Controlador de Temperatura com Resfriamento Ativo

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Como citar esse artigo: VERTULO, Rodrigo Cesar. Controlador de Temperatura com Resfriamento Ativo. Disponível em: <http://labdeeletronica.com.br/eletronicaanalogica/controlador-de-temperatura-com-resfriamento-ativo/>. Acessado em: 23/04/2024.


Esse circuito é um controlador de temperatura com resfriamento ativo que pode ser utilizado em qualquer projeto
em que seja necessário manter a temperatura de um ambiente próxima a um limiar desejado e cuja extrema precisão não seja um fator crítico.

O sistema é alimentado por uma bateria de 12 Volts e formado por cinco sub circuitos de fácil implementação, sendo eles o Monitor de Temperatura, Controlador de Temperatura, Detector de Borda de Descida, Circuito de Aquecimento e Circuito de Resfriamento.

O sub circuito Monitor de Temperatura é responsável por setar o valor da temperatura que será utilizado como limiar para definir os momentos em que o Circuito de Aquecimento ou o Circuito de Resfriamento deverão ser acionados ou desativados. Ele funciona com base em um amplificador operacional LM741 configurado como comparador de tensão. A entrada não inversora do amplificador operacional é conectada a um divisor de tensão resistivo formado por dois resistores de 1 KOhms que impõe à ela uma tensão de 6 Volts. Por outro lado, a entrada inversora do Amplificador Operacional é conectada a outro divisor de tensão resistivo formado por um termistor NTC e um resistor variável de 3 KOhms. O resistor variável permite a definição do limiar de temperatura, ou seja, enquanto a temperatura do ambiente monitorado estiver abaixo desse limiar o Circuito de Aquecimento mantém-se ativado e quando ela ultrapassar o limiar definido o elemento de aquecimento é desativado e o Circuito de Resfriamento é disparado. No caso desse circuito apresentado o resistor variável foi definido com 2178 Ohms fazendo com que o limiar de temperatura fique em aproximadamente 70 Graus Celsius.

O Circuito de Aquecimento tem a função de ativar algum elemento de aquecimento, como por exemplo uma resistência ou até mesmo uma ou mais lâmpadas de tungstênio, por meio de um relê. No caso desse circuito o relê foi conectado diretamente à bateria de 12 Volts já que o elemento de aquecimento está sendo representado por um LED. Contudo, se fosse um elemento de aquecimento de alta potência o recomendado é que o relê seja conectado a uma
fonte de alimentação mais apropriada. O acionamento do Circuito de Aquecimento se dá por meio da saída do Amplificador Operacional LM741 do circuito Monitor de Temperatura. Quando a temperatura do ambiente monitorado se encontrar abaixo do limiar definido, a saída do 741 mantém-se ativada fazendo com que o relê permaneça fechado e o elemento de aquecimento ativado.

O circuito Controlador da Ventoinha é formado por um circuito integrado 555 configurado no modo monoestável que tem a função de definir por quanto tempo o elemento de resfriamento do Circuito de Resfriamento, que nesse caso é uma ventoinha, permanecerá ativo. A configuração desse tempo se dá por intermédio do resistor variável conectado ao circuito. No exemplo desse circuito o resistor variável utilizado foi um de 500 kOhms e o valor definido foi 22 KOhms, fazendo com que o tempo de acionamento do Circuito de Resfriamento seja de aproximadamente 8 segundos. Sendo assim, sempre que a temperatura do ambiente monitorado atingir o valor limiar definido no circuito Monitor de Temperatura, o circuito Controlador da Ventoinha é disparado mantendo o Circuito de Resfriamento ativo por um tempo aproximado de 8 segundos. É importante notar que o acionamento do circuito Controlador de Temperatura é feito com a ajuda de um circuito Detector de Borda de Descida que dá um pulso de disparo no 555 sempre que a saída do 741 é desativada, ou seja, quando o limiar de temperatura é atingido.

Finalmente temos Circuito de Resfriamento que possui uma configuração bastante semelhante ao Circuito de Aquecimento, com a diferença que o elemento a ser acionado é um responsável por acelerar o resfriamento do ambiente monitorado. Esse elemento de resfriamento poderia ser por exemplo uma ventoinha. Também é preciso deixar claro que, nesse caso, o relê foi conectado à bateria de 12 Volts que alimenta o circuito, contudo, dependendo do elemento de resfriamento utilizado uma fonte de alimentação mais apropriada deverá ser utilizada. É importante ter em mente que o Circuito de Resfriamento ficará acionado pelo tempo determinado pelo circuito Controlador da Ventoinha, independentemente do valor da temperatura do ambiente monitorado. Além disso, assim que o limiar de
temperatura é atingido o Circuito de Resfriamento é acionado e o Circuito de Aquecimento é desativado. Contudo, quando a temperatura do ambiente monitorado ficar abaixo do limiar automaticamente o Circuito de Aquecimento é ligado e poderá ocorrer de ao mesmo tempo o Circuito de Resfriamento se manter acionado até que o tempo
do Controlador de Ventoinha tenha finalizado.

Para finalizar a análise do projeto, assim que o sistema é alimentado tanto o Circuito de Aquecimento (nesse caso a temperatura do ambiente deverá estar abaixo do limiar) quanto o Circuito de Resfriamento são ativados para que o operador do mesmo possa se certificar de que tanto o elemento de aquecimento quanto o de resfriamento estão funcionamento perfeitamente.

Não se esqueça de que esse é um projeto que foi montado e testado em um ambiente de simulação e que sua montagem física poderá demandar algum ajuste, já que não podemos esperar que um projeto montado em um ambiente de simulação funcione perfeitamente em um ambiente real. Dois pontos a serem observados no caso de uma montagem física é em relação à potência consumida nas saídas do 741 e do 555 ao energizarem os relês. Se a resistência de cada relê for muito baixa poderá ser necessária a utilização de resistores ou até mesmo a utilização de transistores como chave para a energização deles, a fim de evitar-se a sobrecarga tanto do 741 quanto do 555.

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Comentários

  • Anderson Sacramento
    Responder

    como montar um detector de carga com Arduino e células de cargas, qual seria o esquema de montagem?