DESAFIO SISTEMA HIBRIDO DE CONTROLE PARA AQUECIMENTO DE ÁGUA EM CHUVEIROS

DESAFIO

 SISTEMA HIBRIDO DE CONTROLE

PARA AQUECIMENTO DE ÁGUA EM CHUVEIROS

LIMA, Gabriel a; NERY, Matheus b; BAJUR, Thiago c;

A Matrícula: 2010018073

B Matrícula: 2010018430

C Matrícula: 2009072078

1    Introdução

Em tempos de crise energética e hídrica é normal a busca por métodos que levam a redução do consumo desses recursos. Os benefícios desse método impactam tanto o uso racional dos recursos naturais quanto uma economia monetária junto as companhias distribuidoras.

Nesse projeto iremos tratar sobre um problema bem comum, o do aquecimento de água em chuveiros domésticos. Nesse ambiente normalmente são instalados aquecedores com painéis solares, apesar de populares e de fato trazerem uma redução nos gastos de energia eles apresentam dois problemas:

a) Desperdício de água

Leva um tempo para a água do reservatório do aquecedor passar pela tubulação hidráulica e chegar até o chuveiro, normalmente nesse meio tempo um volume expressivo de água é desperdiçado enquanto o usuário aguarda chegar a água quente.

b) Demora para ajustar a temperatura para a temperatura desejada

        Como a mistura de água quente com a de água fria apresenta um atraso para ser percebida pelo usuário a mesma precisa ser ajustada pelos usuais dois registros (um para cada reservatório) até que se chegue a temperatura ideal. Isso pode levar alguns minutos de espera, ou até mesmo estresse.

1. Objetivo

Objetiva-se com essa prática desenvolver uma proposta de solução híbrida para o sistema, eliminando o desperdício de água no início do banho (devido ao resfriamento da água em repouso no encanamento e ao atraso de transporte da água quente), por meio de uma atuação mínima e automática do aquecimento elétrico, quando necessário, de uma maneira imperceptível para o usuário. Também é objetivo um controle rápido de temperatura da água, evitando-se assim uma demora para se obter a temperatura ideal para o banho.

1. Descrição da Planta Utilizada

A planta na qual vamos desenvolver apresenta um sistema de aquecimento de água via painel solar e uma caixa d'água presentes no mesmo nível. De ambas saem de cada cano que se encontram em uma válvula que controla o quanto de cada líquido estará presente na mistura. O cano com a mistura passa por uma válvula manual, que é a que o usuário vai usar para controlar a vazão do chuveiro.

Existem também três sensores de temperatura, um presente dentro do próprio chuveiro, outro presente no reservatório de água quente e outro presente na saída do misturador.

Os sensores são lidos por um controlador, esse controlador também é responsável por ajustar a posição da válvula de mistura de água quente, que por consequência ajusta a temperatura da mistura. Outra atividade importante do controlador está em controlar a potência do chuveiro quando acionado de forma elétrica, e de fazer a Interface Homem Máquina com o usuário do chuveiro. Da IHM existem inúmeras possibilidades para esse ajuste, que vão desde um ajuste manual via botões à comandos por voz e detecção automática dos usuários usando análise de padrões.

Temos então a listagem de sensores de sensores da planta, que são Termopares do tipo X com transmissão de corrente de 4-20mA, por localização:

• No tanque de água aquecida
• No interior da ducha
• Na saída do misturador de água

O sensor localizado no tanque de aquecimento não é obrigatório, embora permita a implementação de rotinas inteligentes para a aumento da eficiência do sistema de controle.

Da mesma forma, temos a listagem dos atuadores:

• Motor de passo que manipula a válvula do misturador de água quente e fria.
• Resistência elétrica para aquecimento da ducha

DESENHO DA PLANTA

1. Desenvolvimento

O primeiro passo foi delimitar o problema por meio de considerações, e são elas:

• Foi considerado que a temperatura em repouso do sistema, após um longo intervalo de tempo, e também a temperatura da água da caixa d’água, são constantes, e iguais à temperatura ambiente.
• A instalação do sistema prevê uma grande distância entre o tanque de aquecimento e o misturador, porém este segundo se encontra próximo ao chuveiro elétrico.
• A temperatura do tanque de aquecimento é constante e não é influenciada pelas operações dos sistemas.
• Os níveis da caixa d’água e do tanque de aquecimento se mantém constantes, independentemente da utilização.

Após ter-se um o problema bem definido, construiu-se um modelo matemático, por meio da ferramenta SIMULINK do MATLAB, para representar a planta e também permitir simulações. Este modelo pode ser observado na figura em anexo.

Para a elaboração do modelo, foi realizada uma estimativa das funções de transferências dos subsistemas. Para isso recorreu-se à literatura, bem como ao conhecimento prévio dos integrantes do grupo.

O misturador foi modelado considerando-se uma relação linear entre a entrada e a composição da mistura, por meio da função a seguir:

[pic 1]

Onde  varia entre 0 e 1.[pic 2]

[pic 3]

Figura 1 – Blocos representando o Misturador.

EXPLICAR AS OUTRAS FUNÇÕES DE TRANSFERENCIA AQUI. FALAR TAMBÉM SOBRE OS ATRASOS DE TEMPO QUE USAMOS.