O objetivo deste experimento é desenvolver um circuito eletrônico que possa aquecer água utilizando uma fonte de alimentação de corrente contínua de 12 V, como a encontrada nas baterias de automóveis. A partir desse circuito pode-se, por exemplo, construir uma garrafa térmica projetada para controlar a temperatura de líquidos.

Foram utilizados no circuito os seguintes sistemas:

Um sensor de temperatura de baixo custo, projetado para detectar a temperatura do líquido.

Ajuste de temperatura, utilizando um potenciômetro.

Sistema de proteção da resistência elétrica de aquecimento de água.

A lista completa dos materiais encontra-se descrita na tabela.

Componentes do circuito Quantidade Valor

Resistores

8 1k 2 1k 3 3k 5 10k 8 22k 1 47k 7 100k

CI

1 LM 324

1 LM 339

Diodo

1 1N

5 1N

LED

1 Amarelo 1 Verde 1 Vermelho Regulador (^1 ) Potenciômetro 1 10k Relé (^1) 6V/15A Capacitor Eletrolítico 1 220u/50V Capacitor Cerâmico (^1 )

TBJ

Zener (^1) 3,3V/1W

O circuito eletrônico montado pode ser visto na figura 1.

Imprimir

O Fluxograma do circuito é dado na figura 2.

O circuito desenvolvido será detalhado, a seguir.

O sensor de temperatura

Visando o baixo custo do projeto, foi utilizado como sensor de temperatura o diodo 1N4148, devido à sua sensibilidade à variação de temperatura. A figura 3 mostra o sensor de temperatura utilizado.

O sinal de tensão obtido do diodo para medir a temperatura pode ser visto na figura 4.

Para encontrar os valores das resistências mostradas no circuito da figura 6, inicialmente mediu-se a tensão do diodo quando submetido à água fria (0°C) e à água fervente (cerca de 100°C); posteriormente, foram utilizados dois softwares para auxiliar na obtenção dos valores das resistências conectadas no amplificador operacional: AmpOp e Divisor de Tensão, ambos freeware, exibidos nas figura 7 e figura 8.

O ajuste de temperatura

O ajuste de temperatura é feito através de um potenciômetro que envia um sinal de tensão a uma entrada do comparador de tensão. Este sinal é comparado ao sinal do sensor de temperatura. Na figura 9 é ilustrado o esquema do comparador de tensão básico, também visto no Fluxograma da figura 2 (com formato de losango).

O potenciômetro pode ser visto na figura 1 e no fluxograma (Figura 2). Quando a temperatura medida pelo sensor é maior do que a temperatura ajustada, desliga-se a resistência; do contrário a resistência será ligada, aquecendo o líquido.

Proteção da resistência elétrica

A resistência elétrica deve estar imersa no líquido para que, quando ligada, aqueça-o. Na ausência do líquido, não é aconselhável e nem necessário que a resistência esteja ligada, pois a mesma pode queimar-se e, mesmo que isso não ocorra, não é preciso acioná-la, economizando energia. Para impedir que a resistência fique ligada no caso de não haver líquido, foi projetado um sistema de reconhecimento de nível mínimo, que funciona como um sensor de nível. Baseando-se no fato de que o líquido possua condutividade elétrica, como a água, foi desenvolvido um sistema que utiliza 3 eletrodos que monitoram o nível mínimo de líquido. Figura 10.

Na figura 11 são exibidos o sensor de nível e as resistências de aquecimento.

tensão, como 6 V (o que retiraria o diodo zener), bastando para tanto realizar os devidos ajustes de ganho.

Num próximo passo, será desenvolvida uma versão do circuito utilizando o transistor IRF 540 em vez do relé.