eficiência energética, é possível escolher um sistema mais ou menos eficiente, e nesse caso, a função da automação é manter os níveis de projeto, para as várias condições de operação do sistema ao longo do ano. No caso do conforto térmico, se a concepção do ar condicionado é limitada (por custos de investimento, concepção errônea – incluindo a automação ou falta de engenharia), o sistema de automação não garantirá o conforto térmico. Controle de temperatura pelo retorno, zoneamento inadequado, mau dimensionamento do sistema de distribuição de ar, falta de controle de umidade relativa, sistemas sem taxa renovação de ar externo (renovação pelas frestas), são em muitos casos as soluções adotadas para garantir o desconforto térmico. Não há sistema de automação que possa corrigir estes tipos de problemas”, alerta Tomaz Cleto.

Automação tem como papel principal monitorar, controlar e interagir com todas as utilidades de uma edificação

Condições de projeto e integração das especialidades

Roberto Montemor Augusto Silva, diretor da Fundament-AR e membro do Comitê Editorial da revista A+CR, alerta sobre os parâmetros de projeto, onde a automação tem papel fundamental na garantia das condições especificadas.

“Com a automação, os parâmetros de projeto são garantidos, cria-se uma condição a partir dos sensores e da análise dos dados que aciona equipamentos, dampers e válvulas, dando uma precisão de excelência. É também essencial hoje o monitoramento da sujidade dos filtros e do nível de CO2 interno e o acionamento de mais ou menos ar externo para compensar o CO2. Projetista de ar condicionado e o desenvolvedor ou projetista de automação devem trabalhar juntos, onde o projetista de climatização segue a linha do que e como controlar e seus parâmetros, e o de automação cria a lógica e o programa”, informa Montemor.

Da mesma opinião compartilha Mario Ribeiro, da CCN Automação: “Os projetistas de AVAC e de BMS devem estar totalmente integrados de modo que, com o sistema de automação, seja possível se extrair o máximo em termos de conforto e eficiência. A automação tem um papel fundamental não só no controle das rotinas de eficiência, mas também na monitoração dessa eficiência. Não adianta ter sistemas e procedimentos de eficiência se você não pode monitorar e mensurar esse ganho. Por exemplo, qual o nível de qualidade de seu ar interior? Se a monitoração e consequente controle na admissão de ar dentro de um ambiente condicionado não estiverem de acordo com o projeto você pode estar desperdiçando energia, admitindo mais ar externo do que sua necessidade ou com seu ambiente com concentrações superiores ao que reza a norma, reduzindo a produtividade de quem trabalha nesse ambiente. A automação não apenas contribui, mas é peça fundamental para manutenção da qualidade do ar interior”, diz Ribeiro.

Já o conforto térmico pode ser garantido através de sensores instalados nos ambientes através da monitoração eficaz das condições de temperatura, umidade e concentração de CO2e assim atuar para aumentar o conforto ambiental, mas sempre mantendo um olho na eficiência energética.

“A automação é peça fundamental na busca por eficiência e conforto, porém, ela por si só não consegue resolver problemas de outros sistemas, como por exemplo, o de ar condicionado, de iluminação e de controle de persianas. A premissa básica para um sistema energeticamente eficiente está em seu projeto eficiente e na sua correta implantação. Não há possibilidade de se atingir o conforto térmico com eficiência energética sem um sistema de controle eficiente. O sistema de automação monitora em tempo real todas as condições e toma a melhor decisão, baseado em premissas pré-programadas. A integração entre sistemas é sempre vantajosa, pois muitas informações como incidência do sol sobre a fachada, presença ou não presença no ambiente, entre outras, podem e são usadas pelo sistema de controle do ar condicionado para se obter a máxima eficiência priorizando conforto e economia. A exceção são sistemas voltados para segurança, como o CFTV e o controle de acesso, estes devem ser mantidos integrados entre si, porem separados do sistema de automação e controle predial, pois diferem muito em suas necessidades e utilização. O ar condicionado e a iluminação podem utilizar recursos e informações compartilhadas, como por exemplo, a ocupação do ambiente, a incidência do sol sobre a fachada e utilizá-los de maneira integrada desligando ambos quando o ambiente estiver sem ocupação, ou fechando persianas e dimerizando a iluminação quando a incidência de sol não for satisfatória. A integração entre sistemas de controle é sempre benéfica, sem sombra de dúvidas. Hoje existem sistemas de automação que controlam a abertura da fachada (janelas maxim-ar, por exemplo) e, quando integrados ao BMS, podem ser comandados em função das temperaturas interna e externa ao mesmo tempo”, explica Ribeiro.

Aeroporto Internacional de Viracopos, em Campinas (SP), introduziu automação com integração de todos os sistemas e equipamentos instalados

Para Renato R. dos Santos, diretor da Brain Set Automação, a integração entre projetista do ar e projetista de automação é bastante aquém do que deveria ser. Segundo ele, na maior parte das vezes não há nenhuma conversa entre ambos. O projetista especifica os requisitos do projeto e o desenvolvedor monta os processos automáticos de acordo com estes requisitos. Os detalhes fundamentais, que nem sempre estão descritos e que precisariam ser alinhados entre ambos, acabam não sendo discutidos e muitas vezes, não implementados.

“Os custos em alguns projetos inviabilizam a integração total. Não se alcança uma excelente relação entre custo e beneficio. Em alguns casos, a necessidade de isolar a operação de um sistema dos demais também impede a integração entre vários sistemas. Integrar os diversos sistemas prediais através da automação significa centralizar, muitas vezes, em um único software, toda a operação e o gerenciamento dos diversos sistemas prediais. O princípio básico para integrar sistemas é fazer com que todos estes conversem entre si. Isso pode ser feito através de conversões de protocolos de comunicação ou utilizando-se um padrão de comunicação para troca de informações. Existem diversos pontos que precisam ser avaliados quando tratamos de quais protocolos de comunicação devem ser utilizados, mas entendo que o uso de protocolos de comunicação padronizados (Bacnet, Modbus, etc.) devem sempre ser priorizados. Na maior parte das vezes o cliente tem a expectativa de que um sistema de automação, muitas vezes extremamente complexo e caro, resolva todos os problemas do projeto. Isso nunca ocorre, pois, a natureza do sistema de automação é buscar a excelência de operação e de gerenciamento da instalação em que é implantado. Se a instalação não possibilita um excepcional desempenho, a automação por si só não faz nada. Precisa de um projeto muito bem concebido e implantado para que possa buscar o resultado que se espera dela e o desenvolvedor deve conhecer os fundamentos dos processos que a automação controla. Se não tiver conhecimento para saber como o sistema deve funcionar ele não vai conseguir desenvolver um processo automático que atenda ao requerido pelo projeto”, explica Santos. 

Não resta dúvida que sistemas de automação bem projetados e instalados permitem que as condições de fornecimento de vazão de ar nos valores definidos no projeto com controle de temperatura e umidade auxiliam no conforto térmico dos ambientes climatizados. Porém, Alberto Hernandez Neto, Prof. Dr da POLI-USP, diz que o desenvolvedor de sistemas de automação deve conhecer os processos envolvidos ou ter a assessoria de um profissional que conheça para garantir um bom projeto de automação que considere a inércia do sistema e os intertravamentos necessários.

“Esta integração deve ser a maior possível, pois o projetista de ar condicionado tem o conhecimento do sistema e pode auxiliar o projetista de automação na definição dos parâmetros e lógica do sistema. De modo geral, é vantajosa principalmente quando se tem maior liberdade de definição de sistemas, ou seja, em projetos de edificações novas. Para edificações existentes, as restrições e as oportunidades de melhoria são menores e nem sempre existem vantagens nesta integração. No caso de edificações novas, a integração pode ser muito maior e permitir ganhos amplificados na redução de consumo de energia e qualidade do ambiente interior (qualidade do ar, conforto térmico, acústico, lumínico, etc.). Enfim, a integração dos sistemas prediais significa combinar os diversos sistemas existentes em uma edificação de forma a melhorar o seu desempenho. Esta melhoria pode ser definida por um ou mais dos seguintes critérios, como redução de consumo de energia e melhor qualidade interior do ambiente”, revela Hernandez.

 

Automação permite fechar persianas e dimerizar a iluminação quando a incidência de sol não for satisfatória

Tomaz Cleto faz um alerta: “A automação pode apenas corrigir um projeto que tenha sido concebido para operar sem automação (ou com automação limitada, inadequada), o que é muito ineficiente, independente da eficiência dos equipamentos. Mas se os equipamentos e o sistema projetados são ineficientes, o máximo que a automação pode garantir é o nível de eficiência projetado”.

 

Segundo ele o desenvolvedor de um sistema de automação para controle de ar condicionado precisa conhecer de automação e dos elementos deste controle, ou seja, como funcionam as controladoras, os instrumentos adequados a serem aplicados, a arquitetura do sistema de automação. Porém, o descritivo lógico, o fluxograma de engenharia (P&I), a sequência de operação, a faixa de operação dos instrumentos, em resumo, tudo o que diz respeito ao ar condicionado, deve ser função do projeto de ar condicionado e não do projeto de automação.

“Quem tem que dizer de maneira detalhada como devem funcionar as lógicas e a otimização do sistema é o projeto de ar condicionado. Lembrando que a alma de um projeto eficiente, quanto mais complexo for, não depende apenas do cálculo da carga térmica, dimensionamento de equipamentos, redes de distribuição (de ar, água), mas principalmente da lógica detalhada (considerando as várias condições de operação ao longo do ano) da sua operação. E o projeto de automação não tem essa competência, nem esta responsabilidade. Esta compatibilização só pode acontecer com a atuação do sistema de automação. E só vai acontecer se o sistema de automação for concebido para operar de maneira otimizada (possível apenas através do descritivo lógico detalhado elaborado pelo projeto do sistema de ar condicionado). Como qualquer outro sistema de uma edificação, o sistema de automação deve ser totalmente integrado aos demais sistemas prediais. E o sistema de ar condicionado é talvez o que mais exija essa integração. É importante mencionar as diferenças das competências. Existem as atividades específicas do projeto de automação, que é de total responsabilidade do projetista de automação, referente à definição da arquitetura e configuração do sistema, rede de controladores, comunicação de dados, interoperabilidade com os demais sistemas computadorizados e controladores locais de equipamentos, cabeamento de sensores e rede de comunicação, etc. Porém, quem deve definir como a automação controlará o sistema de ar condicionado, é o projetista de ar condicionado, incluindo as lógicas de controle, sequências de operação, condições de falhas, definição da instrumentação adequada, definição dos dados a serem monitorados e pontos de controle e monitoração (pontos de entrada/saída digitais, analógicos e dados a serem monitorados dos equipamentos através de redes de comunicação), características das telas do sistema supervisório, etc. Sobre tudo o que foi dito da importância da automação para a operação otimizada dos sistemas prediais, minha experiência na condução de inúmeros processos de retrocomissionamento de sistemas de ar condicionado mostra que os maiores problemas relacionados à ineficiência energética, desconforto ambiental e baixa qualidade do ar interno se devem a má operação do sistema de automação. Muitos deles são resultados de projetos com lógicas de controle inadequadas ou incompletas”, informa Tomaz Cleto.

Ele cita alguns exemplos:

- Controle de temperatura de água de condensação fixa em 29.5°C durante o ano todo. Isto aumenta em até 25% o consumo de energia total da CAG.

- Controle inadequado dos inversores de frequência de bombas e ventiladores. No circuito secundário de água gelada isto provoca a síndrome de baixo diferencial de temperatura e força a operação desnecessária de mais chillers e bombas do circuito primário. Nos circuitos de distribuição de ar provoca a sobre pressão nos dutos e desconforto térmico. E, é lógico, diminui muito a eficiência energética.

- Controle inadequado da renovação de ar externo. A principal causa é a falta de manutenção. Mas muitas vezes a renovação de ar externo é desativada (ventilador desligado manualmente) para economizar energia. Este crime é muito comum nas instalações.

- Programação horária inadequada. Equipamentos funcionando fora do horário normal. Chillers e demais equipamentos funcionando em ciclos de liga/desliga de maneira excessiva.

- Sensores descalibrados, mal instalados, invertidos ou em falha. Muitos desses são elementos de controle.

- Set points alterados, de maneira inadequada, o que provoca a má operação do sistema. Lógicas limitadas ou incompletas, o que requer a desativação do modo automático e força a operação manual remota. Telas de gráficos de tendência desativadas. São raras as instalações com “trends” ativos e que são utilizados pelos operadores do sistema para otimização do sistema.

“Outro problema é: quem opera? Nem preciso dizer nada quando o operador do sistema de ar condicionado é um agente de segurança. mas muitas vezes o operador do sistema de controle do ar condicionado é o técnico de automação, que pode ser um expert em automação (normalmente com formação técnica em eletrônica e/ou software), mas que não tem nenhuma formação fundamental em ar condicionado ou que aprendeu ‘de ouvir falar’ ou de ‘tanto apanhar’. O técnico de automação deve ser o responsável pela operação e manutenção do sistema de automação e todos os seus elementos (controladores, cabeamento, comunicação de dados) que é uma atividade muito importante e requer um técnico em eletrônica, eventualmente também um técnico de software. Mas o controle do sistema de ar condicionado, que possui uma ferramenta de controle chamada automação, deve ser realizado por técnicos de ar condicionado. Técnicos qualificados que conheçam os fundamentos de ar condicionado, refrigeração e hidráulica, e que sejam treinados a partir do descritivo lógico do sistema e das sequências de operação. Isto é essencial para o funcionamento adequado do sistema de ar condicionado. Vou ainda um pouco mais longe. No meu entender, o supervisor da equipe de operação e manutenção (que na maioria das vezes é um engenheiro eletricista ou técnico mais experiente) deveria ser um engenheiro mecânico, com especialização em ar condicionado, pois este é o sistema predial mais complexo. Este profissional deveria ser o controlador do sistema de automação (não o operador, que deveria ser um técnico de ar condicionado). Em edifícios mais inteligentes, com os demais sistemas prediais igualmente complexos (controle otimizado da iluminação, consumo de água, controle de acesso, etc.), recomendo ainda o uso de estações de trabalho distintas, com operadores e controladores igualmente qualificados, em função da complexidade dos demais sistemas prediais”, conclui Tomaz Cleto.

Ana Paula Basile Pinheiro

Editora da revista ABRAVA+Climatização Refrigeração

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