Controle de Fluxo de Água Preciso Para Um Melhor Desempenho dos
Sistemas de HVAC
(Escrito por Peter Biondo, da Empresa Oventrop EUA)
Melhoria da eficiência energética dentro de um sistema de HVAC pode ser alcançada não só
pela seleção de equipamentos de alta eficiência, mas também no controle gerenciado das
vazões de água através de cada unidade terminal. Unidades terminais incluem “fan
coils’, UTA’s (unidades de tratamento de ar), vigas refrigeradas, trocadores de calor por
radiação e convecção. Válvulas de balanceamento e de controle tipicamente gerenciam o
fluxo de água através das unidades terminais. Sem um bom balanceamento hidráulico, o
fluxo de água irá variar de forma indesejada e será de difícil controle, com as válvulas abrindo e
fechando em todo a edificação.
O controle de vazão através de uma unidade terminal é um problema em alguns sistemas
de HVAC. Um excesso de vazão irá abaixar a temperatura média da unidade terminal
resultando em um desvio térmico. Uma falta de vazão tende a elevar a temperatura média, e a
unidade terminal pode não atender a demanda de carga térmica. Sistemas hidráulicos estão
sujeitos a mudanças dinâmicas de pressão quando as válvulas do sistema abrem e fecham.
Devido a essas alterações de pressão em todo o sistema, as vazões e temperaturas, na
edificação, assumem valores indesejados. A situação se agrava com cargas térmicas baixas e
médias, ou parciais, e pode causar oscilações indesejadas em todo sistema. Caldeiras ou
boilers, no caso de geração de água quente, e resfriadores de liquido (chillers), na geração de
água gelada, acabam funcionando com mais frequência. Um sistema não balanceado significa
para o proprietário da edificação um desembolso extra de recursos.
Nas instalações padrão sempre haverá mudanças da pressão diferencial, na válvula de
controle, independente da resposta desejada. O controlador, através do sinal de controle, terá
que "caçar" a vazão ideal, com a mudança da pressão diferencial, e efetivamente atrasar
o tempo de resposta da unidade terminal. A eficiência operacional, do sistema, está
diretamente relacionada às vazões estáveis, e uma resposta correlacionando a um sinal de
controle. O controle hidráulico ideal seria representado por um dispositivo de balanceamento
e uma válvula de controle que permitam atingir a vazão desejada, independentemente de
quaisquer variações de pressão. A válvula de controle independente de pressão (PICV - do
inglês Pressure Independent Control Valve) combina as características de um regulador de
pressão diferencial, uma válvula de controle e uma válvula de balanceamento.
As válvulas de controle independente de pressão (PICV’s) tem resolvido o problema
desconfortável de regular com precisão a vazão mesmo havendo uma ampla gama
de variações de pressão no sistema. A válvula de controle independente de pressão (PICV) é
uma válvula de duas vias que combina controle e balanceamento em uma única válvula.
Atuadores para as válvulas estão disponíveis para sinais padrões, como os de 2 pontos (on /
off), 3 pontos (floating) e proporcional (0 a 10Vcc). Alguns modelos utilizam um seletor para
ajustar a vazão em campo. A grande vantagem que a PICV tem sobre outros dispositivos
de balanceamento é o funcionamento do regulador de pressão diferencial. Todas as
alterações de pressão através da PICV são absorvidos por um regulador de pressão
diferencial, que mantém a pressão diferencial constante através da válvula de controle. Devido
a esse controle, a autoridade da válvula de controle, nas PICV’s ,é de 100%.
Três parâmetros de projeto devem ser considerados para selecionar a PICV apropriada, são
elas: vazão máxima de projeto, a pressão diferencial mínima disponível e a pressão diferencial
máxima possível. Para regular a vazão corretamente, a válvula precisa operar dentro de uma
faixa de pressão diferencial, vinculada na parte inferior pela pressão diferencial mínima
disponível e no topo pela pressão diferencial máximo possível. Ao projetar, certifique-se que o
sistema de bombeamento mantenha as válvulas dentro destes parâmetros. Para manter os
custos sob controle, escolha a menor válvula possível que atinge a vazão máxima de projeto.
Estes parâmetros de projeto vão ajudar a selecionar a melhor PICV para sua aplicação.
Características da Válvula de Controle Independente de Pressão (PICV)
As características variam de acordo com os modelos de cada fabricante das PICV’s.
Um benefício de todos os modelos é que eles são compactos, uma válvula toma o lugar de
duas. Comum a todas as PICV’s é um regulador de pressão, formado por um mola e
diafragma. Diferenças estão no mecanismo de controle de vazão. Alguns modelos têm um
disco de controle para ajuste fino da vazão, outros utilizam a vez de uma válvula esfera.
Múltiplas faixas de vazão podem estar disponíveis em uma válvula. Alguns desses modelos
incorporam um seletor de ajuste de campo, para ajustar a vazão máxima. Estes seletores de
ajuste podem ser travados. O acesso para estes ajustes podem exigir a remoção do atuador ou
abrir uma escotilha lateral, em outros, o seletor de ajuste da válvula pode ser reposicionado e o
valor de ajuste pode ser visualizado em qualquer posição de montagem, sem remoção do
atuador.
Alguns seletores de ajuste estão em valores percentuais, enquanto outros são indicados em
l/h, m³/h, já em unidade de engenharia. Pontos de teste e medição de pressão estão
disponíveis na maioria dos modelos. Além de ser fácil de projetar com a PICV, ela oferece um
procedimento de balanceamento simplificado. Algumas válvulas não são ajustáveis, a vazão é
definida em fábrica, e outras são definidas no campo. Ambos os tipos apenas requerem a
pressão diferencial na válvula, a ser verificada, para garantir a vazão adequada.
As PICV’s são projetadas para operar dentro das especificações que a maioria dos sistemas de
HVAC requerem. O controle de vazão inicia em 30,0 l/h com um válvula de dimensões de ½ "
e cobre a faixa de vazões até 150.000 l/h com uma válvula de dimensões de 6". As PICV’s
operam em uma ampla faixa de pressões diferenciais. A pressão diferencial mínima, que pode
ser de até 200 mbar, é usualmente de 340 mbar. O Diferencial de pressão máxima é de até
3,5 ou 4,0 bar. Alguns modelos podem operar com pressão diferencial de até 6,0 bar. A
precisão da vazão varia por modelo + / - 3% a + / - 10%. Dependendo do modelo, as
temperaturas de trabalho podem variar de – 20°C a 120°C. Pressão máxima de trabalho para
uma PICV pode ser de até 20,0 bar. Por favor, consulte os fabricantes para uma melhor
especificação do produto.
PICV’s em sistemas de fluxo variável
Não há dúvida por que as PICV’s ganharam ampla aceitação atualmente no mercado
de eficiência energética. Usando inversores de frequência (VFD), para controlar as
bombas, permite alterar a velocidade (rotação) destas com base em uma pressão
diferencial de controle em um ponto de referência no sistema. A velocidade variável de
bombeamento do sistema irá fornecer a quantidade certa de fluxo de água para atender aos
requisitos em constantes mudanças. As PICV’s servem para economizar energia,
características que o VFD oferece, permitindo o fluxo desejado em cada unidade terminal.
Aproveitar as vazões precisas com os benefícios de sistemas de bombeamento com volume
variável. O excesso é eliminado, aumentando a capacidade disponível da planta e podendo
minimizar
os
gastos
de
recursos
para
uma
capacidade
adicional.
A capacidade das PICV’s de manter uma vazão estável é útil para o perfil de ocupação
variando de um ambiente para outro. O uso de PICV’s assegura que apenas a
quantidade necessária de água fria ou aquecida é entregue a carga de resfriamento e / ou de
aquecimento em todos os momentos.
Este artigo descreve como o uso das PICV’s resultam em uma melhor eficiência energética e
de controle, nos sistemas de HVAC. Eu escrevendo este artigo, pude perceber o quanto é
importante, em edifícios de baixo consumo energético, ter a garantia da vazão de projeto para
o controle das unidades terminais, os “fan coils’, UTA’s (unidade de tratamento de ar), vigas
refrigeradas, equipamentos com calor radiante ou de convecção. O ideal é que todo projeto
deva considerar o controle das vazões com precisão, para obter do sistema a máxima
eficiência energética. Instalando as PICV’s em unidades terminais, a fim de garantir as vazão
corretas de projeto, é uma solução simples.