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PARADIGMAS EM UM CONTROLADOR AUTOMÁTICO DE BAIXO CUSTO PARA VAZÃO DE AR EM PAINÉIS EVAPORATIVOS André L. A. da Fonseca, Me. IFMT, Campus Cuiabá, Departamento da Área de Eletroeletrônica, Prof.º Rua Zulmira Canavarros-Centro Norte Cuiabá-MT andre.fonseca@cba.ifmt.edu.br CEP 78005200 – Cuiabá – MT Luciana O. S. Lima, Me. IFMT, Campus Cuiabá, Departamento da Área de Eletroeletrônica, Prof.ª Rua Zulmira Canavarros-Centro Norte Cuiabá-MT luciana.lima@cba.ifmt.edu.br CEP 78005200 – Cuiabá – MT Ana C. de Azevedo, Dr. IFMT, Campus Cuiabá, Departamento da Área de Eletroeletrônica, Prof.ª Rua Zulmira Canavarros-Centro Norte Cuiabá-MT ana.azevedo@cba.ifmt.edu.br CEP 78005200 – Cuiabá – MT Luiz F. A. Ota IFMT, DAEE, Campus Cuiabá, Estudante de Eng. Controle e Automação. Rua Zulmira Canavarros-Centro Norte Cuiabá-MT luiz.rvt@gmail.com CEP 78005200 – Cuiabá – MT Alex F. D. Sales IFMT, DAEE, Campus Cuiabá, Estudante de Eng. Controle e Automação. Rua Zulmira Canavarros-Centro Norte Cuiabá-MT Alexfds957@gmail.com CEP 78005200 – Cuiabá – MT Herbert S. Andrade IFMT, DAEE,Campus Cuiabá, Estudante de Eletrotécnica. Rua Zulmira Canavarros-Centro Norte Cuiabá-MT herbert.gps@gmail.com CEP 78005200 – Cuiabá – MT Resumo: Este estudo irá apresentar algum dos paradigmas provenientes do projeto e desenvolvimento de um controlador automático de baixo custo para o controle de velocidade de painéis evaporativos, formalizando os problemas encontrados nestre processo envolvendo hardware e software open source Arduino® que será utilizado para controle de conversor de frequência que aciona um motor de indução através de medições de temperatura e umidade externas para aplicação de um sistema de resfriamento evaporativo para climatização atuando na eficiência energética com manutenção do conforto térmico. Palavras-chave: Microcontrolador, Sistema de resfriamento evaporativo, Temperatura e umidade. 1. INTRODUÇÃO Com o advento dos microcontroladores foi permitido um avanço na eficiência energética envolvendo o controle, já que com o uso destes através de uma programação elaborada para o devido fim do uso é possível uma melhoria no uso racional de sistemas. Sendo bastante implementados microcontroladores de baixo custo com softwares open source no mercado permitindo fins didáticos e diversos meios de aplicação, uma dessas aplicações seria no controle de motores de indução, sendo possível a interface com um conversor de frequência para um controle mais preciso e dinâmico. As atuais variações da temperatura e o aquecimento global aumentam a cada dia a demanda por energia elétrica destinada à climatização de ambientes nos setores residencial, comercial e industrial. Portanto com o intuito de amenizar a expansão por demanda têm sido utilizadas alternativas energeticamente eficientes resultando no uso racional de energia elétrica, em contraposição ao uso da climatização tradicional, que seria através do condicionador de ar, que trabalhando com condensação do ar e trazendo melhorias significativas na redução temperatura acaba prejudicando o conforto em períodos secos com a diminuição da umidade do ar no ambiente climatizado. Dentro deste contexto figuram os sistemas de resfriamento evaporativo, nos quais, de acordo com Camargo (2009), operam utilizando fenômenos naturais através de processos induzidos nos quais a água e o ar são os fluidos de trabalho. Consistem na utilização da evaporação de água através da passagem de um fluxo de ar, provocando uma redução na temperatura e aumento de umidade relativa do ar. 2. MATERIAIS E MÉTODOS Para ser realizado o trabalho foi necessário o uso de equipamentos de precisão e controle, com dados obtidos a partir da pesquisa desenvolvida por Fonseca (2002) em Mato Grosso, na região de Cuiabá e dados climáticos referente ao período mais seco e quente da região trabalhada para obtenção do equacionamento necessário a ser programado ao microcontrolador. 2.1 Equipamentos Para este projeto foram utilizados os seguintes equipamentos: um microcontrolador atmega328 em conjunto com a plataforma open source Arduino®, um sensor de temperatura e umidade DHT22, um suporte para se armazenar e proteger o sensor, um conversor de frequência WEG CFW-08, um motor WEG ½ cv. Para registrar as temperaturas e umidades externas e internas foi utilizado Data Loggers Modelo HT 500, amplificador operacional, display LCD 16x2 para apresentar os dados de temperatura e umidade medidos pelo sensor. 2.2 Metodologia e Local de medição Os dados de temperatura e umidade foram coletadas através de um Data Logger, as medições foi realizado no Instituto federal de Mato Grosso - campus Cuiabá, Estado de Mato Grosso, no laboratório 3 fornecido pelo Campus. Aonde ocorre a interação dos dados obtidos do ambiente pelo sensor servindo de parâmetro para o microcontrolador operar apresentando o controle do motor de indução. Esta coleta de dados trata de testes iniciais do controlador parametrizado com o intuito de perceber os erros provenientes do processo em relação ao que o controlador foi projetado. 2.3 Ensaio de frequência e tensão de controle Para se obter as tensões exatas para cada frequência observada no display do conversor de frequência foi efetuado um ensaio em laboratório, variando o potenciômetro de controle de frequência de um em um Hertz foi verificada a tensão na entrada analógica de controle e os valores devidamente registrados. O intuito principal deste ensaio é obter a relação de tensão de acionamento com a frequência acionada pelo conversor e para isto se faz necessária a instalação de um motor de indução trifásico na saída do conversor de frequência. 2.4 Desenvolvimento do controlador A partir dos ensaios realizados foi possível determinar a equação necessária para ser implementada à programação do microcontrolador, aonde foi determinado o parâmetro que remete uma maior influência no algoritmo para se ter a relação de saída de tensão, foi utilizado o sensor DHT22 de umidade e temperatura conectado a um display LCD 16x2 para uma melhor visualização das condições climáticas do ambiente, finalizado o microcontrolador com o código de controle através da obtenção dos dados do sensor foi utilizado a função de modulação de largura de pulso (PWM) para o controle de entrada ao amplificador operacional necessário para a interação com o conversor de frequência, sendo todos estes circuitos necessários para uma melhor dinâmica de controle eficiente. Na Figura 1 encontra-se o esquema de montagem do circuito eletrônico do controlador, envolvendo o sensoriamento de temperatura e umidade, passando pelo microcontrolador, gerador do PWM e chegando ao estágio amplificador de tensão que deverá ser acoplado à entrada analógica do conversor de frequência e na Figura 2 temos a montagem prévia do controlador em matriz de contatos. Figura 1. Diagrama esquemático do circuito. Figura 2. Protótipo inicial do controlador automático em matriz de contatos. 3. RESULTADOS E DISCUSSÕES Definida a melhor equação de controle para a frequência se torna necessária a adaptação de para obter respectivos valores de tensão entre 0 a 10 Volts necessários para acionar o conversor de frequência, a metodologia para o desenvolvimento desta equação se torna um dos principais problemas do projeto do controlador, pois deve-se encontrar uma maneira de a partir de um local em que o sistema de climatização será instalado uma relação de vazão necessária em função dealguma variável monitorada. Como o microcontrolador utilizado no projeto trabalha com uma saída de tensão de 0 a 5 Volts se torna necessário obter uma equação para este cálculo de tensão.Para adequar a tensão do microcontrolador para comunicar com o conversor de frequência será utilizado um circuito amplificador que dobra o valor de tensão, e imprecisões deste circuito também resultam em dificuldades a serem superadas. Através da entrada dos valores de temperatura e umidade externa a partir do sensor DHT22 com uso da equação obtidase calcula a tensão de saída do microcontrolador para o estágio amplificador que é conectado à entrada analógica do conversor de frequência que aciona os motores dos ventiladores dos painéis evaporativos. A tensão de saída no controlador e na entrada do conversor de frequência são obtidas e a partir de técnicas de cálculos computacionais funções de tensão em função da temperatura, a função para a saída do microcontrolador é a função efetivamente inserida em sua programação. Devido a carga presente no circuito controlador na ligação ao conversor de frequência foi apresentada uma tensão menor do que o esperado para a alimentação do circuito amplificador, dificultando o processo de comunicação necessário e necessitando de um ajuste no circuito amplificador. 4. CONCLUSÃO O presente resumo expandido demonstra algumas das dificuldades encontradas no projeto um controlador automático de velocidade dos ventiladores de sistemas de resfriamento evaporativo visando o uso racional da energia elétrica e mantendo simultaneamente o conforto térmico. Com os cálculos e desenvolvimento das equações de controle foi possível prever a redução do consumo diário de energia elétrica quando o controlador automático é incorporado ao sistema, que por simulação chega a ser de aproximados 77%. A partir da análise efetuada o uso do controlador de baixo custo é altamente rentável para o uso racional da energia elétrica ao mesmo tempo em que garante níveis adequados de conforto térmico, entretanto melhorias de desempenho no controlador deverão ser efetuadas. 6. REFERÊNCIAS FONSECA, A. L. A.; UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO. Análise do uso de conversor de frequência na ventilação forçada de sistemas de resfriamento evaporativo visando à eficiência energética. Ano de Obtenção,2012. Dissertação. CAMARGO, J. R.Resfriamento Evaporativo- Climatização Ecológica.Rio de Janeiro: Ciência Moderna, 2009.
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