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Chuveiro eletrônico (ART435)

Este artigo foi escrito em 1996 quando ainda não estavam em vigor as recomendações da norma NBR5410 que trata das instalações elétricas. No entanto, o artigo ainda é válido, pois alguns conselhos que são dados nele ainda são importantes, tanto em termos de segurança, como para obter maior eficiência do elketrodomésticos mais comum em todas as casas. O chuveiro é um eletrodoméstico que poucas alterações sofreu nos últimos anos assim como a torneira elétrica. Com recursos limitados (não eletrônicos) para ajustar a temperatura, a concepção básica de um chuveiro não mudou muito até a época em que este arttigo foi escrito. No entanto hoje quase todos os fabricantes acrescentaram recursos eletrônicos. É justamente deste assunto que tratamnos neste arigo, mostrando que, com a disponibilidade de semicondutores de altas correntes é possível controlar a temperatura de um chuveiro de meios eficientes. Vamos ensinar aos leitores justamente como fazer isso.

Até a disponibilidade a baixo custo de triacs capazes de controlar as correntes de dezenas de ampères exigida por chuveiros e torneiras elétricas, era impossível pensar em um controle eletrônico para tais eletrodomésticos que fosse simples e que custasse pouco.

Agora, com a possibilidade de encontrarmos Triacs como o TIC263 que podem operar com as tensões da rede de energia de 220V e com correntes de até 32 ampères, a sua utilização no controle de potências para chuveiros e torneiras elétrica é a solução natural para um tipo de projetos que muitos leitores têm solicitado.

Descrevemos então neste artigo a montagem de um controle eletrônico de temperatura da água para chuveiros e torneiras elétricas que se baseia totalmente em dispositivos de estado sólido, ou seja, em semicondutores e que portanto apresenta uma grande eficiência, proporcionando economia de energia.

O dispositivo permite que se ajuste a potência aplicada ao elemento de aquecimento do chuveiro ou torneira numa faixa de aproximadamente 1% a 98% o que significa que a temperatura da água pode ser ajustada linearmente nesta mesma faixa.

Simples de instalar, ele não exige que o chuveiro ou torneira sejam abertos e como a corrente que passa pelo elemento de ajuste, um potenciômetro comum, é muito baixa, temos segurança aliada a uma probabilidade menor da ocorrência de falhas.

Apenas alertamos os interessados que o dispositivo trabalha diretamente ligado na rede de energia numa condição direta em local perigoso, já que temos a presença da água. Assim, todos os cuidados com isolamentos e a instalação devem ser tomados no sentido de se garantir que não ocorram acidentes com os usuários.

Recomendamos que os leitores interessados na montagem e instalação deste equipamento estejam a par das normas de segurança que envolvem a instalação deste tipo de aparelho.

 

CARACTERÍSTICAS:

  • Tensão de entrada: 220V
  • Potência máxima controlada: 5 000 watts
  • Faixa de controle: 1 a 98%
  • Corrente de controle: 50 mA (tip)
  •  

     

    COMO FUNCIONA

    O que temos para este circuito é um controle de potência com TRIAC na configuração tradicional que determina o ponto de disparo nos semiciclos da corrente alternada da rede de energia.

    Assim, o elemento de aquecimento do chuveiro elétrico ou torneira elétrica é ligado em série com o TRIAC que é um semicondutor com capacidade de controlar altas correntes.

    No eletrodo de disparo do triac (gate) ligamos um DIAC e uma rede RC de retardo que vai determinar o ponto de disparo do semicondutor em cada semiciclo da tensão alternada da rede de energia.

    Assim, na subida do semiciclo da rede energia, o capacitor começa a se carregar pelo potenciômetro e pelo resistor em série até que seja atingido o ponto de disparo do DIAC.

    Se o potenciômetro estiver ajustado para uma pequena resistência, o capacitor se carrega logo e o disparo do DIAC ocorre no início do semiciclo. Nestas condições o DIAC conduz e o TRIAC dispara aplicando todo o restante do semiciclo no elemento de aquecimento que recebe uma boa potência.

    No entanto, se o potenciômetro estiver ajustado para uma resistência maior, a carga do capacitor será mais lenta e o disparo só vai ocorrer no final do semiciclo. Nestas condições, quando o DIAC conduzir e disparar o TRIAC só restará uma pequena parcela do semiciclo para ser aplicada ao elemento de aquecimento.

    Sua temperatura será menor.

    No final de cada semiciclo o TRIAC desliga de modo que o mesmo ocorre no início do seguinte.

    Na figura 1 temos as formas de onda que são aplicadas ao elemento de aquecimento nos dois pontos indicados de disparo.

     

    Formar de onda na carga de dois ângulos de disparo do TRIAC.
    Formar de onda na carga de dois ângulos de disparo do TRIAC.

     

    Evidentemente, entre esses dois pontos de disparo podemos obter qualquer outro intermediário fixando assim de forma precisa a potência que desejamos aplicar ao elemento de aquecimento.

    O DIAC é um elemento importante deste circuito de disparo. Trata-se de um dispositivo semicondutor que funciona de modo análogo a uma chave regenerativa. Quando uma tensão da ordem de 30 Volts é aplicada neste componente, não importando sua polaridade, ele conduz rapidamente passando a apresentar uma resistência muito baixa.

    Trata-se de um elemento ideal pelas suas características, para fornecer um pulso de corrente na comporta do TRIAC o que é necessário ao disparo.

    Assim, esse pulso vem da descarga do capacitor através do DIAC que conduz, levando o TRIAC à plena condução.

     

    MONTAGEM

    Na figura 2 temos o diagrama completo do chuveiro eletrônico, com indicações para a rede de 220V. Não recomendamos a sua utilização na rede de 110V pois a potência máxima ficaria reduzida à metade, o que não é interessante, já que os chuveiros de menos de 3000 watts praticamente "não esquentam".

     

    Diagrama completo do chuveiro eletrônico.
    Diagrama completo do chuveiro eletrônico.

     

    Os componentes têm a disposição real mostrada na figura 3.

     

    Aspecto da montagem com a placa de circuito impresso.
    Aspecto da montagem com a placa de circuito impresso.

     

    Veja que para os terminais principais do TRIAC que devem conduzir a corrente muito intensa do elemento de aquecimento, devem ser ligados com fios bem grossos. O TRIAC deve ser montado num excelente radiador de calor, já que, com a corrente indicada ele deve aquecer bastante.

    Lembramos que cada ampère de corrente num TRIAC gera em média 2 watts de calor, o que nos leva a uma boa potência final neste componente.

    Os demais componentes são ligados por meio de fios comuns finos e podem ficar numa pequena placa de circuito impresso dentro da caixa que vai alojar o aparelho.

    O potenciômetro pode ser remoto, e ligado ao circuito por meio de fio bem isolado fino, o que permite sua colocação junto ao registro de água, numa altura que possa ser acessível a qualquer operador.

    O potenciômetro usado deve ser eixo plástico, por medida de segurança e instalado em caixa bem vedada de modo que a água ou mesmo umidade possa penetrar.

    Uma idéia consiste em se fechar a caixa com cola de silicone depois de feita a montagem e sua fixação no banheiro.

    O capacitor e o resistor em paralelo com o TRIAC ajuda a amortecer os picos de tensão gerados na comutação e que podem causar interferências em aparelhos de rádio próximos, principalmente os que operam na faixa de AM.

    Os capacitores devem ser de poliéster metalizado com uma tensão de trabalho de pelo menos 400 Volts.

     

    PROVA E USO

    Na figura 4 temos uma sugestão sobre a maneira como o aparelho pode ser instalado, com as medidas de segurança mais importantes que devem ser observadas.

     

    A instalação do aparelho.
    A instalação do aparelho.

     

    Um teste prévio de funcionamento pode ser feito na bancada com a utilização de uma lâmpada de 100 watts em lugar do chuveiro (ou torneira elétrica).

    Se o potenciômetro não der o ajuste desejado, o que pode ocorrer por problemas de tolerância dos capacitores usados, temos as seguintes possibilidades:

    Se não se alcançar a potência mínima (zero) com o potenciômetro na posição de máxima resistência, devemos aumentar o valor do capacitor de 15 nF, passando para 22 nF e depois até mesmo 47 nF.

    Se na posição de menor resistência não for possível alcançar a potência máxima deve ser reduzido o valor do capacitor de 15 nF e até mesmo retirado do circuito, se necessário.

    Uma vez comprovado o funcionamento e obtida a faixa de ajuste de ideal é só fazer a instalação definitiva.

    O máximo de cuidado deve ser tomado com todos os isolamentos não se deixando nenhuma parte do circuito exposta já que nas condições de uso, os choques são extremamente perigosos.

     

    Semicondutores:

    TRIAC - TIC263M - TRIAC Texas Instruments ou equivalente de 32 ampères para 600V

    DIAC - GT-32 ou qualquer diac comum


    Resistores:

    R1 - 1 000 ? x 2 watts

    R2 - 47 ? x 2 watts

    R3 - 33 ? x 1 watt

    P1 - 220 k ? - potenciômetro


    Capacitores:

    C1 - 15 nF/400V - poliéster

    C2 - 47 nF/400V - poliéster

    C3 - 100 nF/400 V - poliéster


    Diversos:

    Radiador de calor para o TRIAC, placa de circuito impresso, terminais e fios grossos, caixa para o potenciômetro remoto e para o aparelho, fios, solda, etc.

     

     

    Quando este artigo foi escrito em 1996 não havia as normas NBR 5410 para instalações elétricas. Assim, para os leitores interessados na aplicação prática deste artigo, sugerimos antes uma leitura destas normas para que eventuais discrepâncias quanto à instalação não ocorram.

     

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