Anais do XV Encontro de Iniciação Científica da PUC-Campinas - 26 e 27 de outubro de 2010
ISSN 1982-0178
DESENVOLVIMENTO DE UM SENSOR DE TEMPERATURA DE
SUPERFICIE COM COMUNICAÇÃO SERIAL
Lucas Coelho Cavalheiro
Prof. Dr. Alexandre de Assis Mota
Faculdade de Engenharia Elétrica
CEATEC
[email protected]
Grupo de Pesquisa Eficiência Energética - Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica
[email protected]
Resumo: Este trabalho contempla o desenvolvimento de um sensor de temperatura para aferição do
conforto térmico. Este sensor foi desenvolvido utilizando basicamente um CI (Circuito Integrado), um
Amp-Op (Amplificador Operacional) e um microcontrolador alem de eletrônica discreta. O dispositivo
desenvolvido possuí ajuste para calibração, comunicação serial via RS-232, sensor de temperatura isolado conectado via cabo blindado de 3 metros (possibilita manter o circuito em um lugar seguro) e uma
extensa faixa de tensão de alimentação entre (7 e
30V). A medição é feita por um sensor analógico, o
valor é convertido em um byte por um conversor A/D
(Analogico/Digital) e então transmitido via RS-232
para um computador. Um software simples utiliza os
dados para exibir a temperatura atual e realizar a
gravação desses dados em um documento..
Palavras-chave: Temperatura, Eficiência Energética, Sensor
Área do Conhecimento: Sensoriamento Automatizado, Eficiência Energética – CNPq.
1. INTRODUÇÃO
Preocupação com o meio ambiente, hoje, é
indispensável tendo em vista que a situação natural
do planeta está piorando cada vez mais. Assim como a conscientização dos indivíduos é fundamentalmente necessária para realizar mudanças, as empresas e indústrias também tem a necessidade de se
adaptar e ajudar a conservar e melhorar a qualidade
do meio ambiente a sua volta. Este projeto faz parte
de um grupo de pesquisa que está engajado na diretriz da evolução tecnológica aliada a saúde do meio
ambiente e a eficiência de processos.
Este projeto consiste no desenvolvimento, prototipação, montagem e calibração de um sensor de
temperatura de superfície. O propósito é adquirir
mais informação de um ambiente para poder realizar
o mapeamento otimizado da temperatura para atuar
de maneira mais inteligente na aferição do conforto
térmico e economizar energia tornando este processo mais eficiente.
2. CONTEXTUALIZAÇÃO DO PROBLEMA
Para desenvolver este projeto foi primeiramente realizado um estudo geral sobre aferição térmica e conforto humano. Dentre os pontos estudados é interessante ter em mente algumas informações simples como o fato da sensação térmica depender de fatores como a incidência de calor por
meio de irradiação, fluxo do ar (vento), temperatura
do ar, alem de fatores psicológicos. A importância
deste projeto se consolida no fato de que o ser humano obtém um melhor desempenho quando se
sente confortável além de contribuir para a manutenção da saúde do indivíduo. Colocando em termos
práticos, trabalhadores de uma empresa podem melhorar seu desempenho e conseqüentemente gerar
maior progresso para sua empresa caso a mesma
forneça um ambiente confortável para seus trabalhadores.
Para solucionar o problema, que consiste em realizar a medição da temperatura para aferição térmica, é necessário visualizar o que pode ser melhorado nos sistemas já existentes. Atualmente um dos
dispositivos mais utilizados para aferição térmica é o
Ar Condicionado, que pode também ser um dos dispositivos que mais utiliza energia em um ambiente,
por esse motivo foi utilizado como exemplo de possível atuador deste sistema.
Os aparelhos de Ar Condicionado em sua maioria
funcionam de maneira muito simples e não eficiente.
Basicamente o aparelho possui um sensor de temperatura integrado e após o usuário escolher a temperatura desejada o mesmo compara a temperatura
medida pelo sensor com a temperatura desejada.
Caso a temperatura desejada seja inferior, o dispositivo começa a aturar liberando um fluxo de ar gelado
(mais gelado do que o escolhido) e mantém este
fluxo até que a a temperatura ao seu redor chegue a
temperatura escolhida. Logicamente o algoritmo uti-
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lizado para decisão de quando o fluxo de ar deve se
desligado ou não varia de aparelho para aparelho,
porém em sua maioria, quando necessitam reduzir a
temperatura, geram um fluxo de ar gelado de forma
abrupta. Após um determinado período a temperatura ambiente começa a subir novamente até que o
sensor integrado ao ar condicionado consiga perceber que a temperatura esta acima da desejada, então o dispositivo começar a gerar o fluxo de ar novamente. Este funcionamento intermitente e abrupto
gera um grande consumo de energia nos picos de
geração do fluxo de ar gelado e ao mesmo tempo
gera uma sensação de desconforto no momento em
que libera o fluxo de ar gelado para quem está próximo do mesmo. Como os aparelhos possuem apenas um sensor integrado, só é possível realizar a
tomada de decisão a partir da temperatura próxima
ao ar condicionado sem saber como está a temperatura a uma distancia maior, ou até mesmo nas paredes janelas e outras superfícies (que irradiam calor).
Realizando um mapeamento da temperatura em
superfícies e em pontos diferentes é possível, através de algoritmos, realizar uma atuação de forma
continua mantendo o ambiente em equilíbrio, gastando menos energia e aumentando a eficiência energética do dispositivo.
3. METODOLOGIA
Nesse trabalho, optou-se pelo LM35, que é um
CI encapsulado no padrão TO-92 e por isso precisa
ser adaptado para utilização como sensor de superfície, caso contrario como seu corpo e terminais ficam em contato com o ar, outro fluido ou até mesmo
outra superfície o mesmo sofre influencia de outras
temperatura que não a da superfície a ser medida.
Além da interferência por contato de fluidos ou superfície no CI também existe a influencia de irradiação como por exemplo a luz do sol. Para evitar todas essas interferências foi utilizada metade de uma
rolha de cortiça, pasta térmica, papel alumínio e fita
isolante. No pedaço de rolha foi feito uma concavidade onde o LM35 fica encaixado e em seguida foi
colocada pasta térmica para que não houvesse nenhum espaço com ar entre o pedaço de rolha e o
papel alumínio que envolve a rolha e o sensor. O
papel alumínio foi colocado ao redor da rolha, já
com o LM35 encaixado e com a pasta térmica (para
melhor transferência de calor entre o papel alumínio
e o CI), para refletir a irradiação o máximo possível.
A figura 1 apresenta o sensor já adaptado.
Figura 1 – Sensor Adaptado
4. RESULTADOS
Para validação do dispositivo foram feitas
medições de temperatura de superfície utilizando o
mesmo e um termômetro infravermelho da Minipa.
Essas medições foram feitas fixando sensor do dispositivo desenvolvido a uma placa de metal envolvida com fita isolante, para que o termômetro infravermelho medisse de maneira adequada (pois o
mesmo não possui controle de emissividade). A placa de metal foi esquentada por um soprador térmico
e conforme a temperatura aumentava de aproximadamente 10°C era feita uma comparação entre o
termômetro infravermelho e o sensor de temperatura
de superfície desenvolvido. A figura 2 ilustra o processo de validação adotado.
Figura 2 – Validação do Sensor
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Os resultados do teste estão descritos na
tabela 1 e na figura 3. Observa-se que existe pequenas distinções nos valores medidos entre os 2 dispositivos e isto se deve ao fato de que o calor não se
distribui imediatamente para toda a placa de metal.
Como existe uma pequena diferença de temperatura
de uma região para outra e os sensores infravermelhos não estava fixado exatamente em um ponto é
aceitável uma pequena divergência nos valores.
5. CONCLUSÃO
Este projeto explicita a viabilidade da medição de
temperatura de superfície de forma eficiente. Este
dispositivo pode ser produzido a baixo custo e integrado a centrais inteligentes para melhora de eficiência de atuadores no ambiente em questão. Se for
feito um estudo de custo, será verificado que a economia de energia em função da melhora de eficiência energética dos atuadores irá compensar o preço
do dispositivo em um período curto de tempo. O
conforto térmico pode ser melhor obtido integrando
este tipo de sensor as centrais de climatização. Além
da questão financeira e do conforto, está claro que é
possível causar menor impacto ao meio ambiente
com a utilização deste tipo de dispositivo. Existem
pontos que podem ser melhorados para produção e
comercialização, porém do ponto de vista cientifico
está claro que é possível realizar o monitoramento
da temperatura de uma superfície de maneira eficiente e barata.
AGRADECIMENTOS
Agradeço ao Prof. Alexandre de Assis Mota
pelo suporte e orientação e ao Leandro Ortiz pela
contribuição ao projeto.
Tabela 1 – Medições de Validação
Figura 3 – Gráfico das Medições de Validação
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