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

(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)

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.

(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.

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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.

7

1- 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;

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Sistemas de HVAC

Área produtiva.

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.

1- INTRODUÇÃO E DEFINIÇÕES

(6)

11

OVERVIEW

1. Introdução e definições:

2. Alguns Fundamentos

necessários:

– Unidades de medida. – Transferência de calor. – Psicrometria. – Fluidomecânica.

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2. FUNDAMENTOS

• UNIDADES DE MEDIDA

SI SIGLAS E CONVERSÃO DE

UNIDADES

13

2. 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

comprimento; massa; tempo

pé (ft); libra (lb massa); segundo (seg) SISTEMA MÉTRICO MKS – GIORGI comprimento; massa; tempo

metro (m); quilograma(kg); segundo (s)

Sistema GSC**

comprimento; massa; tempo

centímetro (cm); grama(g); segundo (s)

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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 substância mole mol

intensidade luminosa candela cd

Unidades suplementares

radiano ângulo plano rad

esterradiano ângulo sólido sr

15

2. 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.

(9)

2. FUNDAMENTOS

• TRANSFERÊNCIA DE CALOR.

– Trocadores de calor.

• Corrente paralela • Corrente cruzada

• transferencia de calor e estática fluido.pdf

17

2. FUNDAMENTOS

60 70 80 90 100 110 110 120 120 20 30 40 50 60 70 80 90 100 ENTH ALPY - KJ PER KI LOGR AM O F DRY AIR SATUR ATIO N TEMPE RATU RE - °C 5 DR Y B U LB T EM PE R A T U R E - ° C 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 10% RELATIVE HUMIDITY 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 5 5 10 10 15 15 20 2 0 25 25 30 W_{ET B} ULB

TEMPER_ATU RE - °C 30 0 ,84 0,86 0,88 0,90 0 ,9 2 VO L UM E - CUB IC METER PER k_{g DR} Y A IR 0,94 0,96 0,98 1,00 1 ,02 H U M ID IT Y R A T IO - G R A M S M O IS T U R E P E R K IL O G R A M D R Y A IR R R

ASHRAE PSYCHROMETRIC CHART NO.1

NORMAL TEMPERATURE BAROMETRIC PRESSURE: 94,324 kPa

AMERICAN SOCIETY OF HEATING, REFRIGERATING AND AIR- CONDITIONING ENGINEERS, INC.

600 METERS 0 1 .0 1. 0 : 1 ,5 2, 0 4 ,0 - 4, 0 -2,0 - 1,0 -0,5 -0,2 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0 ,7 0 ,8 - 5,0 - 2,0 0,0 1,0 2,0 2,5 3,0 4,0 5,0 10 ,0 -: : SE NS IB L E HE AT Qs T OTAL HE AT Qt E NTHAL PY HUM IDIT Y RAT IO DhDW

(10)

2. FUNDAMENTOS

• Fluidomecânica

– Conceitos básicos. 19

2. FUNDAMENTOS

• Fluidomecânica

– Perfil de velocidades.

(11)

2. FUNDAMENTOS

• Fluidomecânica

– Pressão estática. – Pressão dinâmica p_d = ρ V2_{/ 2} Pest Pdin Pdin Pest Ptotal 21

2. 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.

(12)

2. FUNDAMENTOS

• Fluidomecânica

– Conceitos da dinâmica dos fluídos.

23

2. FUNDAMENTOS

(13)

2. FUNDAMENTOS

• ELETROTÉCNICA

– Motores de indução trifásicos. – Inversores de frequência. – Comandos.

25

2. FUNDAMENTOS

• ELETROTÉCNICA

(14)

2. FUNDAMENTOS

• CONTROLES

–É o sistema que fornece

“inteligência” para os

processos termodinâmicos

.

27

Ex.: Perfil das salas voltadas para o leste

Ex.: Perfil das salas voltadas para o oeste

(15)

Controles

2. FUNDAMENTOS

29

(16)

Caixa de VAV

31 3. FASES DE IMPLEMENTAÇÃO • Verificação do Projeto; • Verificação da Instalação; • Verificação Operacional; • Verificação do Desempenho. Etapas de Trabalho

(17)

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.

Fase de Projeto

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

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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

(23)

Pág. 45 H [m] Q [m³/h] CCBPARALELO CCI QPARALELO H(Qparal) Ponto de Funcionamento Paralelo CCBSIMPLES QSIMPLES H(Qsimp) Ponto de Funcionamento Simples

Fase Operacional

• Serpentinas.

• 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).

(24)

47

Difusores Distribuição de ar Grelhas

Resgistros Troffers ( argh!!!)

(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

• EN 779 –2003 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

(28)

Fase Operacional

• Chillers

• Capacidade e Performance.

• Monitoramento das Etapas de Operação

• Bombas

• Corrente nos Motores • Operação em Paralelo

• Rede Hidrônica

• Teste, Ajuste e Balanceamento (HIDRÔNICO).

55

(29)

• Sistemas de distribuição.

– Válvula de 2 vias com descoplamento (anel primário e secundário.

• Componentes dos sistemas.

(30)

• Componentes dos sistemas.

– Sistema Ptplug.

59

SISTEMAS HIDRÔNICOS

• Curva característica da bomba centrífuga.

(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

(33)

Expansão Indireta

(34)

O ciclo frigorífico para o sistema de resfriamento 67 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 E fic iê n ci a E n er g ét ic a -E E R (k W /T R ) 22/10/01 - Hora (hh:mm) Central de Água Gelada Chiller UR-01A - Eficiência Energética

O ciclo frigorífico para o sistema de resfriamento 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 c ia E n e rg é ti ca -E E R (k W /T R )

Central de Água Gelada Chiller UR-01A - Eficiência Energética

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Expansão Indireta

69

SISTEMAS HIDRÔNICOS

• Associação de bombas centrífugas.

Ponto de operação em associação em paralelo

0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140

(36)

Expansão Indireta

71

(37)

4. INSTRUMENTOS PARA O TAB

• Medição X Monitoração

• Qual a diferença? • Erros de leitura. • Propagação de erro. 73

4. 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.

(38)

4. INSTRUMENTOS PARA O TAB • Medição de vazão de ar.

• Método Pitot Transverso.

– Pressão dinâmica.

» Pd= ½ ρ v2 (16 a 64 leituras)

75

(39)

• Termoanêmômetro.

– Velocidade direto da leitura. (16 a 64 leituras)

77

4. INSTRUMENTOS PARA O TAB

(40)

79

• 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)

– Correção do valor da vazão lida na saída da serpentina por causa do efeito de “vena contracta”.

– AABC Test & Balance Procedures.

81

– Correção do valor da vazão lida na entrada do filtro (também precisa de correção)

(42)

• 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

83

• Grade de Wilson.

– Interpolação da média. – Normalmente dispositivo fixo.

– Influência do perfil de velocidade na grade de leitura

(43)

4. INSTRUMENTOS PARA O TAB • Medição de pressão de ar.

• Tubo em “U”. • Tubo Inclinado. • Micromanômetro. • Magnehelic.

85

4. INSTRUMENTOS PARA O TAB • Medição de vazão de líquidos.

(44)

4. INSTRUMENTOS PARA O TAB • Medição de vazão de líquidos.

• Ultrasônico “Transit Time”

87

4. INSTRUMENTOS PARA O TAB

• Medição de vazão/pressão

diferencial

de líquidos.

• Vazão a partir da pressão diferencial;

– V = K ∆P1/2

» 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-500 http://www.vectus.com.br/maletas-testes.html

89

4. INSTRUMENTOS PARA O TAB • Medição das condições termo

higrométricas do ar. • Psicrômetro; – Manual. – Com bateria. • Termo-higrômetro; http://www.vectus.com.br/psicrometro.html

(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

91

5. ESTUDOS DE CASOS

• Medição de vazão.

• Medição de desempenho de

ventilador.

• Medição de desempenho de

bombas e chillers.

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Estudo de Caso - Erros de medição

causados por difusores

VAC

A B

C 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 615 550 920 B 615 600 860 C 615 660 790 D 625 470 810 SOMATÓRIO 2470 2280 3380 DIFERENÇAS -7,7% 36,8% 48%

(48)

• Leitura com tubo de Pitot no duto principal:

• Leitura com aletas defletoras do difusor na posição horizontal:

(m3/h)

Vazão com tubo de Pitot Vazão APM 150 (m3/h) Vazão EBT 721 (m3/h) SOMATÓRIO 2470 2785 2280 3380 DIFERENÇAS -18,1% 21,4% 48%

(m3/h)

Vazão com tubo de Pitot Vazão APM 150 (m3/h) Vazão EBT 721 (m3/h) SOMATÓRIO 2470 2785 2477 2865 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 2470 2845 2680 2821 DIFERENÇAS -5,9% 1,3%

(49)

97 0,00% 5,00% 10,00% 15,00% 20,00% 25,00% 30,00% 35,00% 40,00% 45,00% 0 100 200 300 400 500 600 700 10 110 210 310 410 510 610 P R E S S Ã O T O T A L E E S T Á T IC A E M P a VAZÃO DE AR EM m3/h

CURVAS CARACTERÍSTICAS DO VENTILADOR

(50)

0 5 10 15 20 25 0 50 100 150 200 250 300 A lt u ra M an o m ét ri ca (m ca ) Vazão (m³/h)

BAGP-02 - Curva Característica

Medições em Campo Q_proj Q_máx Dado de Placa Curva de Projeto Poly. (Medições em Campo)

99 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 E fi ci ên ci ia (% ) BAGP-02 - Eficiência Medições em Campo Q_proj Q_máx

(51)

0 10 20 30 40 50 60 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 A lt u ra M a n o m ét ri c a (m c a) Vazão (m³/h)

BAGS-01- Curva Característica

Medições em Campo Q_proj Q_máx Dado de Placa Curva de Projeto Poly. (Medições em Campo)

101 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 E fi ci ên ci ia (% ) Vazão (m³/h) BAGS-01 - Eficiência Medições em Campo Q_proj Q_máx Dado de Placa Poly. (Medições em Campo)

(52)

Aferição de campo – Medidor de Vazão tipo “Vortex” (famoso “ventoinha”)

-20.0 0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 120.0 140.0 160.0 53 45 40 35 33 Va zã o de Á gu a G el ad a (m 3/ h) Frequência da BAGS (Hz)

Medidor de Vazão - Circuito Secundário

Medidor - Sistema Medidor - Yawatz 103 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 T em p er at u ra (° C )

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

(53)

Qualificação de Instalação – Análise

de Válvulas Flow-Com (Válvulas de

Vazão Constante)

17 11 14 2 3 8 9 63 Válvulas Flow-Con Qualificação de Instalação

Válvulas - Corretas e dentro da Faixa - 14% Válvulas - Corretas mas c/ DP muito baixo Válvulas - Corretas e Sem P/T Plug Válvulas - Corretas e Sem Acesso Válvulas - Corretas e Instaladas Invertidas Válvulas - Sem Acesso p/ Verificação Fan-Coils Sem FlowCon Válvulas - Incorretas - 52%

105

Teste de Chillers – ASHRAE 30-1995

100 150 200 250 300 350 400 450 100.0 100.0 99.0 99.0 98.0 94.0 83.5 83.0 83.0 82.0 69.0 68.0 67.0 65.0 41.0 40.0 40.0 39.0 C ap ac id ad e (t r) Part Load (%)

Tag: CH-02 - Capacidade - Gráfico Comparativo

Capacidade - Teste Capacidade Mínima - Teste Capacidade Máxima - Teste Capacidade Estimada - COMP1 Capacidade Mínima - Tolerância Limite

(54)

0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 100.0 100.0 99.0 99.0 98.0 94.0 83.5 83.0 83.0 82.0 69.0 68.0 67.0 65.0 41.0 40.0 40.0 39.0 E E R ( k W /t r) Part Load (%)

Tag: CH-02 - EER - Gráfico Comparativo

COP - Teste COP Mínimo - Teste COP Máximo - Teste COP Estimado - COMP1 COP Minimo - Tolerância Limite

107 200 250 300 350 400 450 C ap ac id ad e (t r)

Tag: CH-01 - Capacidade - Gráfico Comparativo

Capacidade - Teste Capacidade Mínima - Teste Capacidade Máxima - Teste Capacidade Estimada - COMP1 Capacidade Mínima - Tolerância Limite

(55)

0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 92.0 92.0 92.0 91.0 91.0 86.0 85.0 83.0 82.0 80.0 79.0 78.0 77.0 64.0 64.0 63.0 45.0 E E R ( kW /t r) Part Load (%)

Tag: CH-01 - EER - Gráfico Comparativo

COP - Teste COP Mínimo - Teste COP Máximo - Teste COP Estimado - COMP1 COP Minimo - Tolerância Limite

109

Análise Operacional - VAVs

Editora Abril - Ed. Birmann 21

Verificação das VAVs/VACs

Vazão Acima do Projeto - VAV 35% Vazão Acima do Projeto -

VAC 19% Diversos - VAV 10% Diversos - VAC 13% Desvios de Leitura Ansett/Veranum 18%

Vazão Abaixo do Projeto - VAV

(56)