práticas para medição, teste, ajuste e balanceamento (tab)

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 realmentedesafiados e qualificados quanto à operação e desempenho.

2

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

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

4

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;


8

5

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.


9

10

6

11

OVERVIEW 1. Introdução e definições:

2. Alguns Fundamentos necessários: – Unidades de medida.– Transferência de calor.– Psicrometria.– Fluidomecânica.– Eletrotécnica.– Controles.

12

7

2. FUNDAMENTOS

• UNIDADES DE MEDIDA

SI SIGLAS E CONVERSÃO DE UNIDADES

13

2. FUNDAMENTOSSISTEMA BASE UNIDADES (SÍMBOLO)

ABSOLUTOSI (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 MÉTRICOMKS –GIORGI


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

Sistema GSC**


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

14

8

2. FUNDAMENTOSTabela 1.1 Unidades Básicas

Grandeza Física Nome da unidade Símbolocomprimento metro m

massa kilograma kg

tempo segundo s

corrente elétrica ampère A

temperaturatermodinâmica

kelvin K

quantidade desubstância

mole mol

intensidade luminosa candela cd

Unidadessuplementares

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.

16

9

2. FUNDAMENTOS

• TRANSFERÊNCIA DE CALOR.– Trocadores de calor.

• Corrente paralela• Corrente cruzada

• transferencia de calor e estática fluido.pdf

17

2. FUNDAMENTOS

0 10 20 30 40 50

60

70

80

90

100

110

110

120

120

ENTHALPY - KJ PER KILOGRAM OF DRY AIR

20

30

40

50

60

70

80

90

100

ENTHALP

Y - KJ

PER KIL

OGR

AM O

F DRY A

IR

SATURATI

ON T

EMPE

RATURE - °C

5 10 15 20 25

30 35 40 45 50

DR

Y B

ULB

TE

MPE

RA

TU

RE

- °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 WET BULB TEMPERATURE - °C

30

0,8

4

0,86

0,88

0,90

0,9

2 VO

LU

ME

- CU

BIC

ME

TE

R P

ER

kg DR

Y A

I R

0,94

0,96

0,98

1,00

1,0

2

HU

MID

ITY

RA

TIO

- G

RA

MS

MO

IST

UR

E P

ER

KIL

OG

RA

M D

RY

AIR

R R

ASHRAE PSYCHROMETRIC CHART NO.1NORMAL TEMPERATURE

BAROMETRIC PRESSURE: 94,324 kPa

Copyright 1992

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

-

::

SENSIB L E HEAT QsT OTAL HEAT Qt

ENTHAL PYHUM IDIT Y RAT IO

DhDW

18

10

2. FUNDAMENTOS

• Fluidomecânica– Conceitos básicos.

19

2. FUNDAMENTOS

• Fluidomecânica

– Perfil de velocidades.

20

11

2. FUNDAMENTOS

• Fluidomecânica– Pressão estática.– Pressão dinâmica

pd = ρ V2 / 2

PestPdin

Pdin

PestPtotal

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.– ∆p = C . ρ v2/2

22

12

2. FUNDAMENTOS

• Fluidomecânica– Conceitos da dinâmica dos fluídos.

23

2. FUNDAMENTOS

• Lei dos Ventiladores

24

13

2. FUNDAMENTOS

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

25

2. FUNDAMENTOS

• ELETROTÉCNICA– Motores de indução trifásicos.

26

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

Necessidade de controle por zona.

28

15

Controles

2. FUNDAMENTOS

29

2. FUNDAMENTOS

30

16

Caixa de VAV

31

3. FASES DE IMPLEMENTAÇÃO

• Verificação do Projeto;

• Verificação da Instalação;

• Verificação Operacional;

• Verificação do Desempenho.

Etapas de Trabalho

32

17

� O TAB praticamente não tem atuação nestafase.

� É uma atribuição do Comissionamento, definiro 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

desempenho).

34

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.

35

36

19

37

Fase Operacional

• Ventiladores:• Ponto de operação• Nível de ruído• Pressões para filtros inicial e final.• Efeito de sistema.

38

20

• VENTILADORES– Tipos de ventiladores

39

40

21

41

42

22

• VENTILADORES• Efeito de sistema.

43

CURVA DE SISTEMA

44

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).• Aferição de VAVs e Sensores

46

24

47

DifusoresDistribuição de ar Grelhas

ResgistrosTroffers ( argh!!!)

48

25

49

50

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

52

• EN 779 –2003 Particulate air filter for general ventilation.

Filtros de ar

27

Condicionador de ar• Nomes dados à este equipamento:

– Fan Coil.– Air Handling Unit (AHU)– Condicionador de ar.

53

Condicionador de ar

54

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

Expansão Indireta

56

29

• Sistemas de distribuição.– Válvula de 2 vias com descoplamento

(anel primário e secundário.

• Componentes dos sistemas.– Válvula de balanceamento

30

• Componentes dos sistemas.– Sistema Ptplug.

59

SISTEMAS HIDRÔNICOS

• Curva característica da bomba centrífuga. curva bomba exemplo.pdf

60

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”.

62

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.

64

33

Expansão Indireta

65

66

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

Efic

iên

cia

En

erg

étic

a -E

ER

(kW

/TR

)

22/10/01 - Hora (hh:mm)

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

O ciclo frigorífico para o sistema de resfriamento

68

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00

Efi

ciê

nc

ia E

ne

rgé

tica

-E

ER

(kW

/TR

)

04/12/01 - Hora (hh:mm)

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

35

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

vazão em m3 / h

70

36

Expansão Indireta

71

Expansão Indireta

72

37

4. INSTRUMENTOS PARA O TAB

• Medição X Monitoração

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

73


• 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.

74

38


• Medição de vazão de ar.• Método Pitot Transverso.

– Pressão dinâmica.» Pd = ½ ρ v2 (16 a 64 leituras)

75


• Medição de vazão de ar.– Detalhes do Pitot

76

39


• Medição de vazão de ar.• Termoanêmômetro.

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

77


• Medição de vazão de ar.

78

40


• Medição de vazão de ar.

79


• 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.

80

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.

81


• 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

42


• 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

83


• Medição de vazão de ar.• Grade de Wilson.

– Interpolação da média.– Normalmente dispositivo fixo.– Influência do perfil de velocidade na grade de

leitura

84

43


• Medição de pressão de ar.• Tubo em “U”.• Tubo Inclinado.• Micromanômetro.• Magnehelic.

85


• Medição de vazão de líquidos.• Ultrasônico (efeito “Doppler”)

86

44


• Medição de vazão de líquidos.• Ultrasônico “Transit Time”

87


• 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).

88

45


• 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


• Medição das condições termo higrométricas do ar.

• Psicrômetro;– Manual.– Com bateria.

• Termo-higrômetro;

http://www.vectus.com.br/psicrometro.html

90

46


• 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.

92

47

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;

DIFUSORESVazão de projeto

(m3/h)Vazão APM 150

(m3/h)Vazão EBT 721

(m3/h)

A 615 550 920B 615 600 860C 615 660 790D 625 470 810

SOMATÓRIO 2470 2280 3380

DIFERENÇAS-7,7% 36,8%

48%94

48

• Leitura com tubo de Pitot no duto principal:

• Leitura com aletas defletoras do difusor na posição horizontal:


(m3/h)Vazão com tubo

de PitotVazão APM 150


(m3/h)

SOMATÓRIO 2470 2785 2280 3380


48%


(m3/h)Vazão com tubo

de PitotVazão APM 150


(m3/h)

SOMATÓRIO 2470 2785 2477 2865


16%

95

• Leitura com retificador de fluxo no balometer:

DIFUSORESVazão de

projeto (m3/h)Vazão com

tubo de PitotVazão APM150 (m3/h)

Vazão EBT 721 (m3/h)

SOMATÓRIO 2470 2845 2680 2821


5%

96

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

PR

ESSÃ

O T

OTA

L E

ESTÁ

TIC

A E

M P

a

VAZÃO DE AR EM m3/h

CURVAS CARACTERÍSTICAS DO VENTILADOR

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

50

0

5

10

15

20

25

0 50 100 150 200 250 300

Alt

ura

Man

om

étri

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

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

Efi

ciên

ciia

(%)

Vazão (m³/h)

BAGP-02 - Eficiência

Medições em Campo

Q_proj

Q_máx

Dado de Placa

Log. (Medições em Campo)


100

51

0

10

20

30

40

50

60

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Alt

ura

Ma

no

mét

ric

a (m

ca)

Vazão (m³/h)

BAGS-01- Curva Característica

Medições em Campo

Q_proj

Q_máx

Dado de Placa

Curva de Projeto


101

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Efi

ciên

ciia

(%)

Vazão (m³/h)

BAGS-01 - Eficiência

Medições em Campo

Q_proj

Q_máx

Dado de Placa


102

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

Vazã

o de

Águ

a G

elad

a (m

3/h)

Frequência da BAGS (Hz)

Medidor de Vazão - Circuito Secundário

Medidor - Sistema

Medidor - Yawatz

103

104

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

40.0

06:00 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

Tem

per

atu

ra (°

C)

29/11/2010 Hora (hh:mm)

Análise de Torre de ResfriamentoTR-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

38

9

63

Válvulas Flow-ConQualificação 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

Cap

acid

ade

(tr)

Part Load (%)

Tag: CH-02 - Capacidade - Gráfico Comparativo

Capacidade - Teste

Capacidade Mínima - Teste

Capacidade Máxima - Teste

Capacidade Estimada - COMP1

Capacidade Mínima - Tolerância Limite

106

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

EE

R (

kW

/tr)

Part Load (%)

Tag: CH-02 - EER - Gráfico Comparativo

COP - Teste

COP Mínimo - Teste

COP Máximo - Teste

COP Estimado - COMP1

COP Minimo - Tolerância Limite

107

100

150

200

250

300

350

400

450

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

Cap

acid

ade

(tr)

Part Load (%)

Tag: CH-01 - Capacidade - Gráfico Comparativo

Capacidade - Teste

Capacidade Mínima - Teste

Capacidade Máxima - Teste

Capacidade Estimada - COMP1

Capacidade Mínima - Tolerância Limite

108

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

EE

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 6%

110

56

OBRIGADO!

Eng. Wili Colozza Hoffmann

[email protected]

111

Documents

práticas para medição, teste, ajuste e balanceamento (tab)