PRÁTICAS PARA MEDIÇÃO, TESTE, AJUSTE E BALANCEAMENTO (TAB) EM SISTEMAS DE HVAC

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1 PRÁTICAS PARA MEDIÇÃO, TESTE, AJUSTE E BALANCEAMENTO (TAB) EM SISTEMAS DE HVAC Wili Colozza Hoffmann Porto Alegre RS 10/11/2010 OVERVIEW Testes, Ajustes e Balanceamento (TAB), muito mais do que o balanceamento do sistema de distribuição de ar e o balanceamento hidrônico é uma etapa crítica do processo de comissionamento, onde os sistemas são realmente desafiados e qualificados quanto à operação e desempenho. 2 1

2 OVERVIEW Os testes de desempenho envolvem chillers, bombas, torres de resfriamento, condicionadores de ar, (multi) splits e iluminação. Os testes funcionais de desempenho dos sistemas, envolvendo automação e sistemas de proteção, são cruciais para entrega dos sistemas às equipes de operação. 3 OVERVIEW Os testes devem ser definidos de maneira criteriosa pela Autoridade de Comissionamento e conduzida por uma equipe independente dos envolvidos na construção. 4 2

3 OVERVIEW 1. Introdução e definições: 2. Alguns Fundamentos necessários: Unidades de medida. Transferência de calor. Psicrometria. Fluidomecânica. Eletrotécnica. Controles. 5 OVERVIEW 3. Fases da implementação Verificação de PROJETO. Verificação de INSTALAÇÃO. Verificação de OPERAÇÃO. Verificação de DESEMPENHO (PERFORMANCE). 4. Instrumentos para TAB e medições. Medição de vazão de ar. Medição de vazão de líquidos. Medição das condições temohigrométricas do ar. Medição de pressão. 5. Estudo de caso e exemplos práticos: 6 3

4 1- INTRODUÇÃO E DEFINIÇÕES Sistemas de HVAC Necessidade de climatização em escritórios: Ambiente que proporcione o conforto aos ocupantes ou Produtividade do usuário. Saúde do usuário. Necessidade de climatização em área produtivas (farmacêuticas): Proporcione uma proteção ao processo e produto. Proporcione uma proteção ao operador. Proporcione, se possível o conforto do operador INTRODUÇÃO E DEFINIÇÕES Sistemas de HVAC Conforto Térmico. Fatores de influência (ocupante) Temperatura; Umidade relativa; Velocidade do ar; Temperatura radiante; Atividade física do ocupante; Tipo de vestimenta do ocupante; 8 4

5 1- INTRODUÇÃO E DEFINIÇÕES Área produtiva. Sistemas de HVAC Fatores de influência (processo, produto, operador e meio ambiente). Temperatura de bulbo seco. Umidade relativa. Velocidade. Pureza (biológica, química e física). Pressão do ambiente com relação ao ambiente externo ou contíguo (contenção de contaminantes). Contaminação do meio ambiente externo

6 11 OVERVIEW 1. Introdução e definições: 2. Alguns Fundamentos necessários: Unidades de medida. Transferência de calor. Psicrometria. Fluidomecânica. Eletrotécnica. Controles. 12 6

7 2. FUNDAMENTOS UNIDADES DE MEDIDA SI SIGLAS E CONVERSÃO DE UNIDADES FUNDAMENTOS SISTEMA BASE UNIDADES (SÍMBOLO) ABSOLUTO SI (Sistema Internacional) comprimento; massa; tempo; corrente elétrica; intensidade luminosa; temperatura termodinâmica; quantidade de substância. metro (m); quilograma(kg); segundo (s); ampére (A); candela (cd); kelvin (K); mole (mol) SISTEMA INGLÊS SISTEMA MÉTRICO MKS GIORGI Sistema GSC** comprimento; massa; tempo comprimento; massa; tempo comprimento; massa; tempo pé (ft); libra (lb massa); segundo (seg) metro (m); quilograma(kg); segundo (s) centímetro (cm); grama(g); segundo (s) 14 7

8 2. FUNDAMENTOS Tabela 1.1 Unidades Básicas Grandeza Física Nome da unidade Símbolo comprimento metro m massa kilograma kg tempo segundo s corrente elétrica ampère A temperatura termodinâmica kelvin K quantidade de mole mol substância intensidade luminosa candela cd Unidades suplementares radiano ângulo plano rad esterradiano ângulo sólido sr FUNDAMENTOS TERMODINÂMICA E TRANSFERÊNCIA DE CALOR. SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA. É impossível uma máquina que converta a energia de um nível mais baixo de temperatura para um nível mais alto de temperatura sem uma fonte externa de trabalho. 16 8

9 R 1 0,0 4, 0 0,3 5 0,2 2,5 10-1,0 15 1,0 20 R FUNDAMENTOS TRANSFERÊNCIA DE CALOR. Trocadores de calor. Corrente paralela Corrente cruzada transferencia de calor e estática fluido.pdf FUNDAMENTOS ASHRAE PSYCHROMETRIC CHART NO.1 NORMAL TEMPERATURE BAROMETRIC PRESSURE: 94,324 kpa Copyright 1992 AMERICAN SOCIETY OF HEATING, REFRIGERATING AND AIR-CONDITIONING ENGINEERS, INC. 600 METERS : : ,8 0,7 0,6 0,5 SENSIB L E HEAT T OTAL HEAT Qs Qt : - 4, 0 4,0 1,5 2, 0-5,0-2, WET BULB TEMPERATURE - C 1,00 1, ,0 0,4-2,0 0,0-0,5 24 0,1 0-0,2 80 3,0 2, ENTHAL PY HUM IDIT Y RAT IO Dh DW , , ENTHA LPY - KJ PER KILOGRAM OF DRY AIR ,86 60 SATURATION TEM PERATURE - C 10 0, % 80% 70% 60% 50% % 30% 20% ,90 10% RELATIVE HUMIDITY 20 0,9 2 VOLUME - CUBIC METER PER kg DRY AIR 0,94 0,96 DRY BULB TEM PERATURE - C HUMIDITY RATIO - GRAMS MOISTURE PER KILOGRAM DRY AIR ENTHALPY - KJ PER KILOGRAM OF DRY AIR 18 9

10 2. FUNDAMENTOS Fluidomecânica Conceitos básicos FUNDAMENTOS Fluidomecânica Perfil de velocidades

11 2. FUNDAMENTOS Fluidomecânica Pressão estática. Pressão dinâmica p d = ρ V 2 / 2 Ptotal Pdin Pest Pdin Pest FUNDAMENTOS Fluidomecânica Conceitos da dinâmica dos fluídos. Q = v. A (Q = vazão; v = velocidade e A = área do conduto). Perda de carga distribuída. Perda de carga localizada. p = C. ρ v 2 /

12 2. FUNDAMENTOS Fluidomecânica Conceitos da dinâmica dos fluídos FUNDAMENTOS Lei dos Ventiladores 24 12

13 2. FUNDAMENTOS ELETROTÉCNICA Motores de indução trifásicos. Inversores de frequência. Comandos FUNDAMENTOS ELETROTÉCNICA Motores de indução trifásicos

14 2. FUNDAMENTOS CONTROLES É o sistema que fornece inteligência para os processos termodinâmicos. 27 Ex.: Perfil das salas voltadas para o leste Necessidade de controle por zona. Ex.: Perfil das salas voltadas para o oeste 28 14

15 2. FUNDAMENTOS Controles FUNDAMENTOS 30 15

16 Caixa de VAV FASES DE IMPLEMENTAÇÃO Etapas de Trabalho Verificação do Projeto; Verificação da Instalação; Verificação Operacional; Verificação do Desempenho

17 Fase de Projeto O TAB praticamente não tem atuação nesta fase. É uma atribuição do Comissionamento, definir o que deve ser testado e ajustado, prover a instalação de dispositivos e pontos de medição para as variáveis críticas, para ser utilizado mais tarde pela equipe do TAB. Falhas nesta fase impactam no resultado do TAB. 33 Fase de Instalação Testes on-site : Estanqueidade de dutos e gabinetes. Tubulação (vazamento, solda etc.). Conformidade com projeto executivo Testes off-site : Estanqueidade de gabinetes. Inspeção de protótipos. Equipamentos (teste de desempenho)

18 Fase de Instalação Qualificação: Dados dos equipamentos obtidos em campo. Comparação com os dados do projeto. Certificados dos testes off-site. Verificação dos materiais empregados. Emissão parcial de documentos de qualificação

19 37 Fase Operacional Ventiladores: Ponto de operação Nível de ruído Pressões para filtros inicial e final. Efeito de sistema

20 VENTILADORES Tipos de ventiladores

21

22 VENTILADORES Efeito de sistema. 43 CURVA DE SISTEMA 44 22

23 H [m] Ponto de Funcionamento Simples Ponto de Funcionamento Paralelo CCI H(Q paral ) H(Q simp ) CCB SIMPLES CCB PARALELO Q SIMPLES Q PARALELO Q [m³/h] Pág. 45 Serpentinas. Fase Operacional Capacidade térmica (sensível e latente). Perda de pressão lado do ar e da água. Vazão de água gelada. Rede de dutos e distribuição de ar. Teste, Ajuste e Balanceamento Pressurização entre salas (interferência com arquitetura). Aferição de VAVs e Sensores 46 23

24 47 Distribuição de ar Difusores Grelhas Resgistros Troffers ( argh!!!) 48 24

25

26 Fase Operacional Filtros de Ar: Eficiências de filtragem. Posicionamento relativo dos filtros Limites de aceitação para testes de campo. Condicionadores de Ar: Acesso para manutenção e teste dos filtros Tomadas de pressão e medidores de vazão. Estanqueidade do gabinete. Estrutura dos filtros. 51 Filtros de ar EN Particulate air filter for general ventilation

27 Condicionador de ar Nomes dados à este equipamento: Fan Coil. Air Handling Unit (AHU) Condicionador de ar. 53 Condicionador de ar 54 27

28 Chillers Fase Operacional Capacidade e Performance. Monitoramento das Etapas de Operação Bombas Corrente nos Motores Operação em Paralelo Rede Hidrônica Teste, Ajuste e Balanceamento (HIDRÔNICO). 55 Expansão Indireta 56 28

29 Sistemas de distribuição. Válvula de 2 vias com descoplamento (anel primário e secundário. Componentes dos sistemas. Válvula de balanceamento 29

30 Componentes dos sistemas. Sistema Ptplug. 59 SISTEMAS HIDRÔNICOS Curva característica da bomba centrífuga. curva bomba exemplo.pdf 60 30

31 SISTEMAS HIDRÔNICOS Comportamento da bomba centrífuga. 61 Fase Operacional Torres de Resfriamento Capacidade. Corrente no Motor do Ventilador. Distribuição de Água nos Bicos. Equalização das Bacias - Ajuste do Nível. Tanques de Termo-Acumulação Monitoramento dos Ciclos de Carga e Descarga

32 Verificação do Desempenho É o momento em que o sistema deve operar como um todo incluindo o BMS. É quando deve ser provado que o sistema atinge e mantém as variáveis estáveis. 63 Verificação do Desempenho Para esta verificação é necessário que através de instrumentos e procedimentos seja conhecido o comportamento da instalação

33 Expansão Indireta

34 O ciclo frigorífico para o sistema de resfriamento 1.2 Central de Água Gelada Chiller UR-01A - Eficiência Energética Eficiência Energética -EER (kw/tr) :00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22/10/01 - Hora (hh:mm) 67 O ciclo frigorífico para o sistema de resfriamento 1.2 Central de Água Gelada Chiller UR-01A - Eficiência Energética Eficiência Energética - EER (kw/tr) :00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 04/12/01 - Hora (hh:mm) 68 34

35 Expansão Indireta 69 SISTEMAS HIDRÔNICOS Associação de bombas centrífugas. Ponto de operação em associação em paralelo vazão em m3 / h 70 35

36 Expansão Indireta 71 Expansão Indireta 72 36

37 4. INSTRUMENTOS PARA O TAB Medição X Monitoração Qual a diferença? Erros de leitura. Propagação de erro INSTRUMENTOS PARA O TAB Medição e monitoração: De vazão, temperatura e pressão de ar. De vazão, temperatura e pressão de líquidos. Das condições temohigrométricas do ar. Outras grandezas pertinentes. Medição das grandezas elétricas

38 4. INSTRUMENTOS PARA O TAB Medição de vazão de ar. Método Pitot Transverso. Pressão dinâmica.» P d = ½ ρ v 2 (16 a 64 leituras) INSTRUMENTOS PARA O TAB Medição de vazão de ar. Detalhes do Pitot 76 38

39 4. INSTRUMENTOS PARA O TAB Medição de vazão de ar. Termoanêmômetro. Velocidade direto da leitura. (16 a 64 leituras) INSTRUMENTOS PARA O TAB Medição de vazão de ar

40 4. INSTRUMENTOS PARA O TAB Medição de vazão de ar INSTRUMENTOS PARA O TAB Medição de vazão de ar. Anemômetro rotor axial ( não é ventoinha ). Velocidade direto da leitura. (16 a 64 leituras) Efeito de Vena contracta Necessidade de corrigir valor para cálculo da vazão

41 4. INSTRUMENTOS PARA O TAB Medição de vazão de ar. Anemômetro rotor axial ( não é ventoinha ). Correção do valor da vazão lida na saída da serpentina por causa do efeito de vena contracta. AABC Test & Balance Procedures INSTRUMENTOS PARA O TAB Medição de vazão de ar. Anemômetro rotor axial ( não é ventoinha ). Correção do valor da vazão lida na entrada do filtro (também precisa de correção) 82 41

42 4. INSTRUMENTOS PARA O TAB Medição de vazão de ar. Balômetro ( Balometer ). Leitura feita em uma secção conhecida. Necessidade de correção devido ao desvio de leitura com valor com pitot. Influência do perfil de velocidade na grade de leitura INSTRUMENTOS PARA O TAB Medição de vazão de ar. Grade de Wilson. Interpolação da média. Normalmente dispositivo fixo. Influência do perfil de velocidade na grade de leitura 84 42

43 4. INSTRUMENTOS PARA O TAB Medição de pressão de ar. Tubo em U. Tubo Inclinado. Micromanômetro. Magnehelic INSTRUMENTOS PARA O TAB Medição de vazão de líquidos. Ultrasônico (efeito Doppler ) 86 43

44 4. INSTRUMENTOS PARA O TAB Medição de vazão de líquidos. Ultrasônico Transit Time INSTRUMENTOS PARA O TAB Medição de vazão/pressão diferencial de líquidos. Vazão a partir da pressão diferencial; V = K P 1/2» K = constante que depende da singularidade (ou placa de orifício)

45 4. INSTRUMENTOS PARA O TAB Medição de pressão de líquidos. Manômetros; Tubo de Boudon. Eletrônico (célula de carga). Uso do PT Plug; Com manômetro. Com termômetro. P/T Plug de ½ de Bronze BBNO INSTRUMENTOS PARA O TAB Medição das condições termo higrométricas do ar. Psicrômetro; Manual. Com bateria. Termo-higrômetro;

46 4. INSTRUMENTOS PARA O TAB Medição de rotação. Tacômetro mecânico; Contato com o elemento girante. Tacômetro ótico Sem contato com o elemento girante Luz Estroboscópica (estroboscópio) Sem contato com o elemento girante Tacômetro - Tacômetro Ótico - Tacômetros - Instrumentos de Medição - Vectus ESTUDOS DE CASOS Medição de vazão. Medição de desempenho de ventilador. Medição de desempenho de bombas e chillers

47 Estudo de Caso - Erros de medição causados por difusores VAC A C B D Duto principal de chapa galvanizada; Dutos flexíveis interligam o duto principal às caixas dos difusores; VAC é um regulador automático para vazão constante; Os difusores são de fabricação Trox, modelo VDW (alta indução); 93 Problema encontrado Diferenças significativas entre as leituras de vazão de ar obtidas por dois balômeters de modelos APM 150 e EBT 721, com certificados de calibração válidos; DIFUSORES Vazão de projeto (m3/h) Vazão APM 150 (m3/h) Vazão EBT 721 (m3/h) A B C D SOMATÓRIO DIFERENÇAS -7,7% 36,8% 48% 94 47

48 Leitura com tubo de Pitot no duto principal: DIFUSORES Vazão de projeto (m3/h) Vazão com tubo de Pitot Vazão APM 150 (m3/h) Leitura com aletas defletoras do difusor na posição horizontal: Vazão EBT 721 (m3/h) SOMATÓRIO DIFUSORES DIFERENÇAS Vazão de projeto (m3/h) Vazão com tubo de Pitot -18,1% 21,4% 48% Vazão APM 150 (m3/h) Vazão EBT 721 (m3/h) SOMATÓRIO DIFERENÇAS -11,1% 2,9% 16% 95 Leitura com retificador de fluxo no balometer: DIFUSORES Vazão de projeto (m3/h) Vazão com tubo de Pitot Vazão APM 150 (m3/h) Vazão EBT 721 (m3/h) SOMATÓRIO DIFERENÇAS -5,9% 1,3% 5% 96 48

49 CURVAS CARACTERÍSTICAS DO VENTILADOR 45,00% 40,00% 35,00% 30,00% PRESSÃO TOTAL E ESTÁTICA EM Pa ,00% 20,00% 15,00% 10,00% 5,00% 0 0,00% VAZÃO DE AR EM m 3 /h 3300 rpm- Ptotal - bocal sem ajuste 2500 rpm- Ptotal - bocal sem ajuste 2500 rpm- Ptotal - bocal ajustado 2500 rpm- Pest - bocal ajustado 3300 rpm- Ptotal - bocal ajustado 3300 rpm- Pest- bocal ajustado 3500 rpm- Pest- bocal sem ajuste 2500 rpm- Pest - bocal sem ajuste rendimento-3300 rpm- bocal ajustado rendimento 2500 rpm- bocal ajustado rendimento-3300 rpm- bocal sem ajuste rendimento 2500 rpm- bocal sem ajuste 98 49

50 BAGP-02 - Curva Característica 25 Altura Manométrica (mca) Medições em Campo Q_proj Q_máx Dado de Placa Curva de Projeto Poly. (Medições em Campo) Vazão (m³/h) 99 BAGP-02 - Eficiência Eficiênciia (%) Medições em Campo 40 Q_proj 35 Q_máx 30 Dado de Placa 25 Log. (Medições em Campo) Poly. (Medições em Campo) Vazão (m³/h)

51 BAGS-01- Curva Característica 60 Altura Manométrica (mca) Medições em Campo Q_proj Q_máx Dado de Placa Curva de Projeto Poly. (Medições em Campo) Vazão (m³/h) 101 BAGS-01 - Eficiência Eficiênciia (%) Medições em Campo 35 Q_proj 30 Q_máx 25 Dado de Placa Poly. (Medições em Campo) Vazão (m³/h)

52 Aferição de campo Medidor de Vazão tipo Vortex (famoso ventoinha ) Medidor de Vazão - Circuito Secundário Vazão de Água Gelada (m3/h) Medidor - Sistema Medidor - Yawatz Frequência da BAGS (Hz) Análise de Torre de Resfriamento TR-02 - "Approach" da Torre Tempeeatura de Entrada de Água na Torre Temperatura da Água na Bacia da Torre Temp. Bulbo Úmido do Ar na Entrada da Torre Approach da Torre 30.0 Temperatura ( C) :00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 29/11/2010 Hora (hh:mm)

53 Qualificação de Instalação Análise de Válvulas Flow-Com (Válvulas de Vazão Constante) Válvulas Flow-Con Qualificação de Instalação 17 Válvulas -Corretas e dentro da Faixa -14% 11 Válvulas - Corretas mas c/ DP muito baixo Válvulas - Corretas e Sem P/T Plug 63 Válvulas - Corretas e Sem Acesso 14 Válvulas - Corretas e Instaladas Invertidas Válvulas - Sem Acesso p/ Verificação Fan-Coils Sem FlowCon Válvulas - Incorretas - 52% 105 Teste de Chillers ASHRAE Tag: CH-02 - Capacidade - Gráfico Comparativo Capacidade - Teste Capacidade Mínima - Teste Capacidade Máxima - Teste Capacidade Estimada - COMP1 Capacidade Mínima - Tolerância Limite Capacidade (tr) Part Load (%)

54 Tag: CH-02 - EER - Gráfico Comparativo EER (kw/tr) COP - Teste COP Mínimo - Teste COP Máximo - Teste COP Estimado - COMP1 COP Minimo - Tolerância Limite Part Load (%) 107 Tag: CH-01 - Capacidade - Gráfico Comparativo Capacidade - Teste Capacidade Mínima - Teste Capacidade Máxima - Teste Capacidade Estimada - COMP1 Capacidade Mínima - Tolerância Limite Capacidade (tr) Part Load (%)

55 Tag: CH-01 - EER - Gráfico Comparativo EER (kw/tr) COP - Teste COP Mínimo - Teste COP Máximo - Teste COP Estimado - COMP1 COP Minimo - Tolerância Limite Part Load (%) 109 Análise Operacional - VAVs Editora Abril - Ed. Birmann 21 Verificação das VAVs/VACs Diversos - VAC 13% Desvios de Leitura Ansett/Veranum 18% Diversos - VAV 10% Vazão Acima do Projeto - VAC 19% Vazão Acima do Projeto - VAV 35% Vazão Abaixo do Projeto - VAV 6%

56 OBRIGADO! Eng. Wili Colozza Hoffmann