Saiba como funcionam os PICV, por que razão são utilizados, onde são utilizados e qual a sua importância, juntamente com exemplos práticos.

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Com o seu equilíbrio hidrónico dinâmico e desempenho de controlo de alta precisão em condições de carga parcial, os PICVs da Danfoss melhoram o conforto interior em edifícios públicos e comerciais. Ao mesmo tempo, aumentam a eficiência energética dos sistemas AVAC, para que funcionem com os custos operacionais mais baixos possíveis.

Equipados com os actuadores digitais da série NovoCon, os dados detalhados do sistema AVAC são disponibilizados para a Gestão Energética Ativa (AEM) por Sistemas de Gestão de Edifícios (BMS) ligados por BACnet ou Modbus.

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O que é um PICV?

As válvulas de controlo independentes da pressão são frequentemente abreviadas com as letras PICV. Trata-se de um tipo de válvula que se encontra nos sistemas hidrónicos, ou seja, baseados na água, que fornecem aquecimento e arrefecimento nos edifícios. Estas válvulas são basicamente uma série de válvulas diferentes convenientemente combinadas numa unidade, o que permite poupar tempo de conceção e instalação, bem como melhorar a eficiência do sistema. Têmduas funções principais: controlar a quantidade de líquido que passa por um tubo e ajustar e compensar automaticamente as flutuações de pressão no sistema para manter um controlo estável e fiável.

Qual é o aspeto do PICV?

Existem muitas variações desta válvula. Como se pode ver, o seu design muda à medida que o tamanho da válvula aumenta, mas o seu princípio de funcionamento é praticamente o mesmo.

Assim, a válvula terá um aspeto semelhante ao seguinte.

Temos o corpo da válvula principal e temos a entrada e a saída ligadas a este corpo. É por aqui que o fluido que estamos a controlar entra e sai. Há uma seta na lateral para indicar a direção do fluxo. Depois temos duas portas com abas coloridas. Nem todos os modelos as têm, mas estas portas permitem-nos ligar um dispositivo de medição para fazer leituras manuais da pressão para verificar as válvulasAs cores correspondem ao lado de alta pressão, que é vermelho, e ao lado de baixa pressão, que é azul.

Na parte superior, temos um botão que pode ser rodado, que pode ser utilizado para ajustar e definir o caudal através da válvula e existe uma escala numérica no botão para ajudar a configurá-lo. Existe também uma rosca na parte superior que nos permite ligar um atuador para controlo remoto da temperatura através de um sistema de gestão de edifícios.

No interior da válvula temos duas secções principais. A secção superior, neste modelo, é a válvula de controlo que controla o caudal de água através da válvula. A secção inferior é o controlador de pressão diferencial. O controlador de pressão diferencial detecta e ajusta automaticamente a sua posição quando a pressão do fluido de entrada muda. No entanto, a válvula de controlo tem de ser ajustada manualmenteVeremos com mais pormenor o funcionamento destas peças um pouco mais à frente neste vídeo.

Quando olhamos para os desenhos de engenharia, vemos a válvula representada por símbolos como estes, existem outras variações, por isso verifique sempre a secção de informações sobre os símbolos.

Onde é que utilizamos o PICV?

Então, onde utilizamos os PICV's? Bem, como já foi referido, utilizamos os PICV's em sistemas de aquecimento e arrefecimento hidrónicos, que se encontram, por exemplo, em escritórios, hotéis, hospitais, escolas, etc.

Existem muitas aplicações para estes sistemas de aquecimento e arrefecimento, mas algumas das mais comuns são as seguintes:

Sistemas de caudal variável, em que temos uma bomba de velocidade variável no lado secundário e que alimenta uma unidade de tratamento de ar, talvez algumas vigas refrigeradas e talvez também algumas unidades ventilo-convectoras.

Nos sistemas de caudal constante, em que a bomba principal não varia a sua velocidade, encontraremos normalmente válvulas de controlo de 3 orifícios utilizadas para contornar as unidades e também podemos utilizar PICV como limitadores de caudal, o que nos permite equilibrar automaticamente o sistema e evita o transbordo em funcionamento com carga parcial.

Também os encontramos utilizados em sistemas de radiadores de fluxo constante de um tubo.

Não podemos utilizá-las em sistemas de aquecimento de 2 tubos com TRVs instaladas nos radiadores e com a PICV utilizada como limitador de caudal no tubo de subida, porque a válvula manterá um caudal constante no tubo de subida, pelo que funcionará contra as TRVs.

Porque é que utilizamos o PICV?

Num sistema de aquecimento ou arrefecimento hidrónico, temos bombas que aumentam a pressão e fazem circular a água. Como vimos, alguns sistemas têm bombas que variam a sua velocidade para alterar o caudal e, por conseguinte, a pressão do sistema. Também temos válvulas de controlo que abrem e fecham para controlar onde e quanta água flui através dos permutadores de calor.

O problema que enfrentamos é que, à medida que as válvulas abrem e fecham, bem como quando as bombas aumentam ou diminuem a sua velocidade, a pressão no sistema altera-se. Porque é que isso é um problema? Porque as válvulas de controlo estão a tentar restringir a quantidade de água que flui através delas, à medida que a pressão de alimentação aumenta e diminui, o caudal através delas também vai aumentar e diminuir. Isto significa que não temosQuando a válvula está ligada a um atuador para controlo da temperatura, a válvula terá de se ajustar constantemente para tentar manter o caudal, o que acabará por provocar a avaria da válvula ou do atuador, uma vez que está em constante movimento. Para controlar a válvula e o caudal, precisamos de uma forma de controlar adiferença de pressão através da válvula, independentemente das alterações na pressão do sistema.

Para visualizar o que queremos dizer com isto, queremos que imagine um navio.

Se enchermos o recipiente com água, a pressão no recipiente vai aumentar quanto mais fundo formos, devido a toda a força que está por cima e que empurra para baixo. Se fizermos alguns furos, com o mesmo diâmetro, no recipiente a várias profundidades, então a pressão vai forçar a água a sair. Quanto mais fundo for o furo, maior será a pressão. Quanto maior for a pressão, maior será o caudal e a velocidade da águaÀ medida que o nível da água diminui, a pressão diminui e a velocidade diminui.

Para o próximo ponto, consideremos um recipiente com um único orifício. Como vimos anteriormente, o nível da água diminui à medida que sai e flui através do orifício. À medida que o nível da água diminui, também diminui a pressão e a taxa de fluxo através do orifício. O que está a acontecer aqui é que existe uma diferença de pressão entre o interior e o exterior do orifício e esta diferença de pressão altera a taxa de fluxo.

Para garantir que o caudal que sai do orifício se mantém constante, é necessário equilibrar a diferença de pressão, o que pode ser feito simplesmente aumentando o nível de água e repondo a mesma quantidade que sai.

Agora que a diferença de pressão está estabilizada e o caudal é constante, podemos controlar a quantidade de água que pode sair do recipiente criando simplesmente uma restrição no orifício, o que diminui o tamanho do orifício e permite reduzir o caudal.

Neste exemplo, simplesmente adicionamos mais água ao recipiente para regular a pressão, mas na válvula real utilizaremos alguns mecanismos especiais para o conseguir, e veremos isso em breve.

Assim, o que isto significa para os nossos sistemas de aquecimento e arrefecimento é que o caudal pode ser controlado e mantido apesar de outras bombas e válvulas variarem a sua posição, de modo a que o sistema seja equilibrado e a saída de calor seja controlada através do permutador de calor.

Outro benefício é manter o delta T ou a diferença de temperatura dentro do nosso sistema de aquecimento e arrefecimento. Essa é a diferença de temperatura entre o fornecimento e o retorno de água gelada ou quente. Tomemos como exemplo uma serpentina de arrefecimento típica que está a fornecer arrefecimento ao ar que passa sobre ela. A serpentina recebe água gelada de um chiller da central a cerca de 6°C (42,8℉).resfriando o ar, a água resfriada idealmente deixará a bobina em torno de 12 ℃ (53,6 ℉). Isso nos dá um delta T de 6 graus (10,8 ℉), o que é ideal. O chiller funcionará com muita eficiência neste nível.

Mas quando não podemos controlar a taxa de fluxo no sistema e, portanto, o delta T nas bobinas, o sistema pode desenvolver a síndrome de baixo delta T. A água resfriada pode sair da bobina a 9 ℃ (48,2 ℉), dando-nos uma diferença de temperatura de apenas 3 ℃ (5,4 ℉) que afetará drasticamente a eficiência dos chillers e também custará mais para funcionar. Portanto, queremos que o delta T seja o maior possível.

Ao manter a diferença de pressão, podemos utilizar a válvula de controlo para garantir que o caudal é exatamente o necessário para atingir esse delta T elevado.

Como é que funcionam?

Em primeiro lugar, vejamos a válvula de controlo. A válvula de controlo funciona como uma válvula normal. Tem um cone que se move para cima e para baixo para diminuir ou aumentar a área disponível para a passagem de um fluido. Este está ligado ao eixo e ao botão de controlo. Quando rodamos o botão de controlo à mão ou utilizamos um atuador para o manobrar remotamente, este força o eixo para cima ou para baixo para abrir ou fechar a válvula.Quando a válvula se fecha, a quantidade de fluido que flui diminui. Quando a válvula se abre, o caudal aumenta. Assim, desde que possamos manter a mesma diferença de pressão através da válvula, podemos saber com precisão a quantidade de água que fluirá através da válvula numa determinada posição. Podemos bloquear o caudal máximo através da válvula para equilibrar o sistema.

Vejamos agora o controlador de pressão diferencial.

Este modelo de válvula utiliza um pequeno copo, conhecido como obturador, que sobe e desce para compensar as flutuações de pressão no sistema.

O obturador assenta concentricamente numa guia para garantir que desliza corretamente para cima e para baixo. Uma força descendente actua sobre o obturador através de uma mola interna, a mola é mantida no lugar por uma estrutura de suporte. Por baixo do obturador está uma membrana flexível que actua como uma barreira física entre a entrada de alta pressão e a saída de baixa pressão. Uma pequena passagem liga a cavidade na parte inferiorDesta forma, quando a água flui através da válvula, parte dela entra neste pequeno orifício e a pressão do fluido que entra força a membrana a mover-se para cima, o que empurra o obturador para cima para manter a diferença de pressão através da válvula.

A mola ajuda a manter a força correcta e a diferença de pressão entre os dois lados da válvula. Entre a diferença de pressão do fluido e a força da mola, a válvula atinge o equilíbrio, e fá-lo constante e instantaneamente à medida que a pressão do sistema muda. Isto permite que o caudal seja mantido independentemente da pressão.

A válvula de controlo pode controlar a quantidade de água que flui através da unidade e dos tubos. Isto pode ser feito manualmente ou através de um atuador. Entretanto, o controlador de pressão modula autonomamente a sua posição quando detecta uma flutuação na pressão do sistema. Ao combinar estas duas funções, isto permite que a válvula funcione de forma linear, independentemente da pressão no sistema.Por conseguinte, temos a nossa válvula de controlo independente da pressão.