Integração entre os sistemas deve atender as necessidades do empreendimento
(crédito: Carel)
Ana Paula Basile Pinheiro
Os controladores digitais têm a função de gerenciar e controlar o ciclo de refrigeração, tanto para processo como para conforto, com o objetivo de manter uma temperatura estável, com o máximo de eficiência do sistema. E embora a lógica seja a mesma, a de controlar e gerenciar, as aplicações na climatização, na refrigeração comercial e industrial se diferenciam por meio das variáveis.
“Os controladores digitais são responsáveis por controlar as variáveis desejadas como temperatura, umidade, pressão, CO2, etc. Os controladores programáveis permitem, além de controlar variáveis ambientais, fazer lógicas para automatizar processos. Essas lógicas são utilizadas para realizar tarefas como desligar um compressor em caso de falha de um ventilador, acionar uma bomba reserva quando a bomba operante entra em falha, ou simplesmente acender uma lâmpada quando alguém entra numa sala. De um modo geral, os controladores digitais são projetados para otimizar e automatizar processos”, explica João Paulo Gomes Botelho, gerente de contas Building Automation da Honeywell.
Carolina Sabato, do depto. comercial da Actua Controls, acrescenta que um sistema de automação com controladores digitais permite um melhor controle e desempenho dos sistemas por diversos motivos, garantindo melhor nível de segurança, conforto e economia – desde que os custos de operação e manutenção com o sistema sejam menores do que os benefícios providos pelo mesmo.
“Os controles digitais tem por função controlar partida dos equipamentos, gerenciamento de falhas, modulação de dispositivos e monitoramento através de estratégias que permitam melhor operação e desempenho do sistema. Os sistemas abertos tendem a favorecer esta relação se comparados com sistemas fechados com maior custo durante o ciclo de vida”, diz Carolina.
Na opinião de Rodrigo Miranda, diretor da Mercato Automação, os controladores são considerados o cérebro do sistema de automação, pois eles recebem as informações vindas dos sensores e dos demais elementos de campo e analisam com os parâmetros pré-configurados e tomam uma ação de acordo com a sua configuração, acionando elementos de campo como atuadores, relés, entre outros.
Esses controladores monitoram e controlam os sistemas de AVAC-R coletando, processando e atuando no sistema, utilizando sensores, atuadores e microprocessadores. “No passado, a automação surgiu a partir de uma necessidade de otimização de processos industriais com o intuito de aumentar produtividade e qualidade nas tarefas que até então eram executadas pelo homem. A partir disto, desencadeou-se uma busca para levar todos os benefícios da automação industrial para o ambiente comercial, dando origem ao que chamamos hoje de automação predial. Com isso, acredito que a automação está buscando campo de atuação onde existe necessidade de modernização, redução de custos e fácil operabilidade”, revela Miranda.
Segundo ele os controladores modernos e de alto desempenho e tecnologia possuem filosofia SDCD, que significa que o controlador possui processador, memória para armazenar dados, gerenciar entradas e saídas e porta de comunicação com outros dispositivos e executam tarefas básicas bem como complexas, sem perda de desempenho e confiabilidade no resultado.
Com esta tecnologia incorporada, os controladores têm a vantagem de ser “stand alone”, ou seja, funcionam independentemente do restante de controladores ligados no sistema e caso aconteça qualquer tipo de problema com o barramento de comunicação, os controladores continuam atuando de maneira singular, permitindo acesso local por computador ou outra interface de acesso local. Caso algum controlador seja danificado, os outros continuam a controlar o sistema sem maiores transtornos, apenas informando ao sistema (software ou central de monitoração remota) que o controlador em questão não responde à comunicação. Estes procedimentos automaticamente irão gerar alarmes no sistema que poderão ser personalizados pelo usuário ou pela engenharia de aplicação.
Os controladores que dispõem destas características rodam em um único nível hierárquico, podendo acessar os parâmetros de qualquer controlador através de qualquer equipamento de interface de rede. Além de características de hardware, os controladores possuem um software interno que normalmente dispõem de rotinas pré-configuradas que permitem configurar a lógica de controle para cada aplicação. Estas rotinas são chamadas de algoritmos de controle. Tão importante quanto o hardware e o software do controlador é a customização de campo, ou seja, a configuração do controlador. Isso porque é muito importante para uma boa aplicação do produto que se conheça o sistema que está sendo controlado para que se aplique a lógica correta. Dentro do contexto de automação predial, por exemplo, Miranda explica que os controladores são utilizados para controlar e monitorar qualquer equipamento do sistema de ar condicionado, tais como: Chillers, fancoils, exaustores, ventiladores, bombas de água gelada, torres, VAVs, equipamentos de expansão direta, entre outros. Além das utilidades do prédio, como iluminação, demanda, energia, geradores, rede hidráulica dentre outros sub-sistemas.
“Desta forma podemos aplicar controladores em situações dedicadas como por exemplo um controle especifico de um equipamento fancoil ou em uma central térmica, bem como aplicar em um sistema complexo de água gelada em um data center ou em uma indústria farmacêutica. Somadas a estas aplicações temos os shopping centers, universidades, prédios comerciais, hospitais, escolas, indústrias, laboratórios, supermercados, empresas de telecomunicações entre outras. Os controladores têm uma função importante nos empreendimentos atuais, pois reduzem ao longo da vida útil do edifício o seu custo de operação e manutenção. Com o avanço tecnológico dos produtos e o aumento do uso de automação nos empreendimentos, o custo dos controladores está muito mais acessível e se tornando cada vez mais viável dentro dos empreendimentos”, revela Miranda.
Controles digitais: partida dos equipamentos, gerenciamento de falhas, modulação de dispositivos e monitoramento
Segundo ele os controladores modernos e de alto desempenho e tecnologia possuem filosofia SDCD, que significa que o controlador possui processador, memória para armazenar dados, gerenciar entradas e saídas e porta de comunicação com outros dispositivos e executam tarefas básicas bem como complexas, sem perda de desempenho e confiabilidade no resultado.
Com esta tecnologia incorporada, os controladores têm a vantagem de ser “stand alone”, ou seja, funcionam independentemente do restante de controladores ligados no sistema e caso aconteça qualquer tipo de problema com o barramento de comunicação, os controladores continuam atuando de maneira singular, permitindo acesso local por computador ou outra interface de acesso local. Caso algum controlador seja danificado, os outros continuam a controlar o sistema sem maiores transtornos, apenas informando ao sistema (software ou central de monitoração remota) que o controlador em questão não responde à comunicação. Estes procedimentos automaticamente irão gerar alarmes no sistema que poderão ser personalizados pelo usuário ou pela engenharia de aplicação.
Os controladores que dispõem destas características rodam em um único nível hierárquico, podendo acessar os parâmetros de qualquer controlador através de qualquer equipamento de interface de rede. Além de características de hardware, os controladores possuem um software interno que normalmente dispõem de rotinas pré-configuradas que permitem configurar a lógica de controle para cada aplicação. Estas rotinas são chamadas de algoritmos de controle. Tão importante quanto o hardware e o software do controlador é a customização de campo, ou seja, a configuração do controlador. Isso porque é muito importante para uma boa aplicação do produto que se conheça o sistema que está sendo controlado para que se aplique a lógica correta. Dentro do contexto de automação predial, por exemplo, Miranda explica que os controladores são utilizados para controlar e monitorar qualquer equipamento do sistema de ar condicionado, tais como: Chillers, fancoils, exaustores, ventiladores, bombas de água gelada, torres, VAVs, equipamentos de expansão direta, entre outros. Além das utilidades do prédio, como iluminação, demanda, energia, geradores, rede hidráulica dentre outros sub-sistemas.
“Desta forma podemos aplicar controladores em situações dedicadas como por exemplo um controle especifico de um equipamento fancoil ou em uma central térmica, bem como aplicar em um sistema complexo de água gelada em um data center ou em uma indústria farmacêutica. Somadas a estas aplicações temos os shopping centers, universidades, prédios comerciais, hospitais, escolas, indústrias, laboratórios, supermercados, empresas de telecomunicações entre outras. Os controladores têm uma função importante nos empreendimentos atuais, pois reduzem ao longo da vida útil do edifício o seu custo de operação e manutenção. Com o avanço tecnológico dos produtos e o aumento do uso de automação nos empreendimentos, o custo dos controladores está muito mais acessível e se tornando cada vez mais viável dentro dos empreendimentos”, revela Miranda.
Integração
A integração entre sistemas é possível através de protocolos de comunicação. Qualquer dispositivo numa instalação capaz de se comunicar utilizando um protocolo aberto é capaz de enviar e receber informações de outros dispositivos com o mesmo protocolo. Entenda-se protocolo aberto como sendo os já consolidados no mercado: LonWorks, BACnet e Modbus.
Quando um dispositivo oferece protocolo de comunicação diferente de outro dispositivo, a comunicação é feita através de um gerenciador.
“Hoje em dia alguns fabricantes ainda utilizam um dispositivo chamado Gatway para permitir essa “tradução” de protocolo. As tecnologias mais modernas oferecem essa “tradução” de protocolo através de seu próprio gerenciador, eliminando assim a necessidade de Gatway”, explica Botelho.
Já os gerenciadores se diferenciam dos controladores pela sua capacidade de gerenciar informações através de uma rede de controladores (relógio, programação horária, armazenam históricos e alarmes), e são capazes de trabalhar com até 80 controladores (dependendo da aplicação).
Para Renato R. dos Santos, diretor da Brain Set Engenharia, os controladores são interligados aos sistemas de AC-R principalmente por interfaces de sinais elétricos, como contatos, sinais analógicos etc., e as principais funções ainda estão relacionadas à operação, como partida de equipamentos e controle de variáveis.
“A principal vantagem é a racionalização da operação. Eu considero uma vantagem até mais importante do que a operação propriamente dita, que é a coleta de dados para análises de performance ou de rendimento das instalações. Essa vantagem começa a ser percebida pelo mercado, mas ainda de uma maneira bastante tímida”, comenta Santos.
Ele acrescenta que atualmente existem diversas opções, desde controladores digitais extremamente dedicados à funções específicas, até controladores totalmente programáveis para qualquer tipo de aplicação. Existem diversos exemplos de aplicação e integração, desde operações simples, como comandos liga e desliga de ventiladores, até aplicações mais complexas, como operações totais de centrais de água gelada de extrema performance e eficiência.
“Neste ponto, a oferta de soluções é algo realmente interessante, mas exige um extremo cuidado para seleção do equipamento que melhor represente ou atenda à necessidade da instalação. Isso é perigoso, já que a opção pelo uso de um controlador não muito adequado ao processo, com poucos recursos disponíveis ou até mesmo aplicado de uma maneira errada, com programação ou parametrização deficiente, pode representar um imenso prejuízo à operação da instalação”, diz Santos.
Controlador de temperatura torna-se o cérebro do sistema
Sobre a correta aplicação, o diretor da Mercato faz um alerta: “O sistema de automação e controle é um complemento ao sistema mecânico, ou seja, ele fará com que os equipamentos de ar condicionado e refrigeração funcionem de acordo com o programado e tomando decisões de acordo com a sua programação. É importante que os sistemas controlados pela automação tenham seu funcionamento correto, pois isso é preponderante ao bom funcionamento. Ao contrário do que muitos pensam, o sistema de automação não vai corrigir algum erro no projeto ou na instalação. Mas sim, vai operar o bom sistema de forma correta, precisa e otimizada”.
Segundo Carolina, a utilização de sistemas de controle e automação torna-se cada vez mais uma necessidade para as edificações. Tendo em vista adequar-se às exigências de sustentabilidade e certificações, a adoção destes sistemas pode auxiliar na obtenção de pontuação para selos verdes, como o LEED, e ainda beneficiar o empreendimento no ponto de vista de valorização e economia no consumo de recursos e aumento de produtividade.
“No entanto, vale a pena ressaltar sobre a popularização deste conceito e as tendências para convergência aos sistemas de TI. Isso fez com que novos players entrassem no mercado com muita competitividade, onde anteriormente, por falta de conhecimento, predominassem grandes fabricantes vendendo sistemas fechados e de alto custo operacional”, opina Carolina.
Benefícios
Os equipamentos de automação são preponderantes ao bom funcionamento dos outros sistemas e proporcionam o controle e o monitoramento necessário para os demais sistemas integrados a ele.
Uma das vantagens e que se torna decisiva para aplicação de automação nos atuais empreendimentos pode ser traduzida na palavra economia. A automação racionaliza o consumo de insumos (energia, água, gás, etc.) e mão de obra (operação e manutenção).
“Na medida em que caminhamos cada vez mais para a otimização dos custos, buscando sempre economia com gastos operacionais, energéticos e de manutenção, a automação predial vem se mostrando a melhor saída. Mas automação não se resume somente em economia. Um fator também importante na automação predial, por exemplo, é o conforto ao usuário, seja ele o conforto ambiental (controle de temperatura e umidade), conforto visual (controle da iluminação e ambientes), conforto acústico (som ambiente), além de outras utilidades. Atualmente não se consegue mais pensar em um empreendimento que não tenha um mínimo de automação, que irá trazer a segurança, a confiabilidade, a economia e o conforto que os usuários necessitam. Com a evolução da tecnologia, a automação predial deixou de ser um artefato de luxo e cada vez mais o conceito de edifícios inteligentes vem ganhando força. Esta tecnologia tornou-se uma tendência mundial, calcada nos benefícios e facilidades que o sistema traz ao empreendimento e ao usuário. De forma mais especifica, podemos dizer que a tecnologia desenvolvida no momento é a interoperabilidade entre os subsistemas, através de plataformas integradoras, que permitem integração de diferentes protocolos de comunicação, além de disponibilizar as informações através da Internet, permitindo uma total conectividade do sistema”, diz Miranda.
Botelho lista ainda as seguintes vantagens: “O usuário final pode ter todo o controle da sua instalação, verificando em tempo real as condições de cada ambiente; é possível realizar estudos de utilização dos equipamentos e economia de energia através dos dados armazenados no sistema; reduzir o consumo energético do sistema de AC-R; técnicos de manutenção podem utilizar a internet para monitorar, diagnosticar e corrigir falhas, minimizando o tempo de deslocamento e acelerar o tempo de resposta; alarmes podem ser enviados diretamente por e-mail para o responsável da manutenção; custos mais baixos de integração de iluminação, incêndio, geradores, etc.”.
Controladores já possuem um software específico para cada tipo de variável a ser controlada
Aplicações
A automação começou a se disseminar no momento em que se demonstraram os benefícios e facilidades que ela agrega para uma instalação. Com isso, iniciou-se um processo de desmistificação da automação, que até pouco tempo atrás era considerada uma ‘caixa preta’ nas instalações e que, quando apresentasse algum problema, ninguém saberia operar ou consertar.
Hoje com a maior especialização das empresas e principalmente com a inserção de empresas especializadas em automação no mercado, a automação está chegando a usuários que antes não tinham acesso ou até mesmo para aqueles que não acreditavam nos benefícios e na valorização que o sistema traz para o empreendimento. Além disso, há o avanço tecnológico e de conceito que estes produtos sofreram e que os transformaram em interfaces amigáveis e de fácil operação para os usuários. Desta forma a automação abrange todos os setores, sejam eles predial, comercial, industrial ou residencial.
De acordo com Carolina as soluções para o ar condicionado e refrigeração comercial e industrial são bem diferentes, pois no mercado de ar condicionado, o nível de customização das rotinas lógicas é muito maior e complexo. Portanto, enquanto no mercado de refrigeração predomina a utilização de controladores dedicados, no de ar condicionado a utilização de sistemas com controladores programáveis é mais recomendada.
Alex Taboni, da engenharia de desenvolvimento da Carel, compartilha a mesma opinião: “Através de um sensor como referência (temperatura, umidade ou pressão), um processador digital irá, através de circuitos lógicos, processar a informação colhida dos sensores, e um atuador acionará o equipamento. Eles se dividem em Controladores Paramétricos e CLPs (Controlador Lógico Programável). Os controladores paramétricos já possuem um software específico para cada tipo de controle, onde as configurações são realizadas a partir de um software padrão, normalmente utilizado na refrigeração para supermercados no controle das ilhas e expositores. Os CLPs são customizados, onde a grande vantagem é o desenvolvimento de um software específico para cada aplicação. Cada um deles garante a unidade ou medida controlada (temperatura, umidade ou pressão) desejada, resultando na integridade dos produtos ou no conforto desejado, também gerando redução do consumo energético”, comenta Taboni.
Na automação predial, por exemplo, Miranda revela que o projeto de automação deve nascer juntamente com os demais, o de ar condicionado e elétrico. E além de buscar um sincronismo e uma integração entres os sistemas, ele deve atender as necessidades do empreendimento com a melhor relação de custo x benefício, evitando assim desperdício de recursos humanos e materiais.
“É importante levar em consideração que o verdadeiro custo de um empreendimento não é simplesmente o custo de sua construção, mas também é preciso incluir e considerar os custos de operação e manutenção ao longo de sua vida útil. Para um bom resultado, o empreendimento deve prever na sua concepção a automação predial e qual tipo de abrangência ela irá ter sobre os outros sistemas. É importante definir o nível de integração entre todos os sistemas. Além disso, a instalação deve ser gerenciada por profissionais qualificados tanto para a instalação quanto para o ‘start-up’ do sistema, já que como qualquer sistema dedicado a automação também tem suas peculiaridades que são fundamentais para o seu bom funcionamento e desempenho”.
Na refrigeração comercial, o diretor da Every Control Solutions, Fabio Cardoso, explica que as funções dos controles digitais são principalmente o controle da temperatura, tanto na geração como no consumo de frio e controle dos processos de degelo nas instalações em supermercados.
“Eles são integrados de forma a garantir a geração e o consumo do frio seguindo as normas e especificações de projeto para garantir a disponibilidade de frio alimentar (refrigeração) ou conforto térmico (ar condicionado). O benefício é o controle preciso dos processos, o que proporciona redução dos custos de operação pelo aumento de sua eficácia. Para instalações comerciais, e até algumas industriais, as opções mais utilizadas são controladores digitais parametrizáveis padronizados. Já nas instalações de ar condicionado e de refrigeração com NH3, as opções mais utilizadas são Controladores Lógicos Programáveis (CLP), personalizados de acordo com a instalação e suas particularidades”, diz Cardoso.
Felipe Assumpção, da engenharia de aplicação da Full Gauge, cita um exemplo de aplicação na refrigeração comercial, com controles para câmaras frias e expositores refrigerados: “Através do sistema de comando do controlador de temperatura, o qual possui saída e relé que comandam diretamente as cargas em função da variável que se deseja controlar, o controlador de temperatura torna-se o cérebro do sistema, tomando decisões para que o ciclo de refrigeração seja sempre ideal e, sobretudo, eficiente. Além disso, temos a possibilidade de monitorarmos as variáveis controladas, através de computadores ou celulares em tempo real. Na refrigeração comercial, possuímos um controlador para sistemas congelados. Ele tem por função controlar o compressor, ventilador do evaporador, degelo e alarme (contato seco). Possui duas entradas digitais para sinalização de porta aberta e/ou set point econômico (ajuste da temperatura de modo econômico). Conjugado com o software SITRAD, consegue-se além de todo o controle sobre o equipamento via computador/internet, o monitoramento de abertura de portas, variações de temperatura e status das saídas, tudo isso apresentado em relatórios de texto ou gráficos, e também monitora tensão de alimentação e memória interna, com objetivo do armazenamento de dados das variáveis para posterior consulta. Vale destacar ainda a integração de controles entre os setores de processo e conforto. Por exemplo, um controlador instalado em conjunto com um sistema de ar condicionado de dois estágios permite, através do software de monitoramento e gerenciamento, criar macros e eventos, que de maneira automática realiza o rodízio de funcionamento dos equipamentos de ar condicionado juntamente com um sistema de backup (principal e reserva). Este sistema permite que o ambiente jamais atinja uma temperatura crítica, pois um "auxilia" o outro, caso aumente a demanda por refrigeração (dias mais quentes) ou caso um dos equipamentos apresente problemas. Além disso, o próprio controlador possui um sistema de alarme (buzzer interno), que indica quando a temperatura atingiu um nível crítico”, informa Assumpção.
Ana Paula Basile Pinheiro - editora da revista Climatização & Refrigeração