Desenvolvimento e testes de modelos de controlo do sistema de climatização de uma câmara climática

Abstract

Studies have demonstrated that athletes, who undertake heat acclimation training perform better physically and psychologically during competitions, who are hosted in hot and humid environments. A trend that is noticeable, in the last couple of years, with Rio de Janeiro and Tokyo, being the last and the next Olympic Games hosts. To conduct research on this type of training, it has been used an environmental chamber, located in the Industrial Aerodynamics Laboratory (LAI).The manipulation of the air psychrometric parameters is achieved by two Air Handling Units (AHU) and one Fresh Air Handling Unit (FAHU) and it is controlled by a control program, developed in LabVIEW. With the perspective of improving the service provided to athletes, it was proposed to the author the improvement of the control program, as well as to add different features to the chamber.In this regard, a new automatized humidification and dehumidification system was implemented, since the humidifier could only be activated manually, and the dehumidifier was deactivated. For protection purpose and to improve the control signal, an output rate PID controller was incorporated. A system has been added that correlates the level of CO2 with the flow of fresh air. In terms of graphics, a new interface and a remote-control system was developed. A new computer was installed, along with new DAQ and new output-signal device.The analysis of the output rate PID controller influence shows a strong correlation between the value of the output rate, the overshoot and deadtime and a weak or non-existence correlation between rise-time and this rate. In this analysis, it was possible to configure the combination of limiting values for better system performance. In addition, the performance of the system during heating was analysed and a quick analysis was made to the PID controllers for automatic gain configuration (Autotuning).

Vários estudos têm demonstrado que a realização de treino de aclimatação permite aos atletas melhorar o seu desempenho durante provas que se realizam em ambientes quentes e húmidos. Uma tendência bastante notória, nos últimos anos, com a eleição do Rio de Janeiro e Tóquio como cidades-anfitriãs dos Jogos Olímpicos. Com o intuito de realizar investigações sobre este tipo de treino, adaptou-se uma câmara climática situada no Laboratório de Aerodinâmica Industrial (LAI) construída para estudos de conforto térmico.O ambiente da câmara em estudo é manipulado por três grupos de tratamento de ar e controlado por um programa, desenvolvido em LabVIEW. Com a perspetiva de melhorar o serviço prestado aos atletas, foi proposto ao autor aperfeiçoar o programa de controlo, bem como adicionar diferentes funcionalidades. Nesse sentido, foi implementado e automatizado o processo de desumidificação e humidificação, uma vez que o humidificador apenas podia ser ativado manualmente e o desumidificador se encontrava desativado. Ambos os equipamentos foram protegido por um controlador PID que limita a evolução do sinal de envio. Foi também desenvolvido um sistema que correlaciona o nível de CO2 com o caudal de ar novo, tendo-se, no seguimento, reativado a UTAN. Em termos gráficos, foi desenvolvida uma nova interface e um sistema de controlo remoto. Procedeu-se à instalação de um novo computador assim como novos equipamentos DAQ e envio de sinal, e também à atualização para uma nova versão do software de controlo.No estudo da influência do controlador limitador, demonstrou-se a correlação do valor limitador com o Overshoot, rise-time e deadtime durante o processo de humidificação. Nesta análise, foi possível, definir a combinação de valores limitadores para melhor performance do sistema. Além disso, foi analisada a performance do sistema durante o processo de aquecimento e foi realizada uma análise aos controladores PID de configuração automática dos parâmetros (Autotuning).