Termostato Simples (ART2104)

Um dos problemas que o projetista de termostato enfrenta é a ampla faixa de operação que estes aparelhos devem ter e que ç depende da temperatura desejada. Assim, enquanto uma chocadeira deve operar em torno de 30 graus, uma câmera de secagem deve, ir além dos 70 graus e um pequeno forno muito mais que 100.

Os sensores usados possuem certa inércia, que deve ser considerada em qualquer projeto; temos ainda o problema das oscilações em torno da temperatura escolhida.

Se o que o leitor precisa não é um valor exato de temperatura, mas uma faixa de certa largura, um circuito como o que mostramos neste artigo serve perfeitamente.

O projeto que descrevemos tem por características principal a sua simplicidade, pois são usados poucos componentes, de baixo custo, inclusive o sensor que é um diodo comum.

Lembramos entretanto, que os diodos comuns não devem ser usados em temperaturas acima de 125°C, o que é uma limitação para este projeto.

CARACTERÍSTICAS

Tensão de alimentação: 110 ou 220 V c.a.

Carga máxima: 3 A

Faixa de temperaturas do sensor: -40 .a +125°C

A potência aplicada a um elemento resistivo de aquecimento como, por exemplo, uma lâmpada infravermelha ou um fio de nicromo, a partir da rede de

corrente alternada depende do ângulo de condução de um SCR ligado em série.

Se o pulso de disparo for aplicado no início de cada semiciclo temos a aplicação de maior potência e se aplicado no final temos menor potência.

(Lembramos que o SCR, como o usado neste projeto, são controles de meia onda).

Para controlar o instante da aplicação do pulso de disparo, usamos um circuito que tem por base um transistor uni junção.

Os semiciclos retificados por D1 da corrente alternada são usados para carregar C1 via P1 e R5.

Se P1 estiver na posição de menor resistência a carga de C1 é rápida e o disparo do transistor unijunção ocorre logo no início do semiciclo.

Isso significa que o SCR também dispara no inicio do semiciclo e a potência aplicada ao elemento de aquecimento é máxima.

Se P1 estiver na posição de maior resistência, a carga de C1 é mais lenta e ocorre em algum ponto do semiciclo que corresponde a um disparo com retardo.

A potência aplicada a carga é menor e portanto menor seu aquecimento.

Podemos usar P1 para fixar a temperatura de operação média do meio em que ele está instalado.

Para atuar sobre a temperatura a partir de um sensor, ligamos um transistor em paralelo com o capacitor (Q2).

Este transistor, se conduzindo a corrente, deriva a corrente de carga do capacitor, retardando assim o disparo do unijunção e conseqüentemente do SCR.

Na base do transistor é então ligado o sensor, um diodo de silício e também um potenciômetro de ajuste.

O sensor atua pela corrente de fuga na polarização inversa. Para os diodos comuns esta corrente depende da temperatura da junção e e' da ordem de microampères.

Assim, se a temperatura subir acima do valor pré-ajustado em P1, o diodo conduz mais corrente e com isso eleva-se também a corrente de base do transistor Q2 e esta corrente desvia a carga de C1 que demora mais tempo, para chegar ao ponto de disparo de Q1.

Desta forma, é reduzida a potência no elemento de aquecimento e a temperatura cai, compensando assim o aquecimento adicional.

P2 serve para ajustar a ação do sensor, determinando assim a faixa de operação do sistema.

Para o setor de baixa tensão a alimentação vem de um divisor formado por R1 e R2.

Como precisamos de referência dos semiciclos para o disparo, após a retificação, não há filtragem do sinal.

Na figura 1 temos o diagrama completo de nosso termostato.

Figura 1 – Diagrama do termostato

Na figura 2 temos a disposição dos componentes numa placa de circuito impresso.

Figura 2 – Placa para a montagem

O SCR precisa ser dotado de um bom radiador de calor, em função da potência do elemento de aquecimento.

O SCR deve ser sufixo B se a rede for de 110 V e sufixo D se a rede for de 220 V.

Os resistores são todos de 1/8 W exceto R1 que deve ser 5 W e tem valores diferentes conforme a alimentação de 110 V ou 220 V.

C1 pode ser cerâmico ou poliéster e seu valor ficará na faixa indicada.

O valor será obtido experimentalmente de modo a se conseguir o ajuste de potência por meio de P1.

P1 e P2 são trimpots comuns.

Como o circuito não e de muita precisão de nada adiantara usar os trimpots multivoltas. O sensor (D2) pode ser um diodo de silício como o 1N4l48, 1N914 ou BD315.

O fusível de entrada deve ser dimensionado de acordo com a corrente máxima na carga.

O valor 1 A sugerido e para cargas de potência máxima.

Veja que o circuito opera com meia onda, o que quer dizer que o elemento de aquecimento deve aquecer até a metade de sua temperatura máxima.

Isso deve ser levado em conta no projeto de estufas, chocadeiras, etc.

O ajuste exige paciência já que a inércia do sensor faz com que o sistema se estabilize segundo uma curva que oscila em torno de uma temperatura em intervalos relativa mente longos.

No entanto, a prova de funcionamento é simples: basta colocar uma lâmpada incandescente comum em lugar de X1 (5 a 40 watts), e aquecer o sensor com a aproximação da ponta de um soldador.

Ajuste P1 para que a lâmpada fique com seu brilho médio e P2 na máxima resistência.

Quando o diodo (sensor), se aquece, o brilho da lâmpada deve reduzir. Ao esfriar, a lâmpada volta ao seu brilho normal.

Comprovado o funcionamento é só instalar o aparelho, lembrando que o sensor deve estar posicionado de modo a receber o calor do meio onde deve controlar a temperatura e não diretamente do elemento de aquecimento.