Controle de aquecedores de passagem a gás com chama modulante

Abstract

Este trabalho aborda o desenvolvimento de um sistema de controle de temperatura para um aquecedor de passagem de água a gás. O sistema de controle Controlgás é apresentado e comparado ao sistema de controle típico, usado em aquecedores de passagem convencionais. São apresentadas as características e objetivos do projeto Controlgás, o qual serviu de base para o desenvolvimento deste trabalho. É apresentada uma fundamentação teórica sobre técnicas de controle para compensação de variações paramétricas e de atrasos de transporte, bem como uma revisão sobre as principais soluções já desenvolvidas para o controle de temperatura da água em aquecedores de passagem. A bancada experimental, contendo o aquecedor e o sistema de controle, utilizada em trabalhos anteriores, foi reestruturada e instrumentada com sensores de temperatura na entrada e na saída de água e com sensores que detectam a presença de chama e de fluxo de água. Foi desenvolvida uma servo-válvula que permite a regulagem automática da vazão de gás. Desenvolveu-se um circuito de potência para o acionamento dos atuadores (solenoides e servo-válvula) da bancada, assim como algoritmos que geram os sinais adequados para seu funcionamento. Foi feita a identificação do processo e o modelo da servo-válvula foi obtido por meio da análise de ensaios experimentais. O modelo do sistema completo foi desenvolvido no programa Simulink, onde foram feitas simulações do comportamento dinâmico do sistema proposto. O sistema foi implantado experimentalmente e foi capaz de convergir para as temperaturas de referência durante os ensaios.

This work addresses the development of a temperature control system for a gas tankless water heater. The Controlgás control system is presented and compared to typical control systems used in regular tankless water heaters. The characteristics and objectives of Controlgás project, which formed the basis for the development of this work, are presented. A theoretical foundation on control techniques for compensation of parametric variations and transport delays is presented, as well as a review of the main solutions already developed for the control of water temperature on tankless water heaters. The experimental set containing the heater and the control system used in previous work was restructured and instrumented with temperature sensors at the water's input and output and with sensors which detect the presence of flame and the water flow. A servo-valve that allows automatic adjustment of the gas flow was developed. A power circuit was created to drive the actuators (solenoids and servo-valve) of the set, as well as algorithms that generate the appropriate signals for its operation. The process identification and the servo-valve‟s model were obtained through experimental analysis. The system‟s complete model was developed in Simulink, where simulations of the dynamic behavior of the proposed system were made. The system was implemented experimentally and was able to converge to the reference temperatures during the tests.