Aluno: Rodrigo Fontes Souto
Orientadores: Geovany Araújo Borges e Adolfo Bauchspiess
Título: Avaliação e Implementação de Técnicas de Controle para Condicionamento Térmico de Ambientes Prediais.
Resumo: O condicionador de ar é um dos maiores responsáveis pelo consumo de energia em prédios comerciais. Diferentes algoritmos de controle têm sido propostos para controlar a temperatura de um ambiente de forma a minimizar o consumo de energia, sem deixar de atingir o conforto térmico almejado. Contudo, muitos projetos são feitos de maneira mais qualitativa, sem um componente matemático de explicação. Neste trabalho, é avaliada a utilização de algumas técnicas analíticas para o controle de temperatura em um processo reduzido. Tais técnicas empregam a identificação e o controle baseado no modelo identificado do sistema.As técnicas de controle avaliadas são o controle polinomial self tuning, o controle ótimo e o controlador mais difundido em automação predial: o controlador liga/desliga. Para se avaliar o desempenho de cada método, utilizam-se dois parâmetros: o consumo de energia e o erro da resposta do sistema em relação à referência.Para avaliar os algoritmos de controle, foi utilizado um ambiente de salas em tamanho reduzido (maquete). O objetivo é selecionar a técnica de controle com melhor desempenho para que possa, futuramente, ser empregada em aparelhos de ar condicionado.
Conclusões: Neste trabalho, propôs-se a utilização de diferentes técnicas para o controle de temperatura de uma sala em tamanho reduzido. Dentre elas, têm-se que algumas são capazes de minimizar a variável ligada ao consumo de energia, fator este tão importante em nossa sociedade. Os métodos utilizados para o controle foram o controle com estrutura variável, o self tuning com controle polinomial, o liga/desliga e o ótimo.
Alguns métodos aqui descritos utilizam a identificação dos parâmetros ou a estimação dos estados. Neste sentido, o rastreamento de Kalman mostrou-se uma ferramenta bastante válida para ambos os fins.
Um dos controladores que têm mais chamado a atenção da comunidade acadêmica é o baseado em lógica Fuzzy . Um dos seus maiores méritos é conseguir lidar com diversas variáveis de entrada, além da temperatura. Exemplos podem ser umidade e qualidade do ar e temperatura externa. Contudo, neste trabalho, tem-se uma abordagem mais analítica do problema, tanto na identificação quanto no controle, com o objetivo de se conhecer melhor o sistema a ser controlado.
Por outro lado, têm-se a simplicidade e funcionalidade do controlador do tipo liga/desliga, sendo este o mais difundido para aplicações envolvendo o controle de temperatura de ambientes.
Os resultados obtidos mostram a existência de um custo de oportunidade entre o consumo de energia e seguir o valor de referência de temperatura. Para um menor consumo, o controle self tuning de segunda ordem apresentou o melhor resultado. Já o controlador que melhor seguiu um valor de temperatura foi utilizando técnicas de controle ótimo. Todavia, ambos os controladores apresentam um baixo desempenho no critério em que não se destacam. Uma alternativa é adotar um controle com estrutura variável para um resultado satisfatório tanto em termos de consumo como em termos de atingir certo valor de temperatura. Há de se dizer, no entanto, que se está comparando o resultado de um controlador não-linear com outros lineares, apesar de adaptativos (variantes no tempo).
Neste processo a saturação do atuador é um fator primordial. Dificilmente será obtido o ótimo utilizando controladores lineares. O controle preditivo seria uma abordagem interessante, pois otimiza uma função de custo considerando explicitamente a saturação do processo. Entretanto, o custo computacional é bem maior, pois é necessário resolver em tempo real um problema de programação quadrática.
A partir deste trabalho, foi possível mostrar que o controle de temperatura pode ser alcançado por meio de diferentes técnicas. Trabalhos futuros agora podem ser realizados em aparelhos reais de ar-condicionado em ambientes de tamanho real, verificando novamente uma técnica mais adequada de acordo com os critérios de erro e de consumo de energia. Uma topologia possível seria ligar cada aparelho de ar condicionado a um micro-controlador por meio de um sinal de atuação vindo do micro-controlador. Os micro-controladores, por sua vez, comunicam-se via barramento RS 485, ou por meio de tecnologia sem-fio, a um computador central dotado de um sistema supervisório. Já o computador, poderá comunicar-se com um servidor, tanto para armazenar um histórico com dados relativos ao consumo quanto para futuras expansões para aplicações web .
