Controle de Aquecimento (ART2210)

O circuito que apresentamos permite controlar a temperatura gerado por um elemento de aquecimento de até 400 watts (110 V) em níveis contínuos o que torna ideal para aplicações' de laboratório de pesquisa, estufas, ou mesmo chocadeiras. O circuito não possui termostato devendo ser ajustado manualmente.

Um controle de potência simples ou dimmer pode ser usado com grande eficiência no controle de temperaturas de elementos de aquecimento do tipo resistivo (fios de nicromo) possibilitando assim sua aplicação em muitos setores de pesquisa ou mesmo domésticos.

Uma sugestão pode ser a mostrada na figura 1 em que um fio de nicromo é fixado no fundo de um canteiro de sementes, permitindo a manutenção da temperatura da terra em níveis satisfatórios mesmo nos dias mais frios de inverno como ocorrem, por exemplo, na região sul do Brasil, na Argentina ou mesmo na Europa.

Figura 1 – Aquecimento de canteiro de plantas

O fio de nicromo usado nesta aplicação deve ter uma resistência em torno de 100 ohms o que daria uma potência máxima em torno de 100 watts na rede de 110 V.

Esta resistência poderia ser usada numa caixa de cultura de plantas de aproximadamente 50 cm por 80 cm mantendo-a facilmente acima da temperatura ambiente nos dias de inverno.

Para a rede de 220 V o fio deve ter uma resistência de 200 ohms, para se obter a mesma potência máxima.

Observe que o circuito que apresentamos é de meia onda, o que quer dizer que, para uma resistência calculada para fornecer uma potência máxima de 100 watts, o controle ajustará esta potência entre 0 e 50%.

Este fator deve ser previsto no projeto.

Outra aplicação é mostrada na figura 2 em que temos uma pequena estufa que pode ser usada para a secagem de tintas, guarda de produtos que devem ser mantidos acima da temperatura ambiente ou mesmo culturas de micro-organismos.

Figura 2 – Outra aplicação para o controle

A temperatura máxima que podemos obter depende das dimensões do ambiente e da potência do elemento de aquecimento. Para 100 watts, podemos superar os 40 graus de temperatura quando o volume da estufa estiver em torno de 50 x 50 x 50 cm.

Uma forração com isopor evitará as perdas de calor que fazem com que a temperatura abaixe.

Diversos elementos poderão ser associados para se obter uma potência maior.

Uma característica importante deste controle é o fato de que ele consome apenas a energia que despende no elemento de aquecimento diferentemente dos sistemas por reostato em que sempre uma boa parte da energia é consumida no elemento de controle.

Em resumo, o gasto de energia no controle corresponde a aproximadamente 2% da potência aplicada ao elemento de aquecimento.

COMO FUNCIONA

O elemento de controle do circuito é um diodo controlado de Silício ou abreviadamente SCR que consiste num dispositivo capaz de “dosar” com grande eficiência a corrente aplicada a uma carga.

Este dispositivo que se assemelha a um diodo, conduzindo a corrente num único sentido, pode ligar quando um pulso é aplicado à sua comporta ou gate (g) e desliga quando num semiciclo da corrente alternada a tensão cai a zero.

Assim, se ligarmos este dispositivo em série com um elemento de aquecimento (Xt), podemos ter diversas condições para seu disparo, quando o alimentamos na rede de alimentação de corrente alternada.

Temos então a possibilidade de disparar o SCR no início de cada semiciclo positivo, como mostra a figura 3, o SCR conduz praticamente o semiciclo inteiro desligando ao seu final.

Figura 3 – A condução do SCR

Nestas condições temos a máxima potência aplicada a carga ou 50% da potência total, já que os semiciclos negativos não são conduzidos.

Para um disparo no meio do semiciclo, apenas metade do semiciclo é conduzido e aplicado a carga o que corresponde à metade da potência, conforme sugere a figura 4.

Figura 4 – Disparo no meio do semiciclo

Do mesmo modo, se dispararmos o SCR no final do semiciclo teremos mínima potência aplicada o capacitor no início do semiciclo carrega-se através do resistor e do potenciômetro até ser atingido o ponto de ignição da lâmpada neon que está em torno de 80 volts.

Se o potenciômetro estiver com a mínima resistência a carga é rápida e a lâmpada atinge o ponto de ignição no início do semiciclo. Nestas condições, ao conduzir a corrente ele provoca o disparo do SCR.

Por outro lado, se o potenciômetro estiver ajustado para máxima resistência, o disparo ocorre no final do semiciclo e temos a menor potência aplicada.

O potenciômetro permite um ajuste quase linear do ponto de disparo e assim nos permite controlar muito bem a potência aplicada na carga que é o elemento de aquecimento.

MONTAGEM

Na figura 5 temos o diagrama completo do aparelho.

Figura 5 – Diagrama completo do aparelho

Na figura 6 temos a disposição dos componentes numa placa de circuito impresso.

Figura 6 – Circuito impresso para a montagem

Como são poucos os componentes usados e sua disposição não é crítica a montagem também pode ser feita em uma ponte de terminais.

O SCR pode ser o TIC106 para 4 A e deve ser montado em radiador de calor. Este componente tem um sufixo (letra) que indica a sua tensão máxima de trabalho. Assim, se o leitor vai alimentar o circuito com 110 V o SCR deve ter o sufixo B.

Se vai alimentar o circuito com 220 V o SCR deve ser o TlC106D.

Os resistores são de 1/2 watt e o capacitor C1 é de poliéster com uma tensão de trabalho de pelo menos 250 V se a rede for de 110 V e 400 V se a rede for de 220 V.

C2 deve ser de poliéster com uma tensão de trabalho de 200 V ou mais independente da rede local.

A lâmpada neon é do tipo NE-2H ou qualquer equivalente de dois terminais paralelos.

Para a conexão do elemento de aquecimento pode ser usada uma tomada ou par de terminais com parafusos.

PROVA E USO

Para a prova de funcionamento você pode substituir o elemento de aquecimento por uma lâmpada comum incandescente de 15 à 60 watts.

Girando o potenciômetro P1 a lâmpada deve variar de brilho entre 0 e aproximadamente 50% do máximo. Se isso não for conseguido, altere o valor de C1.

Se a lâmpada não chegar a zero de brilho (mínimo), aumente o valor de C1 para 150 ou 220 nF. Se não for atingido o máximo, diminua o valor deste componente para 47 nF.

Se a lâmpada permanecer continuamente acesa verifique o SCR que pode estar com problemas.

Comprovado o funcionamento é só preparar o elemento de aquecimento lembrando que o máximo cuidado deve ser tomado com sua fiação, já que o circuito está conectado diretamente com a rede o que significa o perigo de choques a qualquer contato.

O fusível de proteção pode ser 5 A, mas se o elemento de aquecimento tiver uma potência menor, 100 watt, por exemplo, o fusível pode ser de 2 A apenas.