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FACULDADE CARLOS DRUMMOND DE ANDRADE
ACÁCIO SILVA DO NASCIMENTO
AMÉRICO CARVALHO
ANDRÉ LUIZ ANDRADE SILVA
ÉRICA FREIRE
MARCELO DE PAULA
RENATO BONFIM
WILLIAM SILVA BATISTA
WILSON DIAS
CLIMATIZADOR ELETRÔNICO
Trabalho orientado pelo professor
Fábio Henrique Pimentel, no curso de
Engenharia Eletrônica apresentado
à Faculdade Carlos Drummond de Andrade
SÃO PAULO, NOVEMBRO DE 2011.
SUMÁRIO
CAPÍTULO 1
1 –
Introdução..................................................................
....................................3
1.1 -
Objetivo....................................................................
....................................3
1.2 -
Justificativas..............................................................
...................................4
1.3 –
Motivação...................................................................
.................................5
CAPÍTULO 2
2 – Revisão
Bibliografica...............................................................
......................6
2.1- Efeito
Peltier.....................................................................
..........................10
2.1.1 - Aplicações de dispositivos com efeito
Peltier.........................................14
CAPÍTULO 3
3 –
Materiais...................................................................
...................................16
3.1-
Métodos.....................................................................
.................................22
3.2 - Esquema
Elétrico....................................................................
...................25
3.3 –
Software....................................................................
................................26
3.4 –
Algoritmo...................................................................
................................26
3.5 –
Fluxograma..................................................................
.............................27
3.6 – Português
Estruturado.................................................................
.............28
3.7 – Linguagem de
Programação.................................................................
....28
3.8 – Simulação
Virtual.....................................................................
.................30
CAPÍTULO 4
4 –
Conclusão...................................................................
.................................31
CAPÍTULO 1
1 - Introdução
Este projeto visa à melhoria no segmento de climatizadores de ambientes,
tendendo a diminuir os efeitos negativos de sua utilização e um menor
impacto ambiental.
1.1- Objetivo
Este projeto tem como objetivo desenvolver um sistema de climatização
automotivo, buscando novas alternativas para o seguimento, visando um baixo
custo e consumo energético. Com isso alcançar um maior desenvolvimento
profissional e técnico de seus projetistas.
Seu principal componente que substitui todo sistema mecânico do ar-
condicionado atual são as pastilhas termoelétricas, chamadas também de
células de Peltier. Essas células são constituídas por duas placas
quadradas de cerâmica paralelas, entre elas há um conjunto de
semicondutores agrupados que fazem a transferência de calor de uma placa
para a outra, criando um diferencial de temperatura que torna possível a
criação e o desenvolvimento desse projeto. O controle automático da placa e
do sistema de ventilação será feito por comparadores LM741, o sinal do
sensor de temperatura LM35 dentro da caixa irá se comparar constantemente
ao potenciômetro de controle do usuário, essas informações são trabalhadas
em níveis lógicos (0 ou 1), juntamente a parte de potência para acionamento
dos ventiladores.
O sistema desenvolvido não é um ar condicionado e sim um climatizador, que
faz o aquecimento ou o resfriamento do ambiente de acordo com a
necessidade.
Palavras-chave: Peltier, sensor de temperatura, controle, ar condicionado.
1.2- Justificativa
A cada dia aumenta a preocupação da humanidade com o meio ambiente.
Buscando-se projetos com sustentabilidade, o conforto de um ar-condicionado
utilizado em carros hoje, faz com que as pessoas sintam-se cômodas ao
conforto e não as ideias sustentáveis e econômicas.
Os climatizadores hoje são grandes, consomem muita energia e possuem
muitos componentes: compressores, mangueiras, tubos além de trabalhar com
gases refrigerantes tóxicos e que atacam a atmosfera terrestre quando
disperso no ar. No caso do ar condicionado, seu compressor retira uma
potencia muito significativa do motor (relação W/cv) para funcionar, isso
gera um alto consumo de combustível e consequentemente uma maior emissão de
poluentes na atmosfera.
Os carros e outros veículos liberam diferentes poluentes atmosféricos, como
monóxido de carbono, dióxido de azoto, partículas ultra finas e compostos
orgânicos voláteis que podem ter efeito negativos não apenas sobre o meio
ambiente, mas também sobre a saúde humana. Estudos recentes revelam que a
poluição provocada no trânsito perto das escolas tem impacto significativo
no desenvolvimento das crianças.( Jornal Folha de São Paulo, colunista
Gilberto Dimenstein edição do dia 15 de setembro de 2011)
Estes estudos mostram que as crianças, em escolas localizadas em ambientes
de alto tráfego, tiveram 45% maior risco de desenvolver asma. Foi também
relatado que o risco associado à exposição a poluição relacionada com o
trafego nas escolas é quase tão alta quanto a exposição residencial. Outro
interessante estudo constatou que a poluição atmosférica relacionada com o
tráfego pode estar ligada a uma maior taxa de morte entre as pessoas que
sobreviveram inicialmente a problemas respiratórios.
A poluição causada pelo tráfego é responsável por mais de 250.000 novos
casos de bronquite crônica e mais de 500.000 ataques de asma a cada ano na
Europa.
O projeto em desenvolvimento será voltado a área automotiva, será um
climatizador que não retira potência do motor ( por não haver compressor),
além disso é 100% ecológico por não necessita de nenhum gás refrigerante
somente o ar ambiente. Não é ar-condicionado e sim climatizador, quando
frio aquece o ambiente e quando quente resfria o local.
1.3- Motivação
Desenvolver um sistema diferente, moderno e sustentável tornando uma nova
alternativa para um determinado seguimento. De acordo com a revista "AUTO
Esporte publicação de Agosto de 2011 com tema (Como reduzir o consumo de
combustível de seu veiculo) escrito pelo colunista Danie Messeder "Dirigir
com o ar-condicionado ligado consome mais combustível, devido o sistema
operacional do mesmo (compressor) exigir uma maior potencial para seu
funcionamento". Esse componente tem a função de comprimir o gás
refrigerante, juntamente com os ventiladores que jogam a circulação por
todo o sistema".
O que é bem diferente de um ar-condicionado residencial, onde o compressor
liga e desliga controlando a temperatura e pressão do gás. O que contribui
para o consumo tornar-se maior, pois o compressor precisa de força para
comprimir o gás, e essa potencia é retirada do motor através de uma
correia. Se a potência do motor diminuir, uma maior quantidade de
combustível é injetada para compensar a perda, fato esse perceptível em
veículos de menor potência.
Segundo a matéria o aumento pode chegar a 10% dependendo do veiculo. Se o
dispositivo automotivo é um conforto que ninguém abre mão e que todos que
podem usam o sistema, mesmo que ele aumente o consumo de combustível e a
emissão de gases poluentes. A ideia é criar um protótipo com maiores
benefícios, entre elas a ideia de redução de consumo e de poluentes
derivados da gasolina e outros combustíveis de automóveis.
CAPÍTULO 2
2- Revisões Bibliográficas
O conceito de condicionamento de ar era já aplicado na antiga Roma,
(http://pt.wikipedia.org/wiki/Condicionamento_de_ar) onde a água de
aquedutos era feita circular através das paredes de certas casas, para
arrefecê-las.
Figura 1 – Ar Condicionado doméstico
O inventor chinês do século II Ding Huan inventou um ventilador rotativo
para condionamento de ar. Este ventilador era constituído por sete rodas
com 3 m de diâmetro e operado manualmente. Em 747, o Imperador Xuanzong, da
dinastia Tang mandou construir, no seu palácio, o Salão Fresco (Liang Tian)
que é descrito como tendo ventiladores, acionados a água, para
condicionamento de ar, bem como esguichos de água a partir de fontes.
Durante a subsequente dinastia Song, as fontes escritas mencionam uma
utilização crescente de ventiladores rotativos de ar condicionado.
Badgirs no atual Irã. Na Pérsia medieval existiam edifícios que usavam
cisternas e torres de vento (badgirs) para o seu arrefecimento nas épocas
quentes. As cisternas abertas - semelhantes a piscinas - recolhiam a água
da chuva. As torres de vento dispunham de aberturas que captavam o vento e
de cata-ventos que direcionavam o fluxo de ar para o interior do edifício,
normalmente passando sobre a cisterna e saindo por uma torre de
arrefecimento situada a jusante da direção do vento. As torres e outros
captadores de vento foram amplamente usados no mundo islâmico medieval,
onde eram usados para o condicionamento de ar em muitas cidades. No Egipto
medieval, foram inventados ventiladores, usados em muitas casas do Cairo. A
maioria destes ventiladores estavaorientada na direção da Qibla, seguindo a
orientação geral da cidade.
Na década de 1600, o inventor holandês Cornelius Drebbel fez a demonstração
"transformando o verão em inverno", perante o Rei Jaime I de Inglaterra,
através da adição de sal à água. Em 1758, o norte-americano Benjamin
Franklin e o britânico John Hadley conduziram uma experiência para explorar
o princípio da evaporação como meio de arrefecer rapidamente um objeto.
Franklin e Hadley confirmaram que a evaporação de líquidos altamente
voláteis - como o alcool e o éter - poderiam ser usados para diminuir a
temperatura de um objeto até ser inferior ao ponto de congelação da água.
Os dois conduziram a sua experiência com o bolbo de um termómetro de
mercúrio até aos - 13,8 ºC, enquanto que a temperatura ambiente se mantinha
nos 18,3 °C. Benjamin Franklin notou que, logo depois de se passar o ponto
de congelamento da água 0 °C, uma fina película de gelo formava-se à
superfície do bolbo do termómetro e que a massa de gelo tinha uma espessura
como cerca de 6 mm quando a experiência era parada ao atingir-se os 13,8°C.
Franklin concluiu que "Com esta experiência, pode-se ver a possibilidade de
se gelar um homem até à morte num dia quente de verão". Em 1820, o
cientista britânico Michael Faraday descobriu que comprimir e liquefazer a
amónia poderia resfriar o ar, quando a amónia liquefeita fosse permitida
evaporar.Em 1842, o médico norte-americano John Gorrie usou a tecnologia de
compressor para criar gelo, o qual usava para arrefecer o ar para os
pacientes do seu hospital em Apalachicola, Flórida. Ele esperava,
eventualmente, usar a sua máquina fazer gelo para regular a temperatura
dentro dos edifícios. Ele até visionou futuros sistemas de ar condicionado
central que pudessem arrefecer cidades inteiras. Apesar de seu protótipo
ter vazamentos e funcionamento irregular, em 1851, foi concedida uma
patente a Gorrie, pela sua máquina de fazer gelo. A primeira unidade
moderna de ar condicionado foi inventada em 1902 por Willis Carrier, em
Buffalo, nos EUA. Depois de se formar em engenharia mecânica na
Universidade Cornell, Carrier foi trabalhar para a empresa metalúrgica
Buffalo Forge Company. Ali, Carrier iniciou experiências com o
condicionamento de ar, como forma de resolver um problema prático para a
empresa gráfica Sackett-Wihelms Lithographing and Publishing de Nova
Iorque. A Sackett-Williams deparava-se com o seu trabalho prejudicado no
verão, estação em que o papel absorvia a umidade do ar e se dilatava. Por
outro lado, as cores impressas nos dias úmidos não se alinhavam nem se
fixavam com as cores impressas em dias mais secos, o que gerava imagens
borradas e obscuras.Carrier teorizou que poderia retirar a umidade da
gráfica pelo resfriamento do ar. Segundo aquele princípio, projetou e
construindo o primeiro aparelho de ar condicionado, que iria iniciar a sua
operação a 17 de julho de 1902. Projetado para melhorar o controlo do
processo de produção na gráfica, a invenção de Carrier controlava, não
apenas a temperatura, mas também a umidade. Carrier usou o seu conhecimento
em aquecimento de objetos com vapor e reverteu o processo. Em vez de enviar
ar através de serpentinas quentes, enviou-o através de serpentinas frias,
cheias com água fria. O ar, soprado através das serpentinas frias, era
arrefecido e podia-se assim controlar assim a quantidade de umidade nele
contida. Por sua vez, a umidade na sala poderia ser também controlada. Os
baixos níveis de calor e umidade destinavam-se a manter constantes as
dimensões do papel e do alinhamento da tinta. Mais tarde, a tecnologia de
Carrier foi aplicada para aumentar a produtividade nos postos de trabalho e
a crescente procura daquela tecnologia levou à criação da empresa Carrier
Air Conditioning Company of America, ainda hoje existente como o maior
fabricante de equipamentos de AVAC do Mundo. Com o passar do tempo, o ar
condicionado veio a ser usado também para o conforto interior em
residências e em automóveis. Na década de 1950, a utilização de ares
condicionados domésticos expandiu-se de forma dramática.
Em 1906, outro norte-americano, Stuart W. Cramer estava a explorando formas
de adicionar umidade ao ar, na sua fábrica têxtil. Cramer criou o termo
"condicionamento de ar" - usando-o num pedido de patente efetuado naquele
ano - em analogia com o termo "condicionamento de água", então um bem
conhecido processo para tornar os texteis mais fáceis de processar.
Combinou a umidade com a ventilação para condicionar e alterar o ar das
fábricas, controlando a umidade tão necessária na indústria têxtil. Willis
Carrier adaptou também o termo e incorporou-o no nome da sua empresa. Este
tipo de evaporação de água no ar, para produzir um efeito de arrefecimento,
é agora conhecido como ("arrefecimento evaporativo").
Os primeiros ares condicionados e frigoríficos empregavam gases tóxicos ou
inflamáveis como a amónia, o clorometano e o propano, o que poderia
resultar em acidentes fatais de houvesse um vazamento. Para substituí-los,
Thomas Midglev Junior criou o freon em 1928. O nome "freon" constitui uma
marca comercial detida pela multinacional DuPont, aplicando-se a qualquer
refrigerante dos tipos clorofluorcarboneto (CFC), CFC hidrogenado (HCFC) ou
hidrofluorcarboneto (HFC). O nome específico de cada um indica a sua
composição molecular (ex.: R-11, R-12, R-22 e R-134A). A mistura mais
utilizada no ar condicionado de conforto de expansão direta é um HCFC
conhecido como "clorodifluorometano" ou "R-22". Deixou de ser utilizado em
equipamentos novos em 2010 e completamente descontinuado em 2020. O R-12
constituía uma mistura muito utilizada em ares condicionados de automóveis,
tendo sido subsituído pelo R-134A. Têm sido desenvolvidos vários tipos de
refrigerantes menos prejudiciais para a camada de ozono - como o R-410A -
que têm vindo a substituir os antigos refrigerantes mais nocivos.A inovação
em termos de tecnologia de ar condicionado tem melhorado, agora com uma
ênfase colocada no aumento da eficiência energética e na melhoria da
qualidade do ar interior convencionais, têm sido propostas alternativas
naturais como o CO2 (R-744).
2.1 Efeitos Peltier
O efeito de Peltier, como o próprio nome indica, foi descoberto em 1834
pelo físico francês Jean Charles Athanase Peltier.
O efeito consiste num fenômeno de libertação ou absorção de calor, na
junção de dois metais ou semicondutores diferentes, produzido quando uma
corrente elétrica passa através dela. Este efeito surge devido à existência
de uma força eletromotriz na junção, originada pela diferente composição de
cada um dos lados da junção.
Os primeiros metais a serem investigados foram o bismuto e o cobre; se a
corrente se desloca do bismuto para o cobre a temperatura aumenta. Se o
sentido da corrente é invertido a temperatura diminui.
Figura 1.1- Demonstração do efeito Peltier
Assim, a quantidade de calor trocada depende do tipo de materiais
utilizados e da direção da corrente. A natureza da mudança (libertação ou
absorção de calor) depende do sentido da corrente.
O efeito de Peltier é o efeito inverso ao efeito de Seebeck e tem sido
utilizado recentemente para refrigeração em pequena escala.
O efeito Peltier é a produção de gradiente de temperatura em duas junções
de dois condutores (ou semicondutores) de materiais diferentes quando
submetidos a uma tensão elétrica em um circuito fechado (consequentemente,
percorrido por uma corrente elétrica).
É também conhecido como Força eletromotriz de Peltier e é o reverso do
efeito Seebeck em que ocorre produção de diferença de potencial devido à
diferença de temperatura neste mesmo tipo de circuito.
Estes dois efeitos podem ser também considerados como um só e denominado de
efeito Peltier-Seebeck ou efeito termelétrico. Na verdade, são dois efeitos
que podem ser considerados como diferentes manifestações do mesmo fenômeno
físico.
O efeito Peltier é o inverso do termopar: uma corrente elétrica é forçada a
passar por junções de metais diferentes, resultando em aquecimento de uma e
resfriamento de outra.
Os termopares usam metais para as junções e os valores de tensão e corrente
são bastante baixos. Mas isso não é muito importante pois a finalidade é
apenas medição.
Os dispositivos práticos de efeito Peltier usam semicondutores para uma
maior densidade de corrente e, assim, de potência.
Figura 1.2- Esquema de funcionamento
Em geral o material semicondutor é telureto de bismuto altamente dopado
para criar semicondutores tipo P e tipo N.
Ao circular corrente pelas junções o calor é transferido de uma para outra
e o dispositivo funciona como um refrigerador sem partes móveis.
O mesmo efeito também é utilizado para produzir temperaturas próximas de 0
K onde o terminal aquecido é refrigerado por Nitrogênio líquido cuja
temperatura de ebulição é de 77,35 K (-196,15 °C). Tal procedimento é
conhecido como ultra resfriamento termoelétrico sendo capaz de produzir
temperaturas próximas ao zero absoluto no terminal refrigerado, O ultra
resfriamento por termopar é utilizado para o estudo de supercondutores e do
comportamento de matérias na temperatura do espaço interestelar, onde as
temperaturas são próximas a 0 K.
Combinações práticas:
Figura 1.3- Demonstração das Junções
Na prática não é usado apenas um par de junções, mas uma série delas para
maximizar a potência de resfriamento.
Na Figura 1.2 as junções são eletricamente ligadas em série e termicamente
em paralelo. E várias séries são agrupadas em forma de matriz, formando um
conjunto ou módulo de aspecto conforme Figura 1.3.
Comercialmente os módulos são disponíveis em uma variedade de formatos,
tensões, correntes, capacidades térmicas.
Um módulo típico pode proporcionar diferenças de temperaturas de algumas
dezenas de graus Celsius.
Diferenças maiores podem ser obtidas com associações em cascata conforme
Figura 1.4
Figura 1.4- Camadas da placa de Peltier
2.1.1 Aplicações de dispositivos, com efeito, Peltier
O conjunto tradicional de refrigeração (compressor, condensador,
evaporador) é pouco adequado para equipamentos pequenos. Ocupa razoável
espaço e tem partes móveis, a manutenção é especializada.
Os dispositivos Peltier são pequenos, confiáveis, não têm partes móveis e
podem ser usados em aplicações de pequena capacidade de refrigeração e
pouco espaço, como pequenas geladeiras para automóveis, equipamentos de
laboratório, refrigeração de processadores para aumentar o desempenho
(overclock).
A potência dissipada por unidade de área é relativamente alta e, em muitos
casos, há necessidade de ventilação forçada na junção quente conforme
Figura 1.5 e o conjunto fica parecido com um cooler comum de processador
com um módulo Peltier intercalado.
Figura 1.5- Potência dissipada por unidade de área
Se o conjunto é instalado no interior de algum equipamento, provavelmente
será necessária a instalação de ventilação adicional para evitar
aquecimento de outras partes.
Em caso de defeito, o dispositivo a resfriar fica isolado do dissipador e
proteções devem existir se o superaquecimento não for tolerado.
Outro aspecto a considerar é a possibilidade de condensação de água. Isso
pode ser evitado pela correta seleção do tipo, evitando
superdimensionamentos. Uma boa opção seria o uso de sistemas de controle
para evitar excesso de resfriamento e, por consequência, a indesejável
condensação.
O efeito Peltier foi utilizado para a climatização do ar ambiente, partindo
dos princípios desenvolvidos, nosso trabalho usa a pastilha de Peltier para
a customização ambiente do ar, não envolvendo sistema de gases
refrigerantes e uso de compressores.
CAPÍTULO 3
3- Materiais
O projeto visa à ideia ecologicamente correta, até chegarmos ao
objetivo do Climatizador Eletrônico, pensamos nas mais variadas
possibilidades de soluções em energia sustentável. A tecnologia Peltier é
limpa e com baixo custo em relação a sistemas de condicionamento de ar
veicular e com esse fundamento iniciamos a projeção deste trabalho.
Coolers e Dissipador
Dissipador é usado para ajudar na transferência de calor de
superfícies aquecidas, como por exemplo, no processador de computadores. O
Cooler faz a retirada do calor para a atmosfera. Na figura 1.6 vemos a
utilização de ambos:
Figura 1.6 – Conjunto cooler e dissipador
01 Caixa Ambiente 45x25x25
Acrílico ou polimetil-metacrilato (PMMA) é um material termoplástico
rígido, transparente e incolor; também pode ser considerado um dos
polímeros (plásticos) mais modernos e com maior qualidade do mercado, por
sua facilidade de adquirir formas, por sua leveza e alta resistência. É
também chamado vidro acrílico ou simplesmente acrílico. A caixa de acrílico
será utilizada para simular o ambiente a ser resfriado ou aquecido pelo
sistema. A caixa tem espessura de 10 mm.
Foto 1.6.1 – Caixa Ambiente de Acrílico.
Válvulas Borboleta Revestida
Válvula usada para controle de fluxo de ar, através de um comando
externo (válvula solenoide ou atuadores pneumáticos e hidráulicos) a
borboleta gira 90° realizando a abertura ou fechamento do canal. Figura
1.6.2
Figura 1.6.2 – Válvula Borboleta Revestida
Tubo de PVC 3"
Criado para condução de fluídos, foi utilizada para fazer a circulação
de ar entre a placa Peltier, a caixa ambiente e a atmosfera.
Figura 1.6.3- Tubo para circulação do ar climatizado.
Solenoide
Utilizada para acionamento eletromecânico do sistema de abertura e
fechamento da válvula borboleta.
Figura 1.6.4 – Solenoide
Placa Peltier
Principal componente do projeto esta placa fará o aquecimento ou
resfriamento da caixa ambiente, seu principio de funcionamento é a retirada
de calor de um dos lados e transferência para o outro lado da superfície,
fenômeno conhecido como Força eletromotriz de Peltier, reverso do efeito
Seebeck
(http://efisica.if.usp.br/eletricidade/basico/termo/efeito_termoeletrico/)
em que ocorre produção de diferença de potencial devido à diferença de
temperatura neste mesmo tipo de circuito.
Figura 1.6.5 – Placa Peltier 400 x 400 mm – 91,2W – 15,2Vmax
Sensor de precisão LM 35
O sensor LM35 é um sensor de precisão, fabricado pela National
Semiconductor (www.national.com), que apresenta uma saída de tensão linear
relativa à temperatura em que ele se encontrar no momento em que for
alimentado por uma tensão de 4-20Vdc e GND, tendo em sua saída um sinal de
10mV para cada Grau Celsius de temperatura, sendo assim, apresenta uma boa
vantagem com relação aos demais sensores de temperatura calibrados em
"KELVIN", não necessitando nenhuma subtração de variáveis para que se
obtenha uma escala de temperatura em Graus Celsius.
Figura 1.6.6 – Sensor de Temperatura LM35 com encapsulamento TO-92
O LM35 não necessita de qualquer calibração externa ou "trimming" para
fornecer com exatidão, valores temperatura com variações de ¼ºC ou até
mesmo ¾ºC dentro da faixa de temperatura de –55ºC à 150ºC. Este sensor tem
saída com baixa impedância, tensão linear e calibração inerente precisa,
fazendo com que o interfaceamento de leitura seja especificamente simples,
barateando todo o sistema em função disto.
Este sensor poderá ser alimentado com alimentação simples ou simétrica,
dependendo do que se desejar como sinal de saída, mas independentemente
disso, a saída continuará sendo de 10mV/ºC. Ele drena apenas 60μA para
estas alimentações, sendo assim seu auto aquecimento é de aproximadamente
0.1ºC ao ar livre.
O sensor LM35 é apresentado com vários tipos de encapsulamentos, sendo o
mais comum e usado no projeto o TO-92, que mais se parece com um
transistor, e oferece ótima relação custo benefício, por ser o mais barato
dos modelos e propiciar a mesma precisão dos demais. A grande diversidade
de encapsulamentos se dá devido à alta gama de aplicações deste integrado.
PIC 16F877A
Processamento das informações do circuito analógico e digital obtidas
pelo CI LM741 fará o controle de informações exibidas no Display LCD.
Figura 1.6.7 – Microcontrolador PIC 16F877A fará a conversão da tensão para
informações exibidas no display LCD, para ajuste de temperatura do usuário.
LM741
Componente importante para a automatização do projeto controlará os
relés de acionamento dos ventiladores.
Figura 1.6.8 – LM741 com encapsulamento MDIP.
Potenciômetro
Faz o ajuste de temperatura pelo usuário, com precisão de ±0,5ºC, essa
precisão foi alcançada com o seguinte cálculo, baseado na característica do
Sensor de Temperatura 10mV.
O valor 0,333V será convertido em Graus Celsius pelo PIC16F877A.
Figura 1.6.9 – Potenciômetro Linear
Display LCD
Componente utilizado diretamente com o PIC16F877A, será exibida em
seu visor o nome da empresa na linha superior e abaixo, a temperatura
selecionada pelo usuário dentro do ambiente.
Figura 1.7 – Display LCD
3.1 Métodos
O projeto do Climatizador Eletrônico consiste em utilizar a placa de
Peltier, que é responsável pela troca de calor entre as suas
extremidades. Utilizando internamente semicondutores a placa retira o
calor do ambiente de um lado e o transfere para o lado oposto, esse
fenômeno é chamado de Peltier devido ao processo de produção de diferença
de potencial.
Figura 1.7.1 – Testes iniciais da placa Peltier
A placa fará parte de um mecanismo de ventilação e exaustão de ambiente
fechado, sendo esse mecanismo composto por 1 ventilador puxando o ar da
atmosfera e transferindo-o para a caixa ambiente, o ventilador será
acoplado junto ao dissipador de calor.
O controle e distribuição do mecanismo de ventilação serão atribuídos à
válvula borboleta, onde a partir dela o fluxo de ar vindo dos ventiladores
será distribuído para a caixa ou a atmosfera. A válvula borboleta atuará em
conjunto de uma solenoide, onde o mesmo receberá informação do circuito
para atuar no mecanismo ou não. Envolvendo a parte eletrônica do projeto,
destacamos o LM741 para realizar todo o processamento de sinais recebidos
pelo usuário.
Figura 1.7.2 – Primeiro teste com LM741
Figura 1.7.3 – Teste de configuração do LM741, simulando por LEDs.
Sinais aqueles que vão desde a apuração de temperatura da caixa ambiente
até o comando para modificar e/ou desligar o circuito pelo usuário.
Tecnicamente a captação de temperatura e sensoriamento do circuito será
utilizada pelo sensor LM35 esse componente transmitira ao Módulo de
Comparação do sistema, informações em tensão elétrica, a função do Módulo
de Comparação será trabalhada juntamente com um potenciômetro de mesma
característica elétrica.
Figura 1.7.4 – Teste entre PIC, Display e Sensor de Temperatura LM35
A interação das informações processadas pelo PIC será exibida pelo
Display de LCD composto no projeto, na exibição de temperatura regulada
pelo potenciômetro.
Figura 1.7.5 – Simulação com a parte de potência envolvendo relés.
Figura 1.7.6 - Diagrama de blocos do funcionamento do projeto.
3.2 – Esquema Elétrico
Figura 1.7.7 – Esquema Elétrico
O hardware foi projetado de modo que o conhecimento técnico dos projetistas
alcançasse o objetivo. O esquema tem a comparação em ponte realizada pelo
LM741, e sua saída é conectada a um resistor e logo ao transistor. Esse
chaveamento será dedicado ao sistema de ventilação do projeto. O sensor
LM35 estará em "paralelo" ao potenciômetro. O PIC irá ler o ADC e seguir as
funções da programação, convertendo a tensão elétrica em Graus Celsius.
3.3 Software
O software de desenvolvido utilizado é o PIC CCS, buscamos este
software por ser simples e com amplo manual técnico.
Figura 1.7.8 – Programa PIC CCS
3.4 Algoritmo
Ler Setup
Verificar se Setup é menos que a temperatura do ambiente
Imprima Se está resfriando ou aquecendo
3.5 Fluxograma
3.6 – Português Estruturado
Inicio
Ler Setup
Se (Setup < Ambiente) Entao
Imprima ("resfriando")
Se nao
Imprima ("aquecendo")
Fim - se
Fim
3.7 – Linguagem de Programação
#include "main_LM35+PIC.h" // Biblioteca de configuração
#include "mod_lcd.c" // Biblioteca para LCD
void main()
{
int16 valor_anal, valor_temp; // Variáveis do programa
// Fusiveis de configuração do sistema
setup_adc_ports(AN0_AN1_VSS_VREF);
setup_adc(ADC_CLOCK_INTERNAL);
setup_psp(PSP_DISABLED);
setup_spi(SPI_SS_DISABLED);
setup_timer_0(RTCC_INTERNAL"RTCC_DIV_1);
setup_timer_1(T1_DISABLED);
setup_timer_2(T2_DISABLED,0,1);
set_adc_channel(1); // Canal do ADC
delay_us(10); // Tempo
lcd_ini(); // inicializa o display
lcd_escreve ("\f ENG. DRUMMOND"); // Nome do Projeto no LCD
delay_ms(100);
while (true)
{
valor_anal = read_adc(); // Lê o LM35
valor_temp = 5.0 * valor_anal * 100.0 / 1024.0; // Converte em graus
celsius
lcd_pos_xy (1, 2); // Posiciona o cursor no display
printf (lcd_escreve, " Temp: %2.0f%cC", (float)valor_temp,
0b11011111); // Define quantos números serão usados após a virgula
delay_ms (100); // Tempo
}
}
Figura 1.7.9 – Compilação no PIC CCS
3.8 - Simulação Virtual
Figura 1.8 – Proteus realizando a simulação do projeto.
A simulação e desenvolvimento virtual foram realizados no Proteus.
CAPÍTULO 4
4- Conclusão
O Climatizador Eletrônico tem como finalidade, além de informar ao operador
a temperatura ambiente, possibilitar a alteração da temperatura por meios
de comandos eletrônicos, tendo a interação do equipamento com o meio
ambiente externo para a obtenção de resultados mais precisos, levando em
consideração, um meio de fácil utilização, visando uma possível
comercialização do mesmo.
Durante o desenvolvimento, analisamos que as maiores dificuldades do grupo
estavam relacionadas diretamente com o nível de conteúdo do aprendizado
específico que tínhamos para poder por em prática na idealização do
projeto, informações obtidas durante o curso, sanando assim nossas
dificuldades dentro do tempo estimado.
Por fim, alcançamos os resultados inicialmente esperados, a placa Peltier,
item fundamental do projeto, que foi um desafio ao grupo, onde que para o
seu funcionamento fosse enquadrado ao idealizado, levantamos várias
alternativas, o que nos deu além de experiência, a perspectiva de como
superar os imprevistos.
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Atuadores dos defletores de ar (borboletas)
Bateria
Placa Peltier
Coolers
Microcontrolador PIC
Comparadores
Display Digital
Sensor de temperatura interna com display
Sensor
de Temperatura interna
Ambiente Climatizado
Ambiente
Refrigerado/aquecido
Processo em andamento
Dados DISPLAY
Entrada de dados
Manter Temp.
Ambiente
Unidade de
Controle
Sensor de Temperatura