Um controlo inadequado da temperatura pode aumentar o desperdício de energia, reduzir o conforto e afetar a eficiência do sistema de climatização. Se este problema for ignorado, os custos operacionais poderão aumentar. Os atuadores térmicos oferecem uma solução de controlo automático de válvulas.
Um atuador térmico é um dispositivo de controlo eletromecânico que utiliza a expansão térmica para gerar movimento mecânico. Nos sistemas de climatização (AVAC), é comum que abra ou feche válvulas para regular o fluxo de água quente ou fria. Os atuadores térmicos são amplamente utilizados em sistemas de aquecimento por piso radiante, unidades fan coil, radiadores e sistemas de zoneamento de climatização que exigem um controlo de temperatura silencioso e automático.
Compreender o seu princípio de funcionamento, os tipos, as aplicações e os fatores de seleção pode ajudar os engenheiros e os compradores a escolher o atuador térmico adequado para um sistema de AVAC.
O que é um atuador térmico?
A atuador térmico é um dispositivo que converte energia térmica em movimento mecânico controlado.
Em aplicações de AVAC, é normalmente montado numa válvula de controlo. O atuador altera a posição da válvula de acordo com um sinal elétrico proveniente de um termóstato, de um controlador ou de um sistema de gestão de edifícios.
As aplicações típicas incluem:
- Manifolds para aquecimento por piso radiante
- Unidades de ventilação e refrigeração
- Sistemas de aquecimento com radiadores
- Sistemas de aquecimento hidrónico
- Circuitos de água refrigerada
- Sistemas de controlo por zonas de climatização
Ao contrário de muitos atuadores motorizados que dependem de motores e mecanismos de engrenagens, os atuadores térmicos utilizam normalmente um elemento de aquecimento e material de expansão sensível à temperatura.
Esta estrutura de funcionamento relativamente simples torna-os adequados para aplicações de AVAC em que o funcionamento silencioso, a instalação compacta e o controlo automático de ligar/desligar são importantes.
Como funciona um atuador térmico?
O princípio de funcionamento de um atuador térmico baseia-se em expansão térmica controlada.
Um ciclo de funcionamento típico inclui as seguintes etapas:
1. O controlador deteta a procura
Um termóstato ou controlador de AVAC deteta que uma divisão ou zona necessita de aquecimento ou arrefecimento.
Em seguida, envia um sinal elétrico ao atuador térmico.
2. O elemento de aquecimento está ligado
Após receber alimentação, um elemento de aquecimento interno começa a aumentar a temperatura do material de expansão no interior do atuador.
3. A expansão térmica provoca movimento
À medida que o material interno aquece, expande-se.
Esta expansão gera uma força mecânica que move o pistão ou a haste do atuador.
4. As alterações na posição da válvula
A haste do atuador empurra ou liberta o mecanismo da válvula ligado.
Dependendo da configuração do atuador, a válvula abre ou fecha para controlar o fluxo de água quente ou fria.
5. O atuador regressa à sua posição inicial
Quando o termóstato atinge a temperatura pretendida, a alimentação elétrica é desligada.
O material interno arrefece e contrai-se gradualmente, permitindo que o atuador regresse à sua posição normal.
Uma vez que o aquecimento e a refrigeração requerem tempo, os atuadores térmicos funcionam, em geral, mais lentamente do que os atuadores motorizados. No entanto, um movimento rápido não é normalmente necessário para o controlo padrão das zonas de AVAC.
Principais tipos de atuadores térmicos
Os atuadores térmicos podem ser classificados de acordo com a sua posição de funcionamento por defeito.
Atuador térmico normalmente fechado
A normalmente fechado (NC) O atuador térmico mantém a válvula fechada quando não há alimentação elétrica.
Quando o atuador recebe alimentação, abre gradualmente a válvula e permite que a água circule.
Esta configuração é frequentemente utilizada nos casos em que o fluxo de água só deve ocorrer quando é necessário aquecimento ou arrefecimento.
Atuador térmico normalmente aberto
A normalmente aberto (NO) O atuador mantém a válvula aberta quando a alimentação é desligada.
Quando é fornecida energia elétrica, o atuador move a válvula na direção da posição fechada.
Este modelo pode ser escolhido para sistemas em que se prefira manter o fluxo durante uma interrupção de energia.
Opções de tensão
Os atuadores térmicos também estão disponíveis em diferentes configurações elétricas.
Dependendo dos requisitos do sistema, podem funcionar com:
- Sistemas de controlo de baixa tensão
- Sistemas de tensão de rede
- Termóstatos
- Relés
- Painéis de controlo
- Sistemas de gestão de edifícios
A tensão do atuador deve corresponder sempre à conceção elétrica e de controlo do sistema de climatização.
Onde são utilizados os atuadores térmicos?
Os atuadores térmicos são particularmente adequados para aplicações que exigem controlo individual da temperatura ou por zona.
Aquecimento por piso radiante
Nos sistemas de aquecimento por piso radiante, é possível instalar vários atuadores térmicos num coletor de distribuição.
Cada atuador controla o fluxo de água para uma divisão específica ou para um circuito de aquecimento, de acordo com os sinais provenientes dos termóstatos individuais.
Isto permite uma gestão independente da temperatura em diferentes áreas.
Unidades de ventilação e refrigeração
Os atuadores térmicos podem regular a entrada de água quente ou fria nas unidades de ventilação e refrigeração.
Quando uma divisão atinge a temperatura pretendida, o atuador pode alterar a posição da válvula e reduzir a circulação desnecessária de água.
Sistemas de aquecimento hidrónico
Os atuadores térmicos também podem ser utilizados com radiadores, circuitos de aquecimento e outros sistemas de climatização à base de água.
Permitem que o sistema distribua o aquecimento ou a refrigeração de acordo com a procura real, em vez de manter um fluxo ilimitado por todo o edifício.
Principais vantagens dos atuadores térmicos
Os atuadores térmicos oferecem várias vantagens práticas nos sistemas de controlo de AVAC.
Funcionamento silencioso
O seu princípio de funcionamento proporciona um movimento relativamente suave e silencioso, tornando-os adequados para escritórios, hotéis, zonas residenciais e outros ambientes sensíveis ao ruído.
Design compacto
Os atuadores térmicos são, geralmente, suficientemente pequenos para serem instalados em coletores, válvulas e equipamentos terminais de AVAC, onde o espaço de instalação pode ser limitado.
Controlo simples
Muitos atuadores térmicos funcionam através de sinais elétricos simples de ligar/desligar.
Isto permite a integração com termóstatos e controladores de AVAC comuns, sem mecanismos de controlo desnecessariamente complexos.
Capacidade de controlo por zonas
Ao controlarem válvulas individuais, os atuadores térmicos permitem a criação de zonas separadas de aquecimento ou arrefecimento.
Isto ajuda a ajustar melhor a potência do sistema de climatização às necessidades reais da divisão.
Complexidade mecânica reduzida
Em comparação com alguns modelos de atuadores acionados por motor, os atuadores térmicos podem conter menos componentes mecânicos móveis.
Isto torna-as práticas para muitas aplicações padrão de controlo de válvulas.
Como escolher um atuador térmico
A escolha do atuador correto requer mais do que apenas verificar as suas dimensões físicas.
Antes de efetuar a compra, devem ser avaliados vários fatores técnicos.
Compatibilidade das válvulas
O atuador deve ser compatível com a ligação da válvula e com a interface de montagem.
Os compradores devem confirmar:
- Tamanho da rosca ou da ligação
- Tipo de válvula
- Adaptador necessário
- Dimensões de instalação
Normalmente aberto ou normalmente fechado
A posição predefinida necessária deve ser determinada de acordo com a estratégia de controlo.
A seleção da configuração errada pode fazer com que a válvula funcione de forma contrária à lógica pretendida do sistema.
Tensão de funcionamento
A potência nominal do atuador deve ser compatível com o termóstato, o controlador e a fonte de alimentação disponível.
Comprimento da braçada
O atuador deve proporcionar movimento suficiente para acionar totalmente a válvula ligada.
Um comprimento de curso incorreto pode impedir a abertura ou o fecho adequados.
Força Operacional
O atuador deve fornecer força suficiente para mover a haste da válvula de forma fiável.
Ambiente de instalação
Os engenheiros de projeto devem também ter em conta:
- Temperatura ambiente
- Humidade
- Requisitos de proteção
- Condições de ligação elétrica
- Acessibilidade da instalação
- Frequência de funcionamento prevista
No que diz respeito a projetos comerciais e industriais, a compatibilidade com uma gama mais ampla de Sistemas de controlo de climatização ou de gestão de edifícios também pode ser importante.
Atuadores térmicos e eficiência energética em sistemas de climatização
Os atuadores térmicos podem contribuir para uma gestão energética mais eficaz dos sistemas de climatização, ao permitirem controlo do caudal de água com base na procura.
Em vez de alimentar continuamente todos os circuitos de aquecimento ou arrefecimento, é possível ativar zonas individuais apenas quando for necessário ajustar a temperatura.
Por exemplo, quando uma divisão atinge a temperatura definida, o seu termóstato pode enviar um sinal ao atuador térmico para alterar a posição da válvula. As outras zonas podem continuar a funcionar de forma independente.
Este tipo de controlo pode ajudar a reduzir a distribuição desnecessária de aquecimento ou arrefecimento.
No entanto, a eficiência energética global dos sistemas de climatização depende de vários fatores, incluindo:
- Eficiência do equipamento
- Conceção do sistema
- Equilíbrio hidráulico
- Definições de temperatura
- Estratégia de controlo
- Qualidade da instalação
- Isolamento de edifícios
- Manutenção regular
Por conseguinte, um atuador térmico deve ser considerado um componente de uma estratégia completa de controlo de AVAC, em vez de um dispositivo independente de poupança de energia.
Conclusão
Um atuador térmico proporciona um controlo automático prático das válvulas nos sistemas de climatização (AVAC), permitindo uma divisão em zonas eficaz, a regulação do caudal de água, a gestão da temperatura e um funcionamento fiável do sistema.
