Um controlo inadequado da temperatura pode causar desperdício de energia, conforto instável e ineficiência do equipamento. Se o problema não for resolvido, os custos operacionais poderão aumentar. Os atuadores térmicos proporcionam um controlo automático, sensível à temperatura.
Um atuador térmico converte variações de temperatura ou aquecimento elétrico em movimento mecânico. Nos sistemas de climatização (HVAC), costuma abrir ou fechar válvulas para regular o fluxo de água quente ou fria. Ao ajustar automaticamente a posição das válvulas de acordo com os sinais de controlo, os atuadores térmicos ajudam a manter as temperaturas desejadas, a melhorar a eficiência do sistema e a reduzir o consumo desnecessário de energia.
Compreender o funcionamento de um atuador térmico facilita a seleção e a aplicação do dispositivo adequado num sistema de AVAC.
O que faz um atuador térmico?
Um atuador térmico é um dispositivo de controlo que produz movimento mecânico em resposta a uma variação de temperatura.
Em aplicações de AVAC, é habitualmente instalado em válvulas de controlo utilizadas em circuitos de aquecimento e arrefecimento. A sua principal função é:
- Abrir ou fechar uma válvula
- Controlar o caudal de água quente ou fria
- Regular a potência do aquecimento ou da refrigeração
- Suporta o controlo automático da temperatura por zona
- Reduzir o consumo desnecessário de energia
Dependendo do sistema, o fluido controlado pode ser água quente, água refrigerada ou outro fluido utilizado para a regulação da temperatura.
Por exemplo, quando um termóstato de ambiente deteta que a temperatura interior desceu abaixo do valor predefinido, pode enviar um sinal ao atuador térmico.
O atuador aciona então a válvula ligada, permitindo que a água quente passe por um radiador, por um circuito de aquecimento por piso radiante ou por uma serpentina de aquecimento.
Assim que a temperatura ambiente pretendida for atingida, o termóstato altera o seu sinal. O atuador responde reduzindo ou interrompendo o fluxo de água.
Este processo automático permite que os sistemas de climatização controlem diferentes espaços sem necessidade de um ajuste manual contínuo das válvulas.
Os atuadores térmicos são, em geral, compactos e relativamente simples quando comparados com atuadores motorizados de maiores dimensões. O seu movimento gradual torna-os também adequados para muitas aplicações de aquecimento e arrefecimento hidrónicos.
Como funciona um atuador térmico?
A maioria dos atuadores térmicos funciona através da expansão e contração controladas de um material sensível à temperatura.
1. O sinal de controlo é recebido
Um termóstato, um controlador ou um sistema de gestão de edifícios envia um sinal elétrico ao atuador quando é necessário aquecimento ou arrefecimento.
2. O elemento de aquecimento está ligado
No interior de um atuador eletrotérmico, um elemento de aquecimento elétrico começa a aquecer um material expansível.
3. O material interno expande-se
À medida que a temperatura aumenta, o material expande-se.
Esta expansão gera uma força mecânica linear no interior do atuador.
4. O atuador move a válvula
A força gerada move um pistão ou uma haste interna.
O movimento é transmitido à haste da válvula ligada, fazendo com que a válvula se abra ou se feche.
Isto permite que o sistema de climatização aumente, reduza ou interrompa o fluxo de água através do circuito de aquecimento ou de refrigeração.
5. O atuador regressa à sua posição inicial
Quando a alimentação elétrica é desligada, o material interno arrefece e contrai-se gradualmente.
Em seguida, uma mola ou um mecanismo de retorno semelhante faz com que o atuador e a válvula voltem à sua posição inicial.
Uma vez que os atuadores térmicos funcionam com base no aquecimento e no arrefecimento, o seu movimento é, em geral, mais lento do que o de alguns atuadores de válvulas motorizados.
O tempo de funcionamento efetivo depende de fatores como o design do atuador, a temperatura ambiente, o comprimento do curso e as condições de utilização.
Atuadores térmicos normalmente fechados vs. normalmente abertos
Os atuadores térmicos estão normalmente disponíveis em duas configurações básicas.
Atuador térmico normalmente fechado
Um atuador normalmente fechado mantém a válvula fechada quando não há alimentação elétrica.
Quando o atuador é acionado, move a válvula na direção da posição aberta.
Esta configuração é frequentemente utilizada em sistemas em que o fluxo de água deve interromper-se em caso de falha de energia elétrica.
Atuador térmico normalmente aberto
Um atuador normalmente aberto mantém a válvula aberta quando não há alimentação elétrica.
Quando é alimentado, o atuador move a válvula na direção da posição fechada.
A configuração correta depende de:
- Conceção de sistemas de climatização
- Requisitos de segurança
- Posição de falha pretendida
- Tipo de válvula
- Estratégia de controlo
Por conseguinte, o atuador deve ser adequadamente combinado com a válvula e o sistema de controlo.
Utilizações comuns dos atuadores térmicos
Os atuadores térmicos são amplamente utilizados em sistemas hidrónicos de climatização (HVAC) em que é necessária a regulação automática do caudal de água.
Sistemas de aquecimento por piso radiante
O aquecimento por piso radiante é uma das aplicações mais comuns.
Num sistema multizona, cada circuito de aquecimento pode ser ligado a uma válvula e a um atuador térmico individuais.
Um termóstato em cada divisão controla o atuador correspondente, permitindo que as diferentes áreas mantenham configurações de temperatura distintas.
Isto permite o controlo independente por zonas e ajuda a reduzir o aquecimento desnecessário.
Sistemas de aquecimento por radiadores
Os atuadores térmicos também podem controlar válvulas em sistemas de aquecimento por radiadores.
Em vez de permitir que a água quente corra continuamente, o atuador regula o caudal de acordo com a necessidade de temperatura ambiente.
Isto pode melhorar o controlo da temperatura e reduzir o consumo desnecessário de energia.
Unidades de ventilação e refrigeração
As unidades de ventilação e refrigeração utilizam água quente ou fria para proporcionar aquecimento ou refrigeração.
Um atuador térmico instalado na válvula de controlo pode regular o caudal de água que passa pela bobina, de acordo com os sinais provenientes de um termóstato ou de um sistema de controlo central.
Quando é necessário aumentar o aquecimento ou a refrigeração, o atuador ajusta a posição da válvula em conformidade.
Unidades de tratamento de ar
Os atuadores térmicos também podem ser utilizados com equipamentos de tratamento de ar que incluam serpentinas de aquecimento ou arrefecimento.
Ao controlar a válvula de água associada, o atuador ajuda a regular a capacidade da bobina e a manter a temperatura necessária do ar de alimentação.
Controlo de zonas em sistemas de climatização comerciais
Os edifícios comerciais apresentam frequentemente áreas com diferentes níveis de ocupação e necessidades de aquecimento ou arrefecimento.
As aplicações típicas incluem:
- Edifícios de escritórios
- Hotéis
- Escolas
- Centros comerciais
- Edifícios públicos
- Instalações industriais
Os atuadores térmicos permitem que cada zona receba aquecimento ou arrefecimento de acordo com a procura real, em vez de todas as áreas funcionarem ao mesmo nível.
Sistemas de Gestão de Edifícios
Os atuadores térmicos também podem fazer parte de uma estratégia integrada de controlo de AVAC.
Dependendo dos requisitos do projeto, os sistemas de climatização podem integrar controlos de poupança de energia, sistemas de gestão de edifícios e funções de monitorização remota. A Jinyi HVAC fornece soluções personalizadas de climatização que podem incorporar sistemas de gestão de edifícios (BMS) e funcionalidades de controlo inteligente para projetos industriais e comerciais.
O que se deve ter em conta ao escolher um atuador térmico?
Escolher o atuador correto implica mais do que simplesmente selecionar um modelo normalmente aberto ou normalmente fechado.
Entre os fatores importantes contam-se:
- Tensão de funcionamento — O atuador deve ser compatível com a fonte de alimentação de controlo.
- Compatibilidade com válvulas — A ligação e o movimento do atuador devem ser adequados à válvula.
- Comprimento da braçada — O atuador deve proporcionar um movimento suficiente para a válvula.
- Força de acionamento — A força disponível deve ser suficiente para acionar a válvula de forma fiável.
- Tipo de controlo — O atuador deve ser compatível com a estratégia de controlo necessária.
- Temperatura de funcionamento — O atuador deve ser adequado ao ambiente de instalação.
- Posição predefinida — O funcionamento em modo «normalmente aberto» ou «normalmente fechado» deve corresponder aos requisitos do sistema.
Uma seleção incorreta pode impedir que a válvula abra ou feche corretamente e pode reduzir o desempenho geral do sistema.
A combinação adequada entre o atuador, a válvula, o controlador e o sistema de climatização contribui, assim, para um funcionamento fiável a longo prazo.
Por que razão os atuadores térmicos são importantes nos sistemas de climatização?
Os atuadores térmicos constituem uma forma relativamente simples de automatizar o controlo do caudal de água em sistemas de aquecimento e arrefecimento.
Ao responderem aos sinais do termóstato ou do controlador, ajudam os sistemas de climatização a fornecer aquecimento ou arrefecimento apenas quando necessário.
Isto suporta:
- Regulação mais precisa da temperatura
- Controlo independente por zona
- Redução da circulação desnecessária de água
- Maior eficiência do sistema
- Funcionamento mais automatizado do sistema de climatização
- Melhor integração com sistemas de controlo modernos
O seu design compacto e o princípio de funcionamento relativamente simples tornam os atuadores térmicos componentes práticos em muitas aplicações de AVAC residenciais, comerciais e industriais.
Em resumo, um atuador térmico controla automaticamente as válvulas do sistema de climatização, regulando o fluxo de água para manter a temperatura, facilitar o zoneamento e melhorar a eficiência do sistema.
