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Termostato (ART2059)

Descrevemos um controle térmico para elementos resistivos de baixa tensão e correntes até 3 A que pode ser utilizado em pequenas estufas, chocadeiras ou câmaras térmicas de equipamentos eletrônicos.

O circuito se baseia num NTC como sensor, num operacional como comparador de tensão para determinar o ponto de disparo e num regulador de tensão integrado para controlar a corrente no elemento de aquecimento.

Todos os componentes são de obtenção simples e o custo da unidade é bastante acessível.

O mesmo circuito também pode ser usado para acionamento com a elevação da temperatura, caso em que a carga pode ser um sistema de refrigeração do tipo Efeito Peltier, por exemplo, ou ainda um mini-ventilador.

Muitas variações em torno do projeto original são admitidas o qual o toma bastante útil aos leitores.

 

CARACTERÍSTICAS

Tensão de entrada: 12 a 35 V

Corrente máxima de carga: 1 a 3 A

Faixa de temperaturas: - 40 a +125°C

Sensor usado: 2 a 100 k ohms NTC

 

Um amplificador operacional do tipo 741 é usado como comparador de tensão onde a agudez de sua resposta é fixada por R1.

Para uma ação bastante rápida na temperatura de comutação (quando a carga liga instantaneamente) usamos para R1 um valor elevado na faixa de 100 kohms a 1 Mohms.

Para uma resposta mais suave com um aquecimento suave à medida que a temperatura do sensor cai o que se reflete na histerese do sistema, conforme sugere a figura 1, indicamos valores baixos para R1, na faixa de 0 a 100 k ohms.

 

Figura 1 – Curvas de resposta
Figura 1 – Curvas de resposta

 

Será interessante que, dependendo da aplicação o leitor use em lugar de um resistor fixo um trimpot de 1 M ohms de modo a ajustar o comportamento do aparelho.

A referência de tensão é dada pelos resistores R1 e R2 que ficam na entrada não inversora do operacional fixando uma tensão da ordem de metade da usada na alimentação.

O sensor juntamente com um potenciômetro ou trimpot de ajuste formam um segundo divisor de tensão que será ligado na entrada inversora.

Desta forma, quando a resistência do sensor diminuir pelo aquecimento, a tensão na entrada inversora aumentará e com isso dada a ação do operacional teremos uma diminuição de tensão na saída.

Esta tensão polariza o transistor no sentido de levá-lo a condução. Neste caso, com a condução a tensão de referência no regulador cai reduzindo-se assim a alimentação do elemento de aquecimento.

Se por outro lado houver um resfriamento do sensor, teremos um aumento de sua resistência e a ação do circuito será no sentido de aumentar a tensão e portanto a potência na carga alimentada.

A ação do circuito pode ser invertida no caso de um elemento de refrigeração na saída, simplesmente permutando as posições de P1 e do sensor.

Outra possibilidade consiste no uso de PTC em lugar de NTC.

P2 faz o ajuste da tensão máxima que o elemento de aquecimento vai receber quando em funcionamento. Isso nos permite trabalhar com uma tensão de entrada maior do que aquela exigida pelo aquecedor.

Na figura 2 temos o diagrama completo do termostato.

 

   Figura 2 – Diagrama do termostato
Figura 2 – Diagrama do termostato

 

A disposição dos componentes numa placa de circuito impresso é mostrada na figura 3.

 

   Figura 3 – Placa de circuito impresso para a montagem
Figura 3 – Placa de circuito impresso para a montagem

 

Observe que as trilhas de altas correntes na entrada e saída do regulador de tensão, para a carga e fonte devem ser mais largas em vista da intensidade da corrente a ser conduzida.

O CI-2 deve ser dotado de um radiador de calor e para Cl-1 sugerimos a utilização de um soquete DlL de 8 pinos.

Para tios de ligação muito longos ao sensor, principalmente no caso de resistências mais elevadas pode ocorrer a captação de zumbidos, o que exige fio blindado.

Isso também pode ser notado nas aplicações em que R1 tenha um valor mais alto e o ganho do operacional maior.

Na entrada podemos usar fontes de 12 a 35 V. Os trimpots são comuns e em P2 ajustamos a tensão máxima no elemento de aquecimento.

Este elemento pode ser um resistor que será calculado em função da quantidade de calor desejada. Por exemplo, para 12 V x 3 A, este resistor será da ordem de 4 ohms e dissipará 36 W.

Uma situação indicada seria usar um resistor de 47 ohms com 40 W ou ainda dois resistores de 100 ohms x 20 W em paralelo, conforme mostra a figura 4.

 

Figura 4 - Aquecimento com dois resistores de fio
Figura 4 - Aquecimento com dois resistores de fio

 

Para o aquecimento de uma bandeja para cultivo de plantas que se deve manter a temperatura acima da ambiente sugerimos a ligação de elementos de aquecimento conforme mostra a fig. 5.

 

   Figura 5 – aquecimento de superfície extensa
Figura 5 – aquecimento de superfície extensa

 

Este circuito gera 12 W de potência o que corresponde a uma resistência de 12 ohms com 12 V ajustados em P2. Os 12 ohms podem ser obtidos com a ligação de 10 resistores de 120 ohms x 2 W de fio em paralelo.

Para uma distribuição de calor por superfície maior podem ser ligados 20 resistores de 220 ohms (valor comercial mais próximo de 240 ohms x 2 W em paralelo.

Ligue a alimentação do aparelho e antes de conectar o elemento resistivo, conecte na saída um multímetro.

Ajuste então P1 para obter um nível de 0 V na saída do operacional e ajuste em seguida P2 para ter no multímetro a tensão de alimentação exigida pelo elemento de aquecimento.

Feito este ajuste, passe a P1 que deve então ser calibrado para se obter uma queda de tensão ou subida de tensão na temperatura que o projeto exigir.

Lembramos que dada a capacidade do sensor e as características do circuito existe uma certa histerese, o que quer dizer que feito o ajuste o acionamento ocorre numa faixa de temperaturas em torno dela.

Esta faixa é de alguns poucos graus mas deve ser levado em conta na aplicação.

Feito o ajuste é só instalar o aparelho.

A fonte de alimentação deve ter corrente compatível com a carga acionada.

 

Semicondutores:

Cl-1 - 741 - circuito integrado - amplificador operacional

Cl-2 -LM350T - circuito integrado - regulador de tensão

Q1 - BC547 - transistor NPN de uso geral

 

Resistores: (1 /8 W, 5%)

R1 –ver texto – 0 a 1 M ohms

R2, R3 - 22 k ohms

R4 - 220 ohms

R5 - 10 k ohm

 

Diversos:

NTC - 10 k ohms - NTC comum

P1 -47 k ohms - trimpot

P2 - 10 k ohms - trimpot

X1 - Elemento de aquecimento - ver texto

Placa de circuito Impresso, caixa para montagem, fonte de alimentação, radiador de calor para Cl-2, soquete DIL para Cl-1, fios, solda, etc.

 

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