DESENVOLVIMENTO DE UM CHUVEIRO ELETRÔNICO PARA SISTEMAS DE AQUECIMENTO SOLAR COMPACTOS UTILIZANDO UMA VÁLVULA TERMOSTÁTICA .

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aborda técnicas de controle digital, filtros analógicos, eletrônica de potência, microcontroladores, Arduino Uno, servo motores, misturador monocomando, sistemas hidráulicos, térmicos e outros.

Palavras-chave: Chuveiro digitalmente controlado. Misturador monocomando. Sistemas de controle. Controlador PI. Microcontrolador.

ABSTRACT

This paper presents the development of an electrical shower for compact solar domestic hot water system (CSDHWS) using a thermostatic valve. The proposed system composes the project and assembly of a prototype which integrates with a shower digitally controlled to heat water mixing with ambient temperature water. The prototype help the shower water flow constant with a selectable temperature range, avoiding waste of water in initial bath time and saving energy if the CSDHWS provide water with temperature equal or higher than the desired temperature. The project deals with digital control techniques, analog filters, power electronics, microcontrollers, Arduino Uno, servo motors, single lever mixer, hydraulic and thermal systems and others.

Key-words: Digitally controlled shower, Single lever mixer, Control systems, PI controller, Microcontroller.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Tiristor SCR. 22

Figura 2 - Circuito utilizando gradador à tiristor (a) e gradador à TRAIC (b). 23

Figura 3 - Gcircuito utilizando gradador Monofásico. 23

Figura 4 - Tensão da rede, controle do gatilho e tensão na carga. 24

Figura 5 - Corrente eficaz parametrizada na carga resistiva do gradador monofásico. 25

Figura 6 - LM35 (sensor de temperatura). 26

Figura 7 - Diagrama de blocos de um sistema de controle em malha aberta. 27

Figura 8 - Exemplo de um diagrama de blocos de um sistema de controle em malha fechada. 28

Figura 9 - Diagrama de blocos de um sistema realimentado. 29

Figura 10 - Sistema de controle com processador e conversores A/D e D/A. 30

Figura 11 - Diagrama de Blocos da planta do sistema do chuveiro. 31

Figura 12 - Filtro PB de segunda Ordem. 35

Figura 13 - Válvula misturadora para instalações multiponto. 36

Figura 14 - Válvula de 3 vias com atuador elétrico. 37

Figura 15 - Inclinação da alavanca de abertura do monocomando. 38

Figura 16 - Misturador monocomando adaptado para acoplar o servo motor. 39

Figura 17 - Kit Arduino Uno. 40

Figura 18 - Ambiente de programação Arduino. 41

Figura 19 - Diagrama de blocos do sistema de controle de temperatura do chuveiro. 44

Figura 20 - Fluxograma de exibição e ajuste da temperatura do chuveiro. 45

Figura 21 - Diagrama de blocos da placa de circuito de controle de temperatura chuveiro. 46

Figura 22 - Esquemático do circuito da fonte de alimentação auxiliar para a placa de controle principal e para o servo motor. 47

Figura 23 - Pulso Gerado na Passagem por Zero. 48

Figura 24 - Circuito de identificação de passagem por zero 48

Figura 25 - Esquemático para simulação do acionamento à TRIAC. 49

Figura 26 - Foto do Painel com display, LED, botão e potenciômetro. 50

Figura 27 - Esquemático da placa de do painel 51

Figura 28 - Circuito do botão select e do potenciômetro de ajuste de temperatura. 51

Figura 29 - Fluxograma da função main 53

Figura 30 - Arquivo de cabeçalho main.h no editor Atmel Studio. 54

Figura 31 - Pinos Atmega328p no simulador 55

Figura 32 - Função ioInit (arquivo main.c) utilizada para chamar as funções de inicialização dos pinos de entrada e saída (Atmel Studio). 56

Figura 33 - Função mocInit (arquivo main.c) utilizada para habilitar o pino de acionamento do MOC como saída e o pino de identificação da passagem por zero como entrada (Atmel Studio). 57

Figura 34 - Fluxograma da interrupção externa INT0 acionada à cada mudança de ciclo da rede, ocorre aproximadamente a cada 8,33 ms. 58

Figura 35 - Trecho arquivo timer.c que contém o temporizador timer 2 e a interrupção externa INT0 (Atmel Studio). 59

Figura 36 - interrupção por estouro de contagem timer 2 à cada 46 µs. 60

Figura 37 - Fluxograma da interrupção por estouro de contagem timer 0 à cada 1 ms. 61

Figura 38 - Trecho do arquivo timer.c que contém o temporizador timer 0 (Atmel Studio). 61

Figura 39 - Trecho do código (ad.c) onde aparecem as configurações dos registradores do AD. 62

Figura 40 - Trechos do código (main.c) que contém as configuração dos canais AD (Atmel Studio). 63

Figura 41 - Análise do sinal do LM35 (escala de 10 mV/div) sem filtro no osciloscópio e pulso (5 V/div) para indicar o momento em que ocorre a mudança de ângulo. 64

Figura 42 - Esquemático do Filtro PB para o LM35. 65

Figura 43 - Sinal do LM35 com filtro (50 mV/div). 65

Figura 44 - Teste prático com tempo de acomodação de 5%, superior à 70 s (sensor 200 mV/div; potenciometro 2 V/div). 66

Figura 45 - Trecho do código utilizado para análise da planta G(s). 68

Figura 46 - Resposta de G(s) ao degrau unitário (simulação). 69

Figura 47 - Função de trasnferência G(s), comparação entre simulação e prática. 69

Figura 48 - Código do projeto