Estudo de modelos de controlo de uma câmara climática

Abstract

Na atualidade , o conforto térmico e a qualidade do ar em edifícios desempenham um papel fulcral no bem estar dos seus utilizadores, como tal, vastos têm sido os estudos sobre os efeitos de diferentes ambientes térmicos no ser Humano. Para se entender melhor estes efeitos, na década de 90 foi desenvolvido uma câmara climática situada no LAI (Laboratório de Aerodinâmica Industrial) da ADAI (Associação para o Desenvolvimento da Aerodinâmica Industrial). Com o intuito de maximizar o potencial desta câmara, passou-se também a realizar testes de aclimatização, projeto desenvolvido em paralelo com a FDUC (Faculdade de Desporto da Universidade de Coimbra). A criação dos diferentes ambientes térmicos é garantida por 4 UTAs (Unidades de Tratamento de Ar). O controle dos diferentes parâmetros que influenciam o conforto térmico (Temperatura e Humidade) era realizado com o uso de um programa desenvolvido em LABVIEW 8.5 (2007). O programa utilizava controladores PID (Proporcional Integral e Derivativo) e Proporcionais, no entanto, devido á grande dificuldade de calibrar os parâmetros destes controladores e ao não funcionamento do sistema de controle da Humidificação/Desumidificação, surge a possibilidade de desenvolver um novo programa de controle.Como tal o Software LABVIEW foi atualizado e deu-se a instalação de um novo computador para se obter uma resposta mais rápida. Posteriormente foi então desenvolvido dois programas de controle, um utilizando controladores PID mas com a calibração automática dos parâmetros (PID Auto-Tuning) e um outro programa utilizando um controlador Fuzzy. Estes programas têm também a capacidade de controlar a qualidade do ar no interior da câmara e enviar o sinal para os atuadores. Foi também desenvolvida uma nova interface para facilitar o uso do utilizador, e a possibilidade de se poder controlar a Temperatura e Humidade através de uma APP.Por fim deu-se a realização de teste, para estudar qual dos dois programas desenvolvidos apresenta uma resposta mais rápida e estável.

Thermal comfort and air quality play a key role in human well-being; as such, studies on the effects of different thermal environments have been extensive. In this sense, the climatic chamber present in the Industrial Aerodynamics Laboratory of the University of Coimbra, which allowed the study of different thermal environments and their effects on human beings, has been adapted to perform acclimatization tests of high-performance athletes to different thermal environments. There are a ventilation and acclimatization system that allows simulating the different thermal environments, through the alteration of humidity, temperature, and airflow in the chamber. Although not all components of the ventilation and acclimatization system are functional, as is the case of the dehumidifier and two units of the four air treatment. The control program of the chamber HVAC system was developed using the LABVIEW software, allowing the control of the different parameters that influence the thermal comfort: temperature, humidity, and airflow. However, the control models implemented in the program are not suitable for the optimal functioning of the control system, so the need arises to study, develop, and implement new control models. For this, there is also the need to update the software and part of the control system hardware. In order to solve the problems identified, and with regard to the chamber HVAC system, the humidification and dehumidification system and the unit responsible for inflating new air were reactivated. And a CO2 sensor was implemented in order to automate the insufflation of new air.Regarding the control program, the LabVIEW software was updated and the control signal acquisition and sending modules were installed in a computer with superior characteristics. Subsequently, new control models were studied and implemented to optimize the control process of the HVAC system, improving the system's response: implemented optimized PID controllers, and using Fuzzy logic. In addition, the control of the dehumidification process and the air treatment unit responsible for the insufflation of new air in the climatic chamber was implemented, in addition to the possibility of monitoring the evolution of CO2 present in the chamber. A new interface was also developed to facilitate the interaction with the user, and the possibility of being able to the program through a mobile application. Finally, several tests were performed, in several aspects (heating, cooling, humidification, dehumidification, and variation of the insufflated airflow) in order to evaluate the response of the implemented control methods.