BR102013011734A2

BR102013011734A2 - Método para controle de clima em uma cabine de operador de uma máquina de construção, e, dispositivo de controle de clima para a cabine de uma máquina de construção

Info

Publication number: BR102013011734A2
Application number: BRBR102013011734-0A
Authority: BR
Inventors: Olaf Remmers; Martin R Stander; John Fremont Benton; Eilt-Ihnke Janssen
Original assignee: Manitowoc Crane Group F Sas
Priority date: 2012-05-29
Filing date: 2013-05-10
Publication date: 2015-06-30
Also published as: EP2669104B1; DE102012208970A1; CN103453618A; US20130324024A1; EP2669104A1; KR20130133667A; CA2815039A1; JP2013245934A

Abstract

Método para controle de clima em uma cabine de operador de uma máquina de construção, e, dispositivo de controle de clima para a cabine de uma máquina de construção. A presente invenção diz respeito a um método para controle de clima em uma cabine de operador de uma máquina de construção, em particular, um guindaste, em que a temperatura real do ar na cabine é detectada e as características, em particular o fluxzo volumétrico, direção e/ou temperatura, do ar suprido à cabine são automaticamente controlados com base na temperartura real detectada e em uma temperatura almejada específica, em que a temperatura almejada é automaticamente determinada com base em pelo menos uma variável que afeta o conforto térmico do indivíduo da cabine. A presente invenção também diz respeito a um dispositivo de controle de clima para a cabine de uma máquina de construção, em particular, um guindaste, compreendendo um dispositivo de controle de clima como este, que é configurado para realizar um método como este

Description

“MÉTODO PARA CONTROLE DE CLIMA EM UMA CABINE DE OPERADOR DE UMA MÁQUINA DE CONSTRUÇÃO, E, DISPOSITIVO DE CONTROLE DE CLIMA PARA A CABINE DE UMA MÁQUINA DF CONSTRUÇÃO” A invenção diz respeito a um método para controle automático de clima em uma cabine do operador de uma máquina de construção, em particular, um guindaste, e a um dispositivo de controle de clima correspondente. Máquinas de construção normalmente têm uma cabine do operador a fim de prover o operador da máquina de construção com um espaço de trabalho que, em particular, protege contra os elementos. Essas cabines fechadas têm que ser providas com ventilação, em que o ar suprido na cabine pode ser aquecido por meio de um aquecedor e, onde apropriado, resfriado por meio de uma unidade de condicionamento de ar.

Por causa das janelas de cabine de grande área necessárias, e ao fato de que o espaço de trabalho situa-se relativamente próximo das paredes da cabine, não é possível garantir que a temperatura ambiente, que é agradável ao indivíduo, seja atingida dentro da cabine, a despeito de um aquecedor e de uma unidade de condicionamento de ar. Em particular, durante operações da máquina que duram um maior período de tempo, por exemplo, durante todo o dia, é, então, necessário reajustar repetidamente o controle de temperatura do aquecedor e/ou unidade de condicionamento de ar. São também conhecidas as assim chamadas “unidades de condicionamento de ar automáticas” que ajustam a temperatura do ar suprido na cabine em um valor pré-estabelecido, mas que, similarmente, não podem desta maneira garantir que o indivíduo da cabine sinta a temperatura do ar da cabine agradável. É um objetivo da presente invenção prover um método e dispositivo que garantem uma temperatura de cabine que o indivíduo da cabine ache agradável durante operações da máquina.

Este objetivo é solucionado pela matéria objeto das reivindicações de patente independentes 1 e 10, em que as reivindicações dependentes vantajosamente desenvolvem a matéria objeto de acordo com a invenção.

De acordo com a presente invenção, a temperatura real do ar na cabine é detectada por meio de pelo menos um sensor, e características — em particular o fluxo volumétrico, direção e/ou temperatura — do ar suprido na cabine são automaticamente controladas com base na temperatura real detectada e em uma temperatura almejada particular, em que a temperatura almejada é automaticamente determinada com base em pelo menos uma variável que afeta o conforto térmico do indivíduo da cabine. O assim chamado conforto térmico é alcançado em um dado clima de ambiente interno quando o equilíbrio térmico do corpo, na temperatura no interior do corpo de cerca de 37°C, está em equilíbrio. O conforto térmico, correspondentemente, não é uma variável que pode ser computada exatamente, mas, em vez disso, depende da sensação subjetiva de cada pessoa individual. Portanto, não é regra que todas as pessoas situadas em um espaço sintam o clima interno confortável. De acordo com DIN EN ISO 7730, um assim denominado clima interno aceitável é definido como um ambiente em que pelo menos 80% das pessoas localizadas nele consideram termicamente aceitável.

Garantir quase completamente o conforto térmico (aceitação por mais de 80% das pessoas) em uma cabine do operador exige a incorporação das seguintes variáveis básicas: - temperatura do ar; - radiação térmica; - velocidade de fluxo do ar; - umidade; em que as variáveis seguintes adicionalmente afetam o conforto térmico: - isolamento térmico da roupa; - produção de calor metabólico.

Em outras palavras, a temperatura do ar suprido na cabine é controlada de acordo com a presente invenção não somente com base em uma temperatura real detectada e em uma temperatura almejada fixa, mas, em vez disso, a temperatura do ar suprido na cabine é também baseada indiretamente em outras variáveis, isto é, calculando-se uma temperatura almejada com base nessas variáveis. Uma vez que essas variáveis podem mudar com a duração das operações da máquina, a temperatura almejada determinada a partir delas, portanto, também pode mudar, o que, por sua vez, afeta a temperatura do ar suprido na cabine.

Além do mais, a temperatura do ar suprido, outras características do ar suprido podem também ser variadas de acordo com a invenção, similarmente com base nas variáveis que afetam o conforto térmico do indivíduo da cabine. A orientação dos bocais de ventilação pode, por exemplo, ser variada de maneira tal que o fluxo de ar suprido na cabine seja impedido de escoar para a pele nua do indivíduo da cabine, que eles podem achar desagradável. Desumidificação do ar suprido similarmente seria concebível, a fim de evitar qualquer sensação de abafamento.

De acordo com uma modalidade preferida da presente invenção, pelo menos umas das seguintes variáveis é levada em conta durante determinação da temperatura almejada: - a temperatura do ar fora da cabine; - a radiação térmica à qual o indivíduo da cabine é exposto; - a velocidade de fluxo do ar da cabine; - a umidade do ar da cabine; - a produção de calor metabólico do indivíduo da cabine; e/ou - o isolamento térmico da roupa do indivíduo da cabine.

Em outras palavras, a temperatura almejada do ar da cabine pode ser determinada de acordo com a presente invenção com base nessas variáveis individualmente, ou com base em todas essas variáveis. A temperatura do ar fora da cabine afeta o conforto térmico do indivíduo da cabine no sentido de que, quando a temperatura externa é maior/menor (verão/invemo), o indivíduo da cabine achará a temperatura do ar da cabine predeterminada não tão alta/baixa quanto quando a temperatura externa é menor/maior (invemo/verão).

Uma vez que as cabines do operador têm, por sua exata natureza, que oferecer uma boa visão externa, elas sempre têm grandes áreas de janela, que, por sua vez, aumentam a exposição do indivíduo da cabine à radiação térmica do sol. O indivíduo da cabine também é exposto à radiação térmica pelos componentes que são, por exemplo, aquecidos pelo sol. A presente invenção permite que a temperatura do ar da cabine seja automaticamente reduzida quando a exposição à radiação térmica for mais alta, a fim de manter a temperatura “percebida” pelo indivíduo da cabine e, portanto, o conforto térmico.

Uma vez que ar é um isolante térmico, a velocidade de fluxo do ar da cabine similarmente afeta a temperatura “percebida”, uma vez que a camada limite aquecida pelo corpo do indivíduo da cabine é dissipada pela passagem de ar e a temperatura percebida é aumentada ou reduzida dependendo da temperatura do ar passante. E também possível, de acordo com a invenção, controlar a temperatura almejada em função da umidade do ar da cabine e/ou o ar suprido na cabine. A temperatura pode, por exemplo, ser reduzida quando a umidade for alta, a fim de evitar qualquer sensação de abafamento. A fim de proporcionar o conforto térmico de diferentes pessoas, a temperatura almejada pode também ser determinada com base na produção de calor metabólico do respectivo indivíduo da cabine, uma vez que o conforto térmico depende do tamanho e peso do indivíduo da cabine, bem como de suas atividades. A temperatura almejada pode também depender do isolamento térmico da roupa do indivíduo da cabine, a fim de, por exemplo, garantir o conforto térmico do indivíduo da cabine tanto no verão quanto no inverto, quando roupa correspondente é usada. O modelo de conforto de clima apresentado a seguir provê um valor previsto representativo para a sensação de calor e/ou frio, como o grau de desconforto humano em um espaço de estar, de trabalho ou de reunião. O PMV (voto médio previsto sobre o conforto do clima) serve como a unidade de medição neste modelo. O índice PMV descreve a avaliação de clima esperada por um grupo de pessoas com base em uma escala de avaliação compreendendo sete classes, em que o estado de conforto térmico é expresso pelo voto neutro “0”.

Clima interno avaliado como: PMV = [0,303 - exp(—0,036 ■ M) + 0,028] ({Μ - IV) - 3,05 X 10_3[5733 - 6,99{Μ - IV) - pj - 0,42[(M - IV) - 58,15]) j —1,7 X 10~SM(5867 — pa) — 0,0014M (34 — ta) f (1) (-3,96 X 10~8fclKtcl + 273)4 - (fr + 273)4] - fclhc{tcl - tj ) tcl = 35,7 - 0,028(M - IV) - /c£{3,96 X 10~sfclKtcl + 273)4 - (fr + 273)4] + fclhc{tcl - ta)} (2) , _ (2,38 · |tc; — ta|0,2s 2,38 - \tcl -fa|0'25 >12,1-^ c 1 12,1·/^ P 2,38 -Itrt-tJ*25 <12,1 - fl,00 + l,290/ci lcl < 0,078m2 - K/W ... /ci [1,05 + 0,645/cí icl> 0,078m2 K/W K } onde: Mé o gasto de energia do indivíduo (W/m ) Wé a saída mecânica efetiva ((W/m ) geralmente, entretanto, W=0 pode ser aplicado Idé o fator de isolamento da roupa m x K/W) fdéo fator da área superficial da roupa faé a temperatura do ar (°C) tré a temperatura de irradiação média (°C) Var é a velocidade do ar relativa (m/s) pa ca pressão parcial de vapor d'água (Pa) Λ. · »2 hc é o coeficiente de transferência de calor convectivo (W/(m xK)) td é a temperatura superficial da roupa (°C) Procedendo com base no voto médio previsto, é possível determinar a porcentagem prevista insatisfeita (PPD). Uma vez que o valor PMV tenha sido certificado, a porcentagem de pessoas que sentem um clima ambiente particular muito quente (PMV = 2 ou 3) ou muito frio (PMV = -2 ou -3) pode ser certificada com base na equação seguinte: PPD — 100— 95· f'-0·03353 pmva + 0.2179·p.w2) De acordo com uma modalidade preferida da presente invenção, o valor de pelo menos uma variável é medido por meio de pelo menos um sensor adequado dentro e/ou fora da cabine, ou é pré-definido pelo usuário. A temperatura do ar dentro ou fora da cabine pode então ser facilmente medida usando sensores de temperatura dentro e/ou fora da cabine, e a radiação térmica à qual o indivíduo da cabine é exposto, a velocidade de fluxo do ar da cabine e a umidade do ar da cabine podem também medidas usando sensores correspondentemente adequados. E concebível determinar a produção de calor metabólico do indivíduo da cabine usando sensores de temperatura usados, por exemplo, na pele, ou, por exemplo, usando câmeras infravermelhas que capturam uma imagem térmica do indivíduo da cabine. O isolamento térmico da roupa do indivíduo da cabine podería também ser medido usando sensores de temperatura dentro e/ou fora da roupa, ou poderia também ser alimentado manualmente pelo indivíduo da cabine. O indivíduo da cabine poderia, por exemplo, selecionar a roupa que ele está usando por meio de um dispositivo de entrada, por exemplo, um teclado, do qual o sistema podería determinar o isolamento térmico da roupa a partir de tabelas. E também concebível detectar a temperatura real e/ou o valor de pelo menos uma variável em inúmeros locais mutuamente espaçados dentro e/ou fora da cabine. Desta maneira, a temperatura do ar poderia ser, por exemplo, detectada na região da cabeça do indivíduo da cabine e simultaneamente na região dos pés do indivíduo da cabine, que permitiría que o sistema verificasse se o indivíduo da cabine pode, por exemplo, sentir o ar da cabine muito frio na região de seus pés ou muito quente na região de sua cabeça.

Seria também concebível determinar a temperatura almejada para locais da cabine mutuamente espaçados. Desta maneira, por exemplo, seria possível, no geral, prover uma menor temperatura almejada do ar da cabine na região da cabeça do que na região dos pés.

De acordo com outra modalidade preferida, seria concebível prover um assim denominado modo “anular” que permite que o indivíduo da cabine adapte as características do ar suprido na cabine, em particular, o fluxo volumétrico, direção e/ou temperatura, a preferências individuais. De acordo com outra modalidade preferida, é também concebível adicionalmente levar em conta pelo menos um dos parâmetros seguintes, quando se controlam as características. Em particular, o fluxo volumétrico e/ou direção e/ou temperatura do ar suprido na cabine, em que valores para eles são em particular detectados por meio de pelo menos um sensor adequado dentro e/ou fora da cabine, ou são pré-definidos pelo usuário. - embaçamento de pelo menos um vidro da cabine; - o teor de CO2 no ar da cabine; - o teor de poluentes no ar da cabine ou ar externo; - resfriamento do ar na cabine o mais rápido possível; - aquecimento do ar na cabine o mais rápido possível.

Assim, a presente invenção também oferece a opção de atender outras demandas, além de garantir o conforto térmico do indivíduo da cabine e, correspondentemente, controlar as características do ar suprido na cabine.

De acordo com outra modalidade preferida, pelo menos um desses parâmetros pode ser classificado maior ou menor do que o conforto térmico, quando se controlam as características, em particular o fluxo volumétrico, direção e/ou temperatura do ar suprido. Em outras palavras, o fluxo volumétrico de ar suprido na cabine pode, por exemplo, ser aumentado quando o teor de C02 no ar da cabine for maior, mesmo que isto possa ser prejudicial para o conforto térmico do indivíduo da cabine.

Seria também concebível indicar instruções para obter um estado almejado ao indivíduo da cabine, por exemplo, em um monitor, em que o “estado almejado” não se refere somente à temperatura almejada do ar da cabine, mas, em vez disso, pode também referir-se aos parâmetros supramencionados, isto é, embaçamento de pelo menos um vidro da cabine (medido, por exemplo, por um sensor de umidade em um vidro), o teor de C02 no ar da cabine, o teor de poluentes no ar da cabine, ou resfriamento/aquecimento do ar na cabine o mais rápido possível. A fim de resfriar/aquecer o ar da cabine o mais rápido possível, por exemplo, o indivíduo da cabine podería ser instruído a fechar as janelas da cabine, ou, quando o teor de poluentes no ar da cabine ou no ar externo for muito alto, o indivíduo da cabine podería ser instruído a abrir ou fechar as janelas da cabine, respectivamente.

Seria também concebível armazenar valores individuais para as características, em particular, o fluxo volumétrico, direção e/ou temperatura do ar suprido na cabine para indivíduos particulares dentro do indivíduo da cabine, a fim de subsequentemente ser recuperadas. Seria, portanto, possível prover um clima agradável na cabine do operador para diferentes operadores do guindaste, sem que eles tenham de alimentar manualmente variáveis individuais, tais como, por exemplo, isolamento térmico da roupa que eles estão atualmente usando. Seria, então, concebível que cada operador do guindaste informasse ao sistema, por meio de um teclado, que as características do ar suprido na cabine devem ser adaptadas a esse indivíduo.

Outro aspecto da presente invenção diz respeito a um sistema de controle de clima para a cabine de uma máquina de construção. Em particular, um guindaste, que é configurado para realizar um método tal como o que foi aqui descrito.

Um dispositivo de controle de clima como este compreende pelo menos um dispositivo de ventilação para suprir ar na cabine e pelo menos um sensor para medir - ou uma interface de entrada para alimentar manualmente - variáveis que influenciam o conforto térmico do indivíduo da cabine. O dispositivo de controle de clima de acordo com a invenção pode também compreender um aquecedor e/ou uma unidade de condicionamento de ar a fim de controlar a temperatura e umidade do ar suprido na cabine.

Uma modalidade particularmente preferida de um dispositivo de controle de clima de acordo com a invenção é mostrada na figura 1 em anexo. A presente invenção pode compreender qualquer dos recursos mostrados aqui, individualmente e em qualquer combinação expediente. O dispositivo de controle compreende um microcontrolador que é conectado em sensores adequados, por exemplo, os sensores supradescritos, e que registra seus valores de medição. O microcontrolador é, por outro lado, conectado no ventilador, unidade de condicionamento de ar e aquecedor de um dispositivo de suprimento de ar e controla-os com base nos valores de medição providos pelos sensores. Por meio de um barramento CAN, o indivíduo da cabine tem a opção de fazer entradas por meio de um teclado, em que uma opção indicativa é também provida, por exemplo, por meio de um monitor.

Claims

1. Método para controle de clima em uma cabine de operador de uma máquina de construção, em particular um guindaste, em que a temperatura real do ar na cabine é detectada por meio de pelo menos um sensor, e características - em particular o fluxo volumétrico, direção e/ou temperatura - do ar suprido à cabine são automaticamente controladas com base na temperatura real detectada e em uma temperatura almejada específica, caracterizado pelo fato de que a temperatura almejada é automaticamente determinada com base em pelo menos uma variável que afeta o conforto térmico do indivíduo da cabine.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma das seguintes variáveis é levada em consideração na determinação da temperatura almejada: - temperatura do ar fora da cabine; - a radiação térmica à qual o indivíduo da cabine é exposto; - velocidade de fluxo do ar da cabine; - a umidade do ar da cabine; - a produção de calor metabólico do indivíduo da cabine; e/ou - o isolamento térmico da roupa do indivíduo da cabine.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o valor de pelo menos uma variável é medido por meio de pelo menos um sensor dentro e/ou fora da cabine, ou é pré-definido pelo usuário.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a temperatura real e/ou o valor de pelo menos uma variável é detectada em inúmeros locais mutuamente espaçados dentro e/ou fora da cabine.

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a temperatura almejada é determinada para locais da cabine mutuamente espaçados.

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dos parâmetros seguintes é adicionalmente levado em conta durante o controle das características, em particular, o fluxo volumétrico, direção e/ou temperatura do ar suprido na cabine, em que valores para o mesmo são, em particular, detectados por meio de pelo menos um sensor dentro e/ou fora da cabine, ou são pré-definidos pelo usuário: - embaçamento de pelo menos um vidro da cabine; - o teor de CO2 no ar da cabine; - o teor de poluentes no ar da cabine ou ar externo; - resfriamento do ar na cabine o mais rápido possível; - aquecimento do ar na cabine o mais rápido possível.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que pelo menos um desses parâmetros é classificado mais alto ou mais baixo do que o conforto térmico durante o controle das características, em particular, o fluxo volumétrico, direção e/ou temperatura, do ar suprido.

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que instruções para obter um estado almejado são indicadas ao indivíduo da cabine.

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que é provida uma opção de armazenar valores individualmente estabelecidos para as características, em particular, o fluxo volumétrico, direção e/ou temperatura do ar suprido na cabine, a fim de ser subsequentemente recuperados.

10. Dispositivo de controle de clima para a cabine de uma máquina de construção, em particular um guindaste, caracterizado pelo fato de que é configurado para realizar um método como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9.