Todos que possuem um aquário com peixes tropicais sabem que uma das principais exigências na criação desses animais está na manutenção da correta temperatura da água. Na prática o que se faz é utilizar um aquecedor o qual permita que nos dias frios a temperatura se mantenha num ponto seguro, alguns graus acima da temperatura ambiente. O controle eletrônico que descrevemos neste artigo permite que a temperatura seja controlada com muito maior precisão, conforme o leitor verá.
Para os peixes tropicais comuns a temperatura da água deve manter-se normalmente entre 20 e 30º o que não pode ser considerado fácil em cidades como São Paulo em que durante o dia pode-se chegar a temperaturas da ordem de 30º e na mesma noite a mesma descer para 14 ou mesmo 13º C.
Os que criam peixes tropicais podem encontrar sérios problemas em vista de variações tão grandes de temperatura devido ao fato dos aquecedores encontrados no comércio especializado para esta finalidade não poderem compensar convenientemente as variações de temperatura ambiente da maneira indicada.
Visando solucionar este problema, para os que enfrentam problemas de variações muito grandes de temperatura; descrevemos neste artigo não só um eficiente aquecedor para aquários como também damos para ele o projeto de um controle eletrônico da temperatura que permite obter um aquecimento maior nos dias frios ou no inverno e um aquecimento menor nos dias quentes em que apenas uma ligeira compensação de temperatura precise ser feita.
Como a montagem é muito simples, acreditamos que os leitores que poderão executar este dispositivo não precisam ser necessariamente ligados a eletrônica, bastando simplesmente saber usar um soldador.
COMO FUNCIONA
Os aquecedores de aquário comuns são formados por um tubo de vidro no qual é colocada uma resistência de fio a qual é ligada a rede de alimentação.
De modo a facilitar a transferência do calor para a água o tubo é cheio de areia e em sua boca é colocada uma rolha que evita a entrada de água (figura 1).
Em alguns casos, de modo a indicar que o aquecedor se encontra ligado é ligada em paralelo com a resistência uma lâmpada neon conforme mostra a figura 2.
A quantidade de calor que o aquecedor produz pode ser calculada facilmente se levarmos em conta que num resistor toda energia elétrica despendida para forçar a circulação da corrente é convertida em calor.
Assim, podemos facilmente calcular a potência dissipada pelo resistor pela fórmula:
P = V2/R
Onde P é a potência em Watts, V é a tensão de alimentação e R é a resistência em ohms do resistor.
Para converter a potência em watts, ou seja, em joules por segundo para calorias por segundo, basta lembrar que:
1 cal = 4,18 J
Dividindo portanto a potência em watts do resistor no circuito aquecedor por 4,18 teremos a quantidade de calorias geradas em cada segundo. A partir de que lembramos que 1 cal provoca uma elevação da ordem de 1ºC em 1g de água.
Com estas informações pode-se facilmente determinar qual deve ser a potência do circuito para manter alguns graus acima da temperatura ambiente a água de um aquário em função de seu volume.
Os valores que forneceremos para o aquecedor levam em consideração um aquário de aproximadamente 20 litros, devendo ser multiplicada a potência por um fator conveniente se o volume de água do aquário for maior.
No nosso projeto o qual fazemos é utilizar um aquecedor o qual pode ser conectado a uma fonte de energia ajustável que, nos dias frios pode manter a temperatura da água de 8 à 10ºC acima da temperatura ambiente.
Temos então um resistor de fio cujo valor é calculado de modo a fornecer uma potência relativamente grande quando toda a tensão da rede lhe é aplicada, quando então se tem o máximo de aquecimento, e muito pouco calor, quando a tensão da rede é reduzida. (figura 3).
O controle de potência para este resistor é formado por um SCR que apresenta entre outras vantagens a de não consumir energia, o que quer dizer que a energia gasta pelo aquecedor é somente a energia que se converte em calor, sendo maior no inverno e menor no verão.
Na figura 4 temos o aspecto do SCR e seu símbolo.
Este componente tem por propriedade controlar a parcela dos semiciclos da alimentação de corrente alternada da rede que chegam ao circuito de carga.
Com o potenciômetro da figura 5 na sua posição de máxima resistência o SCR dispara no final de cada semiciclo de modo que a parcela de energia que chega ao resistor é mínima sendo, portanto, menor na sua posição de menor resistência o SCR dispara praticamente no inicio do semiciclo de modo que toda sua energia chega ao resistor sendo, portanto, maior seu aquecimento.
Por meio deste potenciômetro podemos, portanto, facilmente controlar a quantidade de calor obtida do resistor e, portanto seu, aquecimento.
Neste circuito para indicar que o mesmo se encontra ligado é incorporada uma lâmpada neon. Para proteger o circuito em caso de curto-circuitos existe um fusível na entrada.
MONTAGEM
Começamos por descrever a montagem do sistema aquecedor. Na figura 6 temos o aspecto do aquecedor mostrando que o resistor de fio é colocado no interior do tubo o qual é depois cheio de areia e colocada uma rolha para evitar que entre água em seu interior.
Não é conveniente vedar completamente o tubo, já que o aquecimento do ar no seu interior quando em funcionamento pode ser responsável por pressões que fariam esta rolha sair.
A rolha pode, portanto, ser dotada de um orifício, o mesmo por onde passa o fio o qual servirá para entrada e saída de ar. Na colocação no aquário, o tubo ficará com este orifício acima da linha d'água, conforme mostra a figura 7.
A ligação do tubo ao circuito de controle pode ser feita por meio de fio flexível fino.
O valor do resistor empregado no aquecedor dependerá do volume de água de seu aquário.
Se ele for do tipo pequeno você usará um resistor de fio de 1,2 k ou 1,5 k de 5 W.
Se o seu aquário for do tipo retangular para 20 litros de água você utilizará um resistor de 470 ou 330 ohms x 10 ou 20 W. O resistor de 330 ohms fornecerá um aquecimento maior do que o de 470 ohms.
Para aquários maiores ainda, o valor mínimo recomendado de resistência para um único tubo é de 270 ohms. Neste caso entretanto nunca deixe a unidade ligada quando não houver água no aquário, pois pelo contrário o tubo de vidro pode trincar.
O tubo de vidro recomendado é facilmente encontrado em farmácias sendo usado um que tenha uma capacidade de 50 cm³ à 100 cm³, conforme a potência desejada.
É importante observar que o valor exato de resistência a ser usado pode ser obtido experimentalmente. Se você observar que o aquecimento e muito pequeno para o volume de água de seu aquário, tudo que você tem de fazer é reduzir o valor da resistência.
Nunca use, entretanto, resistência menor que 270 ohms num único tubo. Se uma resistência somente de 270 ohms não fornecer o aquecimento que você necessita faça dois aquecedores, ligando-os em paralelo ao controle, conforme mostra a figura 8.
Se a rede de alimentação de sua localidade for de 220 V você deve dobrar os valores indicados para as resistências pois pelo contrário o aquecimento será muito intenso.
A seguir damos a construção do controle de calor que consiste num dimmer usando SCR.
A montagem deste circuito eletrônico pode ser feita numa ponte de terminais ou numa placa de circuito impresso conforme a vontade e também disponibilidade do leitor.
As ferramentas necessárias a montagem da parte eletrônica são: soldador de pequena potência (30 W), solda, chaves de fenda, alicate de corte lateral e alicate de ponta.
A caixa para a montagem pode ser de madeira ou metal conforme o sugerido na figura 9.
O leitor evidentemente deve ter material para a realização desta caixa.
O circuito completo do controle de calor é mostrado na figura 10.
A montagem em ponte de terminais é mostrada na figura 11.
Na montagem deste aparelho devem ser tomadas as seguintes precauções com a escolha e utilização dos componentes:
a) Observe a posição do SCR. Podem ser usados SCRs do tipo C106, MCR106, IR106 ou TIC106 para 200 V se a rede for de 110 V e para 400 V se a rede for de 220 V. Não é preciso usar dissipador.
b) O capacitor usado pode ser poliéster metalizado para uma tensão de pelo menos 250 V. Este capacitor não tem posição certa para ser ligado, ou seja, não é polarizado. Na soldagem evite apenas o excesso de calor, realizando esta operação rapidamente para que não haja dano.
c) Os diodos usados são do tipo 1N4004 ou BY127. Estes diodos são componentes polarizados, ou seja, têm posição certa para ser ligados. No caso do 1N4004 a posição é dada pelo anel que corresponde ao catodo, enquanto que para o BY127 a posição é dada pelo símbolo do componente gravado em seu corpo. Na soldagem evite o excesso de calor e nem corte o terminal muito curto.
d) Os resistores utilizados podem ser todos de 1/4 ou ½ W devendo seu valor ser observado pelos anéis coloridos em torno de seu corpo. Este componente não tem polaridade certa para ser ligado mas deve ser evitado o excesso de calor na sua soldagem.
e) O potenciômetro usado pode ser linear ou log, com ou sem chave. Com a utilização de um potenciômetro com chave você poderá usá-la para ligar e desligar o aquecedor se bem que na sua posição de mínimo a corrente na carga seja praticamente nula. Observe bem a posição de ligação dos terminais deste componente para que o aumento da temperatura seja obtida ao se girar o seu eixo para a direita. Se houver inversão o aumento será obtido quando o potenciômetro for girado para a esquerda.
f) O fusível de 1A protege a unidade contra curto-circuitos acidentais, queimando em caso de perigo. Use um suporte apropriado para este componente.
g) A lâmpada neon é do tipo comum não precisando se feita nenhuma recomendação a seu respeito.
A escala do potenciômetro pode ser feita arbitrariamente com graduação de 1 a 10 correspondendo aos pontos de aquecimento mínimo e máximo. É claro que, se o leitor desejar uma escala mais precisa deverá utilizar para esta finalidade um termômetro comum e verificar com paciência as temperaturas obtidas nas diversas posições do controle.
Observamos também que este controle pelo fato de usar um comutador de estado sólido como o SCR pode gerar uma certa interferência em aparelhos de rádio próximos. Esta interferência pode ser facilmente eliminada ou reduzida por meio de um filtro apropriado. O diagrama do filtro é mostrado na figura 12, sendo o mesmo intercalado entre o controle e a fonte de alimentação, ou seja, a rede.
Para este controle são usados dois capacitores de 0,1 uF x 600 V e duas bobinas que constam de 50 espirais de fio esmaltado 28 enroladas num bastão de ferrite de 0,8 cm de diâmetro e 5 cm de comprimento.
Terminada a montagem o leitor deve conferir todas as ligações e estando tudo em ordem pode fazer uma prova de funcionamento;
PROVA E USO
Pode-se facilmente verificar o funcionamento do aquecedor, colocando-o provisoriamente num recipiente pequeno com água como, por exemplo, uma jarra e verificando-se seu aquecimento que deve ser relativamente lento. Em aproximadamente 5 ou 10 minutos deve-se observar que a água ficará morna.
A ação do controle na temperatura pode ser verificada do mesmo modo.
Como em uso o aparelho fica constantemente ligado não existe nenhuma precaução a ser tomada. Se o leitor verificar que a água deixa de aquecer, mesmo com o aparelho em seu máximo isso pode ser devido à queima do resistor que deverá ser então substituído.
Lista de Material
SCR – C106, MCR106, IR106 ou TIC106 para 200 V se a rede for de 110 V ou para 400 V se a rede for de 220 V
D1 a D5 - 1N4004 ou BY127
R1 - resistor de 22 k x 1/4 W ( vermelho, vermelho, laranja)
R2 - potenciômetro de 470 k - linear ou log
R3 – 220 k ohms x 1/4 W - resistor ( vermelho, vermelho, amarelo)
C1 - 200 nF - capacitor de poliéster metalizado (470 nF para a rede de 220 V)
NE - lâmpada neon comum
Rx - resistência de 270 à 1 k x 10 W - ver texto
Diversos: fusível de 1 A, material para o filtro, tubo de vidro, areia, fios, solda, knob para o potenciômetro, caixa para a montagem, cabo de alimentação, etc.
