Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Manutenção Industrial, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Prof. Doutor Eduardo A.B. Maldonado

Trabalho realizado no Hospital Pedro Hispano, orientado pela Engª Joana Andrade / Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2013

Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Universidade do Porto. Faculdade de Engenharia. 2011

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do professor Doutor Armando Oliveira

O objetivo deste trabalho foi desenvolver um sistema para atender as necessidades de controle e automação de um sistema de climatização para abrigos de equipamentos eletrônico, contemplando o controle dos níveis de umidade, de temperatura e a eliminação de partículas de poeira suspensa no ar. Existe uma ampla gama de tipos de abrigos, como subestações pré-fabricadas, data-centers, shelters de telecomunicação, salas elétricas, dentre outros. Ao abrigar equipamentos elétricos em funcionamento, a quantidade e acumulo de energia térmica no interior do ambiente onde se localizam ocasiona a elevação da temperatura a níveis inaceitáveis ao bom funcionamento dos equipamentos abrigados. Além disso, a umidade e a existência de particulados no ambiente podem causar a deterioração dos componentes eletrônicos. Por esse motivo é inevitável a utilização de um sistema de climatização para proteção desses equipamentos. O ato de refrigerar, desumidificar, purificar e renovar o ar permite o aumento da vida útil dos equipamentos instalados no interior desses abrigos. O projeto desenvolvido neste trabalho para automatização de um sistema de climatização foi aplicado a uma subestação elétrica pré-fabricada para uma indústria do ramo de mineração.Inicialmente realizou-se um estudo das exigências que o sistema de climatização teria que atender. Realizou-se uma modelagem do sistema levando-se em conta os requisitos do projeto e, para que o sistema fosse aplicado em campo, a lógica de programação foi testada em fábrica por meio do software de programação do CLP e posteriormente comissionado antes da entrega final em campo. O teste de campo consistiu em ligar o sistema automatizado de climatização e simular todo o funcionamento e condições de falhas possíveis, certificando que as respostas do sistema estivessem dentro das especificações definidas durante o projeto. O sistema desenvolvido encontra-se em funcionamento e serve de modelo para o desenvolvimento de novos projetos de climatização. / The aim of this study was to develop a system to attend the needs of automation and control of a cooling system for electronic equipment shelters, including the control of humidity, temperature and elimination of dust particles suspended in air. There is a wide range of types of shelters, such as prefabricated substations, data centers, telecom shelters, electrical rooms, among others. In house electrical equipment in operation, the amount and accumulation of heat inside this type o shelters where they are located causes the temperature rise to unacceptable levels for the proper functioning of equipment housed. Moreover, the presence of moisture and particulates in the environment may cause deterioration of electronic components and so it is inevitable to use a cooling system for protection of such equipment. The act of cooling, dehumidify, purify and renew the air permit to increase the lifetime of the equipment installed inside these shelters. The project developed in this work for automation of a cooling system was applied to an electrical substation for a prefab industry mining sector. Initially we carried out a study of the requirements that the HVAC system and would have to attend before the system was applied in the field, the programming logic was tested at the factory through the PLC programming software and subsequently commissioned before final delivery in field. The field test was to connect the automated climate control and simulate the entire operation and fault conditions possible, ensuring that the system responses were within the specifications established during the project. The system is designed for operation and serves as a model for the development of new draft cooling.

O estudo teve como objetivo avaliar as respostas hormonais, fisiológicas e comportamentais de vacas Holandesas frente a situações de conforto ou estresse térmico ambiental. O experimento desenvolvido entre os verões de 2007 e 2008 no Campus Administrativo da Universidade de São Paulo (USP), Pirassununga, SP, utilizou 28 fêmeas de 1ª a 3ª lactações com produção média de 20 kg/dia divididas em dois grupos experimentais após a parição, com e sem disponibilidade de climatização em galpão do tipo free-stall. Os parâmetros ambientais foram avaliados através do cálculo do índice de temperatura e umidade (ITU). As colheitas de dados fisiológicos (temperatura retal, temperatura de superfície corporal do dorso e base da cauda, frequência respiratória), hormonais (cortisol e IGF-I), comportamentais e de produção e qualidade do leite foram realizadas em cinco condições climáticas no ano (outono, inverno, primavera, verão seco e verão chuvoso) caracterizadas pela temperatura, umidade relativa e radiação solar. No verão os animais foram submetidos ao Teste de Capacidade Termolítica (CT) e a um estudo comparativo de um período de sete dias sob estresse calórico em câmara climática e desafio com aplicação de ACTH. No experimento 1 o teste de capacidade termolítica foi validado. A CT foi igual para animais em lactação ou secos (P>0,05), e maior para vacas mantidas sob sistema de climatização ao longo do ano (P<0,01). Houve influência da exposição ao sol sobre todas as variáveis fisiológicas (P<0,01). Os níveis plasmáticos de cortisol foram maiores antes da exposição ao sol e depois do repouso por 1 hora à sombra para vacas em lactação (P=0,03) e para as sem disponibilidade de climatização (P=0,03). O IGF-I foi maior nas vacas secas em final de gestação (P<0,01). No experimento 2 a temperatura retal não teve influência da climatização, com os dois grupos apresentando valores abaixo de 38,56 ºC ao longo do ano (P=0,11). Observou-se uma tendência de alta (P<0,01) nas concentrações plasmáticas de cortisol entre outono e inverno, começando o decréscimo até o início do verão seco e um novo aumento durante o verão chuvoso, e um comportamento inverso para o IGF-I. Temperatura retal mostrou uma correlação moderada e positiva (P<0,01) com a temperatura superficial (0,46) e frequência respiratória (0,35). A temperatura do ar e ITU apresentaram correlações positivas de moderada à alta com as temperaturas retal, da base da cauda e superficial, e também com a frequência respiratória (P<0,01). No experimento 3 as vacas passaram a maior parte do dia na sombra em pé (84,2 %) independente da estação do ano. O ambiente climatizado proporcionou maior frequência de alimentação e produção de leite durante o verão (P<0,05), assim como teor de gordura 17,9 % maior (P<0,01). No experimento 4 os animais foram submetidos ao estresse pontual causado pelo uso do ACTH e ao estresse calórico prolongado em câmara climática. Tanto a administração de ACTH quanto a exposição ao calor prolongado em câmara climática aumentaram os níveis de cortisol plasmático. Durante o estresse calórico houve diminuição do IGF-I e produção leiteira e aumento das variáveis fisiológicas ligadas a termorregulação. / The study aimed to evaluate the hormonal, physiological and behavioral responses of Holstein cows in situations of a comfort or heat environment. The experiment was conducted between the summers of 2007 and 2008 in the University of São Paulo (USP), Pirassununga, SP, and used 28 females from 1st to 3rd lactations with average production of 20 kg/day divided into two experimental groups after birth, with and without an evaporative cooling system in a free-stall. Environmental parameters were evaluated by temperature and humidity index (THI). Collection of physiological data (rectal temperature, body surface, internal base of tail, respiratory rate), hormonal (cortisol and IGF-I), behavioral and production and milk quality were conducted in five climatic conditions (autumn, winter, spring, dry summer and rainy summer) characterized by air temperature, relative humidity and solar radiation. In summer the animals were subjected to Thermolysis Capacity Test (CT) and a comparative study of a period of seven days under heat stress in climatic chamber and challenged with ACTH administration. In experiment 1 the Thermolysis Capacity Test was validated. The CT was the same for dry or lactating animals (P>0.05) and higher for cows kept in evaporative cooling system throughout the year (P<0.01). The results showed influence of sun exposure on all physiological variables (P<0.01). Plasma levels of cortisol were higher before sun exposure and after the one hour rest under shade for lactating cows (P=0.03) and for no cooled animals (P=0.03). IGF-I was higher in dry cows in late gestation (P<0.01). In experiment 2 the evaporative cooling system did not show influence on rectal temperature, with both groups having values below 38.56 ºC throughout the year (P=0.11). It was observed an upward trend (P<0.01) in plasma cortisol concentrations between autumn and winter, starting the decline until the beginning of dry summer and a further increase during rainy summer, and an opposite pattern for IGF- I. Rectal temperature showed a moderate and positive correlation (P<0.01) with the body surface temperature (0.46) and respiratory rate (0.35). The air temperature and THI showed moderate to high positive correlations with rectal temperatures, and the internal base of tail, and also with the respiratory rate (P<0.01). In experiment 3 cows spent most of the day standing in the shade (84.2%) regardless of season. Cooled cows had a higher feeding frequency and milk production during summer (P<0.05) and fat content 17.9% higher (P<0.01). In experiment 4, cows were subjected to the short stress caused by the ACTH administration and prolonged heat stress in climatic chamber. Both the administration of ACTH as prolonged exposure to heat in climatic chamber increased the levels of plasma cortisol. During heat stress a decrease in plasma IGF-I and milk production was observed, and an increase in physiological variables related to thermoregulation.

O estudo teve como objetivo avaliar as respostas hormonais, fisiológicas e comportamentais de vacas Holandesas frente a situações de conforto ou estresse térmico ambiental. O experimento desenvolvido entre os verões de 2007 e 2008 no Campus Administrativo da Universidade de São Paulo (USP), Pirassununga, SP, utilizou 28 fêmeas de 1ª a 3ª lactações com produção média de 20 kg/dia divididas em dois grupos experimentais após a parição, com e sem disponibilidade de climatização em galpão do tipo free-stall. Os parâmetros ambientais foram avaliados através do cálculo do índice de temperatura e umidade (ITU). As colheitas de dados fisiológicos (temperatura retal, temperatura de superfície corporal do dorso e base da cauda, frequência respiratória), hormonais (cortisol e IGF-I), comportamentais e de produção e qualidade do leite foram realizadas em cinco condições climáticas no ano (outono, inverno, primavera, verão seco e verão chuvoso) caracterizadas pela temperatura, umidade relativa e radiação solar. No verão os animais foram submetidos ao Teste de Capacidade Termolítica (CT) e a um estudo comparativo de um período de sete dias sob estresse calórico em câmara climática e desafio com aplicação de ACTH. No experimento 1 o teste de capacidade termolítica foi validado. A CT foi igual para animais em lactação ou secos (P>0,05), e maior para vacas mantidas sob sistema de climatização ao longo do ano (P<0,01). Houve influência da exposição ao sol sobre todas as variáveis fisiológicas (P<0,01). Os níveis plasmáticos de cortisol foram maiores antes da exposição ao sol e depois do repouso por 1 hora à sombra para vacas em lactação (P=0,03) e para as sem disponibilidade de climatização (P=0,03). O IGF-I foi maior nas vacas secas em final de gestação (P<0,01). No experimento 2 a temperatura retal não teve influência da climatização, com os dois grupos apresentando valores abaixo de 38,56 ºC ao longo do ano (P=0,11). Observou-se uma tendência de alta (P<0,01) nas concentrações plasmáticas de cortisol entre outono e inverno, começando o decréscimo até o início do verão seco e um novo aumento durante o verão chuvoso, e um comportamento inverso para o IGF-I. Temperatura retal mostrou uma correlação moderada e positiva (P<0,01) com a temperatura superficial (0,46) e frequência respiratória (0,35). A temperatura do ar e ITU apresentaram correlações positivas de moderada à alta com as temperaturas retal, da base da cauda e superficial, e também com a frequência respiratória (P<0,01). No experimento 3 as vacas passaram a maior parte do dia na sombra em pé (84,2 %) independente da estação do ano. O ambiente climatizado proporcionou maior frequência de alimentação e produção de leite durante o verão (P<0,05), assim como teor de gordura 17,9 % maior (P<0,01). No experimento 4 os animais foram submetidos ao estresse pontual causado pelo uso do ACTH e ao estresse calórico prolongado em câmara climática. Tanto a administração de ACTH quanto a exposição ao calor prolongado em câmara climática aumentaram os níveis de cortisol plasmático. Durante o estresse calórico houve diminuição do IGF-I e produção leiteira e aumento das variáveis fisiológicas ligadas a termorregulação. / The study aimed to evaluate the hormonal, physiological and behavioral responses of Holstein cows in situations of a comfort or heat environment. The experiment was conducted between the summers of 2007 and 2008 in the University of São Paulo (USP), Pirassununga, SP, and used 28 females from 1st to 3rd lactations with average production of 20 kg/day divided into two experimental groups after birth, with and without an evaporative cooling system in a free-stall. Environmental parameters were evaluated by temperature and humidity index (THI). Collection of physiological data (rectal temperature, body surface, internal base of tail, respiratory rate), hormonal (cortisol and IGF-I), behavioral and production and milk quality were conducted in five climatic conditions (autumn, winter, spring, dry summer and rainy summer) characterized by air temperature, relative humidity and solar radiation. In summer the animals were subjected to Thermolysis Capacity Test (CT) and a comparative study of a period of seven days under heat stress in climatic chamber and challenged with ACTH administration. In experiment 1 the Thermolysis Capacity Test was validated. The CT was the same for dry or lactating animals (P>0.05) and higher for cows kept in evaporative cooling system throughout the year (P<0.01). The results showed influence of sun exposure on all physiological variables (P<0.01). Plasma levels of cortisol were higher before sun exposure and after the one hour rest under shade for lactating cows (P=0.03) and for no cooled animals (P=0.03). IGF-I was higher in dry cows in late gestation (P<0.01). In experiment 2 the evaporative cooling system did not show influence on rectal temperature, with both groups having values below 38.56 ºC throughout the year (P=0.11). It was observed an upward trend (P<0.01) in plasma cortisol concentrations between autumn and winter, starting the decline until the beginning of dry summer and a further increase during rainy summer, and an opposite pattern for IGF- I. Rectal temperature showed a moderate and positive correlation (P<0.01) with the body surface temperature (0.46) and respiratory rate (0.35). The air temperature and THI showed moderate to high positive correlations with rectal temperatures, and the internal base of tail, and also with the respiratory rate (P<0.01). In experiment 3 cows spent most of the day standing in the shade (84.2%) regardless of season. Cooled cows had a higher feeding frequency and milk production during summer (P<0.05) and fat content 17.9% higher (P<0.01). In experiment 4, cows were subjected to the short stress caused by the ACTH administration and prolonged heat stress in climatic chamber. Both the administration of ACTH as prolonged exposure to heat in climatic chamber increased the levels of plasma cortisol. During heat stress a decrease in plasma IGF-I and milk production was observed, and an increase in physiological variables related to thermoregulation.