ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL INFORME DE TRABAJO PROFESIONAL DISEÑO DE UN SISTEMA DE CONTROL Y MONITOREO PARA EL SISTEMA DE CLIMATIZACIÓN DEL HOSPITAL SOLCA PORTOVIEJO, UTILIZANDO UNA PC, EL COMFORT CONTROLLER 6400 Y EL SOFTWARE DE VISUALIZACION COMFORT VIEW™ DE CARRIER Presentado por: Alicia Cecibel Molina Hidalgo Guayaquil - Ecuador 2010

INTRODUCCION El sistema de control y monitoreo desarrollado, tiene como objetivo optimizar y centralizar el manejo de los equipos que conforman el sistema de climatización, de manera que cumplan con los niveles de confort. Tiene además la capacidad de trasladar la carga térmica según los requerimientos de cada zona en particular. El confort de cada zona depende de varios factores como cantidad de personas , temperatura exterior, cantidad de equipos etc. y por esto es necesario un sistema que tenga la capacidad de mantener el confort independiente de estos factores.

IMPORTANCIA DE LOS SISTEMAS DE CLIMATIZACIÓN Necesidad de crear un ambiente confortable para el desarrollo de las activida des cotidianas. Equipos electrónicos de uso doméstico o industrial que necesitan de ciertas condiciones ambientales de temperatura y humedad para operar correctamente

¿POR QUÉ NECESITAMOS UN SISTEMA DE CONTROL Y MONITOREO PARA LOS SISTEMAS DE CLIMATIZACIÓN? Los servicios mecánicos y eléctricos de un edificio deben ser controlados para mantener el ambiente de trabajo confortable, independientemente del número de personas o de preferencias individuales.

¿POR QUÉ NECESITAMOS UN SISTEMA DE CONTROL Y MONITOREO PARA LOS SISTEMAS DE CLIMATIZACIÓN? El propósito del sistema de control y monitoreo es automatizar y tomar control de todas las operaciones del sistema de climatización , de la manera más eficiente posible dentro de las posibilidades de la planta enfriadora instalada.

¿POR QUÉ NECESITAMOS UN SISTEMA DE CONTROL Y MONITOREO PARA LOS SISTEMAS DE CLIMATIZACIÓN? En el sistema de control y monitoreo se programan períodos ocupados para las diferentes áreas del edificio de tal manera que la planta enfriadora del edificio deberá trabajar sólo para los requerimientos reales de este. Áreas 24 horas Áreas horario de oficina

RED DE CONTROL CCN (CARRIER COMFORT NETWORK)

RED DE CONTROL CCN (CARRIER COMFORT NETWORK)

COMFORT COTROLLER 6400 Posee 16 canales de control, puede expandirse hasta 64 mediante 6400 I/O module Funciona en modo “stand-alone” o en red. Sus entradas y salidas son universales: pueden ser configuradas como discretas, analógicas o de temperatura. Son energizados con 24 Vac provenientes de un transformador estándar de 60 VA. Tiene disponible librería de algoritmos (rutinas de control prediseñadas).

COMFORT COTROLLER 6400 I/O Posee 16 canales de control, que extienden la capacidad de un Comfort Controller 6400 en 16 hasta un máximo de 64. Sus entradas y salidas son universales: pueden ser configuradas como discretas, analógicas o de temperatura. Son energizados con 24 Vac provenientes de un transformador estándar de 60 VA.

COMFORTVIEW Provee un solo punto de entrada a toda la red CCN. Compatible con las plataformas de sistemas operativos Windows 2000 Server/Professional y Windows XP Professional. Posee librería de gráficos y permite realizar gráficos diseñados por el usuario. Permite al usuario crear pantallas personalizadas en WorkSPACE. Permite crear niveles de acceso de operador personalizados

MÓDULO DE ACCESO A LA RED (NETWORK ACCESS MODULE) Permite la comunicación entre componentes del bus CCN y la computadora. Interface RS232-RS485. Es empleado por el software ComfortView para establecer la comunicación entre los elementos del bus y la PC.

SISTEMA DE CONTROL Y MONITOREO

SISTEMA DE CLIMATIZACION Esta formado por los siguientes equipos: Planta enfriadora de agua. Dos enfriadores de agua Tres bombas de agua del circuito primario. Tres bombas de agua de torre de enfriamiento. Dos torres de enfriamiento. Cuatro bombas de circuito secundario con sus respectivas bombas de stand-by. 22 Unidades Manejadoras de Aire. 33 Ventiladores.

ACCIONES DE CONTROL SOBRE LOS EQUIPOS DEL SISTEMA DE CLIMATIZACIÓN Enfriadores de agua: Encendido y apagado según horarios programados. Cambio de punto de ajuste de temperatura de salida de agua. Monitoreo del estado de funcionamiento de cada unidad desde el cuarto de control. Bombas circuito primario: Encendido y apagado automático. Bombas de circuito secundario: Mantenimiento del diferencial de presión entre la succión y la descarga de la bomba. Torres de enfriamiento:

ACCIONES DE CONTROL SOBRE LOS EQUIPOS DEL SISTEMA DE CLIMATIZACIÓN Unidades manejadoras de aire: Encendido y apagado automático del ventilador. Control y monitoreo de temperatura de aire en el ducto de mando. Control y monitoreo proporcional de la válvula motorizada de dos vías. Monitoreo del estado de funcionamiento del ventilador. Unidades manejadoras de aire para quirófanos: Control y monitoreo de temperatura de aire en el ducto de mando. Control y monitoreo de temperatura ambiente del quirófano Control y monitoreo de humedad relativa del aire en quirófano. Control proporcional y monitoreo de válvulas motorizadas de dos vías. Control proporcional y monitoreo válvulas motorizadas de tres vías. Control de accionamiento de juego de compuertas motorizadas.

ACCIONES DE CONTROL SOBRE LOS EQUIPOS DEL SISTEMA DE CLIMATIZACIÓN Ventiladores de suministro y extracción de aire: Encendido y apagado automático del ventilador

FILOSOFIA DE CONTROL El prosceso se inicia en la planta de enfriamiento Encendido de bombas de agua y ventilador de Torre de enfriamiento. Encendido de bomba de agua del circuito primario. Encendido de Enfriadores de agua. Encendido de bombas de circuitos secundarios.

FILOSOFIA DE CONTROL Una vez puesta en marcha la planta de enfriamiento, se encienden las unidades manejadoras de aire y los ventiladores de acuerdo al horario en que hayan sido programados. Las manejadoras de aire que dan servicio a los quirófanos entran a funcionar bajo demanda.

FILOSOFIA DE CONTROL A más unidades manejadoras de aire mayor caída de presión entre la succión y la descarga de la bomba del circuito secundario. Para compensar la caída de presión se incrementa la velocidad del motor de la bomba del circuito secundario A medida que se incrementa el número de unidades manejadoras de aire en cada circuito secundario, la caída de presión entre la succión y la descarga de la bomba que los alimenta es detectada por un sensor de presión diferencial, el mismo que emite una señal de 4 a 20 mA proporcional a esta variación. Con esta información el controlador 6400 que da servicio a la planta de enfriamiento comanda la velocidad de las bombas del circuito secundario a través del variador de velocidad que gobierna a cada bomba.

FILOSOFIA DE CONTROL La temperatura ambiente depende del funcionamiento de cada manejadora de aire. Con temperaturas superiores al set-point, mayor apertura de la válvula de dos vías. Un sensor switch de presión es el sensor de estado de ventilador de la manejadora Un sensor de temperatura en el ducto de mando de aire indica el funcionamiento del ventilador y la válvula de dos vías. Una vez encendida una manejadora la temperatura de el área a la que da servicio es tomada en cuenta por el controlador 6400 y comparado con la temperatura de set-point. Esta temperatura es sensada por un termistor. A temperaturas superiores al set-point, mayor apertura de la válvula de dos vías que alimenta al intercambiador de la manejadora y viceversa. Un sensor switch de presión es el sensor de estado de ventilador de la manejadora y un sensor de temperatura en el ducto de mando de aire es el que indica el correcto funcionamiento del ventilador y la válvula de dos vías.

FILOSOFIA DE CONTROL Las manejadoras de aire de quirófano en modo de mantenimiento funcionan igual que las demás manejadoras de aire del sistema: con recirculación de aire. Poseen serpentín de enfriamiento, serpentín de pre-enfriamiento y serpentín deshumidificador. La apertura de la válvula de pre-enfriamiento es fija, mientras que válvula de enfriamiento es gobernada por la temperatura del quirófano. El válvula deshumidificadora es gobernada por un humidistato instalado en el quirófano. El cambio de modo de mantenimiento a modo de operación se lo realiza desde un switch instalado en el quirófano. En el caso de las manejadoras de aire de quirófano en modo de mantenimiento funcionan igual que las demás manejadoras de aire del sistema: con recirculación de aire. En modo de operación se acciona un juego de compuertas que permite que el aire en el quirófano sea 100% aire fresco. Estas manejadoras además del serpentín de enfriamiento poseen un serpentín de pre-enfriamiento y un serpentín deshumidificador. La apertura de la válvula que alimenta al serpentín de enfriamiento es fija, mientras que válvula del serpentín de enfriamiento es gobernada por la temperatura del quirófano. El serpentín deshumidificador es de agua caliente y es gobernado por un humidistato instalado en el quirófano. El cambio de modo de mantenimiento a modo de operación se lo realiza desde un switch instalado en el quirófano.

FILOSOFIA DE CONTROL Las manejadoras de aire de quirófano en modo de operación funcionan con aire renovado al 100%. La función del serpentín de pre-enfriamiento es pre deshumidificar el aire fresco. El cambio de modo de mantenimiento a modo de operación se lo realiza desde un switch instalado en el quirófano. En el caso de las manejadoras de aire de quirófano en modo de mantenimiento funcionan igual que las demás manejadoras de aire del sistema: con recirculación de aire. En modo de operación se acciona un juego de compuertas que permite que el aire en el quirófano sea 100% aire fresco. Estas manejadoras además del serpentín de enfriamiento poseen un serpentín de pre-enfriamiento y un serpentín deshumidificador. La apertura de la válvula que alimenta al serpentín de enfriamiento es fija, mientras que válvula del serpentín de enfriamiento es gobernada por la temperatura del quirófano. El serpentín deshumidificador es de agua caliente y es gobernado por un humidistato instalado en el quirófano. El cambio de modo de mantenimiento a modo de operación se lo realiza desde un switch instalado en el quirófano.

FILOSOFIA DE CONTROL Los ventiladores inyectores y extractores de aire funcionan de acuerdo al horario de operación del área a la que dan servicio. A excepción de los motores de las bombas del circuito secundario, todos los motores que forman parte del sistema poseen arrancadores directos dimensionados de acuerdo a la capacidad de cada motor.

ARQUITECTURA DE CONTROL

CONFIGURACIÓN DE LA RED Direccionamiento físco mediante dip switchs, ubicados en el panel frontal del controlador Direccionamiento lógico mediante software

ZONAS DE CONTROL

PANTALLAS DEL SISTEMA DE CONTROL Y MONITOREO

PANTALLAS DEL SISTEMA DE CONTROL Y MONITOREO

PANTALLAS DEL SISTEMA DE CONTROL Y MONITOREO

PANTALLAS DEL SISTEMA DE CONTROL Y MONITOREO

PANTALLAS DEL SISTEMA DE CONTROL Y MONITOREO

PANTALLAS DEL SISTEMA DE CONTROL Y MONITOREO

PANTALLAS DEL SISTEMA DE CONTROL Y MONITOREO

PANTALLAS DEL SISTEMA DE CONTROL Y MONITOREO

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Configuración de software y hardware sencillas. Se logró brindar una solución de control que permitiera operar todo el sistema de climatización desde un solo punto y que minimizara la intervención del usuario final. Se optimizó el funcionamiento de la planta de enfriamiento. El ahorro de energía y de dinero pudo constatarse debido a la comparación de los consumos eléctricos. 1. La versatilidad y sencillez del sistema de control ofrecido por Carrier®, características que resultaron ventajosas en la puesta en marcha del proyecto, puesto que en lo que a configuración de hardware y software se refieren no hubieron inconvenientes. 2. Se logró alcanzar el objetivo principal que consistía en brindar una solución de control que permitiera al personal de mantenimiento operar todo el sistema de climatización desde un solo punto y que a su vez minimizara la intervención del usuario final sobre el setpoint de temperatura de las aéreas climatizadas. 3. Se optimizó el funcionamiento de la planta de enfriamiento de agua puesto que los equipos que la conforman trabajan para satisfacer la demanda real de carga térmica que posee toda la edificación en determinado momento, lo que se traduce en un ahorro de energía. Cabe resaltar que este ahorro fue constatado en el arranque inicial del sistema; debido a los requerimientos de fiscalización el sistema de climatización del hospital se puso en marcha, se calibró y se probó por el lapso de dos semanas sin intervención del sistema de control automático. En este período personal de mantenimiento del hospital registró el consumo de energía y luego lo comparó con los datos tomados con el sistema de control puesto en marcha, llegando a la conclusión que el consumo de energía se redujo en un treinta por ciento. 4. Con el fin de maximizar el rendimiento del sistema instalado es recomendable que al habilitarse todos los pisos de hospitalización y la zona de radioterapia los equipos de climatización de estas zonas también se integren al sistema de control y monitoreo.