Modernização e aperfeiçoamento do sistema de controlo da câmara climática

Abstract

A busca pelo bem-estar físico, fisiológico e psicológico humano vem de longa data. Porém, apenas nas últimas décadas, têm-se intensificado os estudos de conforto térmico de pessoas em ambientes interiores, avaliando os seus efeitos sobre o Homem. Em estudos realizados em câmaras climatizadas, P.O. Fanger definiu conforto térmico como sendo “uma condição da mente que expressa satisfação com o ambiente térmico”. Com a posterior normalização dos estudos de conforto térmico, através da ISO 7730 (1994), essa tornou-se sua a clássica definição.

Com o intuito de proceder a investigações nesse âmbito, foi criada, na década de 90, uma câmara climática, localizada na nave principal do Laboratório de Aerodinâmica Industrial (LAI) da Associação para o Desenvolvimento da Aerodinâmica Industrial (ADAI), que, desde a sua colocação em funcionamento, tem sido de uma importância fundamental no estudo de ambientes térmicos interiores em diversificadas condições e para o ensaio de desempenho de sistemas de climatização. No interior dessa estrutura, a temperatura e a humidade são as duas variáveis (que influem no conforto térmico) que aí podem ser controladas.

Tendo sido levadas a cabo diversas investigações, consideram-se temperaturas entre 25.ºC e 28.ºC graus como valores limite de conforto no Verão, e 13.ºC a 18.ºC graus no Inverno. Relativamente à humidade, a sua zona óptima deve situar-se entre os 40% e os 60% de humidade relativa. O ar húmido é caracterizado pelas grandezas higrométricas, que estabelecem relação entre humidade relativa, a humidade absoluta ou o estado de saturação.

A manipulação desses parâmetros fundamentais do ar húmido pode ser conseguida no interior da câmara supra referida, graças às características que os 4 Grupos de Tratamento de Ar (GTAs) presentes na mesma, possuem.

O ar insuflado no interior da câmara climática tem de ser temperado, humidificado e filtrado, com vista a satisfazer as condições pretendidas para o ensaio a realizar. Para que este tratamento do ar seja feito, recorre-se a um conjunto de UTAs: os GTAs I e II têm como função tratar o ar em temperatura e caudal e encaminhá-lo para o interior do compartimento reservado a ensaios no interior da câmara climática; o GTA III é responsável por inserir ar novo e limpo nos circuitos que alimentam o GTA I e GTA II, sendo o ar, antes de introduzido nas condutas, desumidificado e filtrado até ao teor de humidade pretendido para o ensaio no interior da câmara; o GTA IV destina-se, exclusivamente, à climatização autónoma da sala de apoio, possibilitando o estudo de condições de trabalho sujeitas a regimes transitórios.

A câmara climática possui um conjunto de equipamentos que permitem o seu controlo e que podem dividir-se em duas categorias: os de aquisição de sinal e os de envio de sinal, ou de controlo propriamente dito. O que é executado pelos sistemas de controlo é a comparação entre o valor actual de saída (output) e o valor de referência (Setpoint), produzindo um sinal de controlo através de um dado método, de maneira a que o erro seja minimizado, tendendo a ser nulo. Importa entender quais são as limitações e vantagens dos diferentes modos de controlo, quer quando usados isoladamente (P-proporcional, I-integrativo, D-derivativo), quer quando utilizados em conjunto (PI-proporcional-integrativo, PD-proporcional-derivativo, PID-proporcional-integrativo-derivativo).

O ambiente térmico que se pretende criar no interior da câmara era controlado por um programa compilado em GENESIS Control Series, mas dado que se encontrava desactualizado, foi proposto o seu melhoramento e modernização, em que o algoritmo de funcionamento teria de ser desenvolvido com um software contemporâneo que, no caso, se trata do LabVIEW.

O programa de controlo foi, inicialmente, desenhado para cumprir as mesmas funções de controlo e aquisição de dados que o já existente, estando o seu código fonte dividido em três partes: a parte de inicialização, a de controlo e a de paragem.

O novo programa possibilita o controlo da temperatura, tendo por base combinações entre diferentes modos de controlo, sendo eles o controlo proporcional (P) e o controlo proporcional-integrativo-derivativo (PID).

Beneficiou, ainda, de diversas melhorias, entre as quais o novo interface, que foi concebido com o intuito de permitir ao utilizador, mesmo que pouco familiarizado com os equipamentos, uma fácil utilização e monitorização e, também se destaca como melhoria, a possibilidade de se fazer o controlo da câmara em função da variação da temperatura no tempo (ºC/min), o que se prende com a necessidade de se realizarem ensaios na câmara em situações de regime transitório.

Para implementar o controlo por taxas de aquecimento/arrefecimento, foram efectuados alguns ensaios na câmara climática, em situações específicas, daí resultando os valores máximos de variação da temperatura que podem ser introduzidos pelo utilizador nesses casos particulares. Por vicissitudes alheias ao autor, só foi possível utilizar, para aquecer e arrefecer a câmara, o GTA II. Além disso, tiveram de se considerar e testar algumas hipóteses de métodos de monitorização da variação da temperatura, a fim de se escolher qual deles o mais adequado para comparar com o Setpoint, que, no caso, é o método dos mínimos quadrados.