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AUTOMATIZACIÓN DE SISTEMAS HVAC Ponente: Ing. Oscar Ariza Castillo | Systems Controls Sales Engineer - JOHNSON CONTROLS PERÚ

ASHRAE PUCP Student Branch

Trayectoria: Ingeniero de Diseño y Automatización Electrónica con habilidades Comerciales y técnicas para identificar y desarrollar oportunidades de negocios relacionadas con la automatización de edificios, seguridad electrónica y sistemas de información, con conocimientos en áreas de negocios, control y automatización.

American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers

Tema: La charla esta enfocada a describir los principales componentes de un sistema de control para aplicación es sistemas de aire acondicionado, se presentarán conceptos genéricos como arquitectura de control, componentes y software. Ejemplos de instrumentación y secuencias de control para aplicaciones como manejadoras de aire, platas de agua helada y control de aire acondicionado en aplicaciones hoteleras. Así como el impacto de los sistema de control de aire acondicionado en la eficiencia energética de los edificios modernos.


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Aplicaciones de controles en sistemas de HVAC


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Para tener en mente - Distribuci贸n costos durante el ciclo de vida de un edificio (40 a帽os)

Construction, 11% Operations, 50% Financing, 14%

Alterations, 25%

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Agenda

Conceptos bรกsicos de controles Beneficio del uso de controles Arquitectura Sistemas de Control Software para Sistemas de Control Ejemplo de Aplicaciones

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Agenda

Conceptos bรกsicos de controles Beneficio del uso de controles Arquitectura Sistemas de Control Software para Sistemas de Control Ejemplo de Aplicaciones

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Que es un sistema de control / objetivos

 Sistema que reacciona ante un cambio o perturbación de una variable, tomando una acción para restaurarla al estado o valor deseado.  Un sistema de control correctamente diseñado puede ahorrar energía y conseguir un ambiente cómodo para las personas.  Mejora la productividad de los empleados.

 Facilita una fabricación eficiente en procesos industriales.  Ahorro significativo de dinero ($$$).

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Que es una variable de control

 Es la variable que se lee a través de un sensor o transmisor, que le permite saber al sistema lo que esta ocurriendo en el proceso a controlar.  Temperatura  Humedad  Presión  Concentración de CO  Concentración de CO2

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Que es un controlador

 Es un dispositivo que compara la variable a controlar con un valor deseado y ejerce automáticamente una acción de corrección de acuerdo con la desviación que tenga la variable.

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Que es un sensor

 Es un dispositivo que mide una variable física y la representa en una señal eléctrica, son equivalentes a los sentidos de nuestro cuerpo.  Sensor de humedad  Sensor de temperatura  Sensor de cauda aire/agua  Sensores de corriente

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Sensores y Actuadores Ejemplos y aplicaciones  Diferentes sensors  Flujo de agua  Montado en área de flujo laminar; 5 diámetros después de restricciones

 Diferentes tecnologías:  Annubar

 Monóxido de carbono  Control de ventiladores en parqueaderos

 Dióxido de carbono  Indicador de la calidad de aire interior

 Paleta  Electromagnético  Turbina

 Humedad  Temperatura  Presión

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 Transductores eléctricos  Monitoreo de cargas eléctrica, control por demanda


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Que es un elemento de control / actuador

 Son los elementos que “Actúan” sobre el proceso a fin de lograr que la variable controlada se iguale con el punto de ajuste (setpoint) o valor deseado.

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Agenda

Conceptos bรกsicos de controles Beneficio del uso de controles Arquitectura Sistemas de Control Software para Sistemas de Control Ejemplo de Aplicaciones

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Beneficios del uso de controles

 Los sistemas de control  Ejecutan estrategias para optimizar el funcionamiento de los sistemas mecánicos  Ahorro de energía  Permite a un operador desde un computador ver información clave del sistema

 Permite a un operador desde un computador controlar distintos tipos de equipamiento  Mejora la operación del sistema (permite control remoto / sobre comandar si es necesario)  Mantener un registro de que sucede y cuando sucede

 Facilita la administración del sistema (reportes / trazabilidad)  Mantener datos históricos de información seleccionada (p.e. temperatura de un cuarto)  Facilita la administración del sistema (reportes / trazabilidad)  Alertar al operador cuando las lecturas caen en un rango fuera de lo normal (p.e. accionamiento de una protección eléctrica, temperatura alta o baja, etc.)  Mejora la operación del sistema (reacciones mas rápidas ante problemas)

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Mejora la operación y administración del sistema = ahorro de tiempo

 Facilita la operación (entender que esta sucediendo)


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Conceptos bรกsicos de controles Beneficio del uso de controles Arquitectura Sistemas de Control Software para Sistemas de Control Ejemplo de Aplicaciones

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Hardware para Building Automation System

Ethernet TCP/IP

Automatizaci贸n Oficina Local Area Network

Workstation Operador

Automatizaci贸n Edificio Local Area Network

Controlador supervisor

Controlador DDC Sensores & Actuadores

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Controlador DDC

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Controlador DDC

 Software local  Tipos de controlador DDC  Función fija

 Lasos de control  Proporcional e integral comúnmente

 Configurable  Programable por texto  Programable por gráficos

 Otras rutinas de software para control  Mínimo, máximo, promedio, cálculos, etc.  Cálculos psicométricos

 Definición de puntos

 Tiempo (retrasos, pulsos, etc.)

 Rango (lineal, calculado, polinomial)

 Comparaciones lógicas

 Filtrado (amortiguación)

 Horarios y calendarios de respaldo

 Interlocks

El uso de un protocolo estándar como BACnet o Modbus permite que la información sea compartida entre controladores (todavía se requiere ingeniería para hacerlo) Los protocolos estándar no hacen que los controladores sean intercambiables Las funcionalidades y beneficios del BAS dependen de las prestaciones del software, no del protocolo usado para compartir la información con en software BAS

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Hardware para Building Automation System

Ethernet TCP/IP

Automatizaci贸n Oficina Local Area Network

Workstation Operador

Automatizaci贸n Edificio Local Area Network

Controlador supervisor

Controlador DDC Sensores & Actuadores

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Controlador Supervisor

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Controlador Supervisor

 Comunicación entre controlador supervisor y la workstation del operador vía Ethernet  Significa que los estándar de red IT como CAT5 y fibra óptica se pueden usar  La conexión del BAS al la red IT puede reducir el costo de cableado (aprovechar infraestructura), pero esto no implica intercambio de información entre el BAS y los sistemas IT (BAS típicamente usa mensajes BACnet y estos no son entendidos por los sistemas IT)

 Software Local  Password  Administración de Alarmas

 Calendarios  Datos históricos  Totalización  Gerenciamiento de energía  Secuencia de control

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Debido a que estas funciones son hechas en el controlador supervisor, una falla del worksattion del operador no afectará estas funciones


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Hardware para Building Automation System

Ethernet TCP/IP

Automatizaci贸n Oficina Local Area Network

Workstation Operador

Automatizaci贸n Edificio Local Area Network

Controlador supervisor

Controlador DDC Sensores & Actuadores

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Workstation Operador

 Computador personal comercial  Cada operador tiene la misma funcionalidad  Capacidades limitadas por password

 Usuarios múltiples usando el BAS en diferentes workstations

 Software local  Interface de usuario  Almacenamiento de alarmas  Gráficos  Almacenamiento de datos históricos

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Interface y Password Alarmas Calendarios Graficos Datos Históricos Demanda Limite Control Lógico

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    

Mantenimiento

Operación

Energía

Building Automation System Software

Donde esta la funcionalidad Workstation Operador

Controlador Supervisor (procesamiento) Servidor (almacenamiento histórico) Controlador Supervisor

 

Workstation Operador Controlador Supervisor (procesamiento) Servidor (almacenamiento histórico) Controlador Supervisor

Controlador Supervisor Controlador DDC


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Interface usuario

Estructura de datos en formato de arbol

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M煤ltiples formas de presentar la informaci贸n


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Alarmas

Operaciones

Temperatura

ď Ž El BAS advierte anticipadamente posibles problemas

Advertencia Operador Temperatura lejos de punto deseado (fuera de control)

Alarma Operador Temperatura fuera de confort o rango seguro Limite Alarma

Limite Advertencia Setpoint Advertencia anticipada al operador

Tiempo 25


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Gráficos

Operaciones  Equipamiento en planos según ubicación

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GrĂĄficos

Operaciones ď Ž Datos presentados amigablemente

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Control Lógico

Energía  Secuenciamiento de Chillers  Uso de algoritmos de secuenciamiento para seleccionar la combinación de chillers mas eficientes para la carga actual  Rotación de equipos (uso parejo)

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Conceptos bรกsicos de controles Beneficio del uso de controles Arquitectura Sistemas de Control Software para Sistemas de Control Ejemplo de Aplicaciones

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Chiller plants are one of the largest energy savings opportunities Typical commercial building energy usage profile Chiller Plant Energy Use Total HVAC Energy Use Total Building Energy Use


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Ejemplo de aplicación en aire acondicionado Manejadora agua helada  En aire Acondicionado, se usan múltiples componentes como válvulas, sensores de temperatura y humedad, sensores de CO o CO2 para buscar el confort de los ocupantes de un edificio o el correcto funcionamiento de un proceso.

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Ejemplo de aplicación en aire acondicionado Plantas de agua helada  Las plantas de agua helada tienen múltiples componentes que deben funcionar de manera secuencial.

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Ejemplo de aplicaci贸n en aire acondicionado / Sistemas de expansi贸n directa tipo rooftop

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LEED for New Construction & Major Renovations

Certification levels are awarded according to the following:

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LEED Platinum

80-110 points

LEED Gold

60-79 points

LEED Silver

50-59 points

LEED Certified

40-49 points


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LEED y Building Automation System

 Es virtualmente imposible obtener una certificación LEED sin un BAS (aplica para construcciones nuevas y existentes)  Algunas áreas en las que el BAS contribuye para obtener crédito LEED:  Datos para soportar el commissioning de los sistemas (o commissioning continuo en el caso de edificios existentes)  Optimización del desempeño energético  Medición de ventilación  Monitoreo de dióxido de carbono (CO2)  Aumentar la eficiencia de la ventilación  Confort térmico – monitoreo permanente del sistema

LEED = Leadership in Energy and Environmental Design 38


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LEED y Building Automation System, EAc1

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Preguntas y respuestas

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Aplicaciones de controles en sistemas de HVAC  

Descripción de los principales componentes de un sistema de control para aplicación es sistemas de aire acondicionado, se presentarán concep...

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