CENTRO DE TECNOLOGIA E URBANISMO (CTU) DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA (DEEL)
Pré-projeto de Trabalho de Conclusão de Curso
Acionamento de módulo módulo PELTIER através através de um conversor CC/CC topologia Push-Pull
Aluno: Guilherme Henrique Verussa Orientador: Aziz Elias Demian Junior Coorientador: Décio Luiz Gazzoni Filho
LONDRINA 2013
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1. RESUMO
Com o passar do tempo houve um aumento no desenvolvimento de materiais que para manter suas características físicas e químicas precisam permanecer em uma temperatura constante (ou com baixa variação) e, quase sempre, esta temperatura é abaixo da temperatura ambiente. Para manter estes materiais nestas condições foram desenvolvidos vários tipos de refrigeradores, cada refrigerador possui características e aplicações próprias que devem ser levadas em considerações. Neste projeto será feito um refrigerador microcontrolado utilizando o Peltier para controle de temperatura de uma caixa térmica, sendo esta caixa utilizada para armazenamento e transporte de vacinas e afins. O módulo Peltier fornece uma diferença de temperatura proporcional à corrente fornecida a ele, por isso este módulo necessita de uma fonte de tensão com controle de saída que fornecerá a corrente necessária para produzir a temperatura desejada e como o foco do projeto é o transporte desta caixa deve ser feita uma fonte pequena e para isto será feita uma fonte chaveada.
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2. OBJETIVOS
Para haver um controle da temperatura dentro de uma caixa a partir do módulo PELTIER deve-se ter um controle preciso da corrente, e com isto o controle da potência, fornecida a ele, portanto será projetada e desenvolvida uma fonte chaveada CC/CC microcontrolada que fornecerá a corrente necessária para obter a temperatura desejada para a manutenção de vacinas em uma temperatura constante.
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3. DESCRIÇÃO DO PROJETO
O desenvolvimento de modulo de refrigeração de baixo custo e que possui um controle da temperatura confiável é muito importante em diversas áreas. O conceito de refrigerador é simples, basta diminuir a temperatura de um determinado ambiente, mas nem por isso é de fácil implementação. Existem diversos tipos de refrigeração o sistema mais conhecido é o de refrigeradores domésticos que utilizam o conceito da variação de temperatura com a variação da pressão, um compressor comprime um gás que por sua vez aumenta sua temperatura e passa por uma serpentina para abaixar a temperatura, desta forma o gás chega dentro da geladeira mais frio do que quando ele foi comprimido e quando se expande ele diminui sua temperatura resfriando assim o ambiente. Este tipo de refrigeração é comum, mas possui muitos pontos negativos:
Necessidade de um compressor (grandes e muitas vezes barulhentos);
Utilização de um gás para a refrigeração;
Necessidade de encanamento para a serpentina e transporte do gás;
Pouca possibilidade de transporte pelo seu tamanho.
Existe outro tipo de refrigeração que é a utilização direta de um líquido (água, por exemplo) sobre uma superfície ou objeto. O líquido (normalmente à temperatura ambiente) entra em contato com o objeto e retira calor deste aumentando o próprio calor, após isto ele vai para um deposito ou represa onde se resfria naturalmente ou de modo forçado. Este processo é mais utilizado para se resfriar objetos que estão a uma
5 temperatura mais elevada, pois não consegue chegar a uma temperatura menor que à ambiente sem uma refrigeração forçada do líquido. Alguns fatores negativos deste sistema:
Possível corrosão da superfície pelo contato direto com o líquido;
Limitação da temperatura mínima alcançada sem uma refrigeração forçada do líquido;
Necessidade de um reservatório ou represa para o armazenamento do líquido.
Existem outros diversos tipos de sistemas de refrigeração que não vem ao caso no momento. O efeito PELTIER é a geração de uma diferença de temperatura na junção entre 2 condutores quando percorrido por uma corrente, sendo esta diferença de temperatura proporcional à corrente fornecida. Este efeito é baixo e para produzir uma variação de temperatura que seja relevante é necessário utilizar varia junções, com isto foram produzidos módulos que agrupam um número relevante de junções. Nestes módulos um lado dele é o chamado de lado frio e o outro de lado quente. A passagem de corrente neste modulo gerará uma diferença de temperatura entre estes 2 lados e com isto podemos chegar numa temperatura desejada e manter ela bastando controlar a corrente. Outra forma de controlar a temperatura é resfriando a parte quente, pois a corrente apenas gerará uma variação entre as placas. Este tipo de refrigeração possui as seguintes vantagens:
É pequeno e leve, sendo importante para aplicações para transporte de substâncias.
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Não há necessidade de utilização de fluídos diretamente para a transferência de calor.
Poucos componentes para montagem do sistema inteiro.
Para o funcionamento do PELTIER será feito inicialmente uma análise das topologias mais comuns de fontes chaveadas CC/CC que existe e serão mostradas as vantagens e desvantagens de cada uma para que com isso possa-se escolher o melhor tipo para esta aplicação. Após a análise das topologias de fontes chaveadas
será feito o
dimensionamento de uma fonte chaveada que será utilizada para o controle da temperatura
através
do
controle
de
corrente
do
módulo
PELTIER.
Este
dimensionamento será feito através das características de tensão e corrente que o módulo PELTIER que será utilizado neste experimento possui. No mercado existem vários tipos deste módulo sendo que pode haver uma grande variação da potência utilizada, um mau dimensionamento acarreta num desperdício de dinheiro e má funcionamento de um projeto. Levantado os valores da fonte será utilizado um software de análise de circuitos elétricos para a simulação, será utilizado o software ORCAD, pois ele possui um melhor desempenho na análise de indutores e transformadores. Com a análise em software será possível observar algum erro cometido ou algo que poderá ser melhorado ou complementado para o melhor desenvolvimento do produto final, este passo é muito importante, pois com isto é possível analisar um sistema sem a necessidade de montálo fisicamente e se for cometido algum erro não causará qualquer prejuízo financeiro por queima de algum componente.
7 Com as simulações realizadas e as devidas correções tomadas será desenvolvido um protótipo da fonte chaveada projetada, este protótipo será utilizado para análise do funcionamento do circuito físico projetado e, se for encontrado algum erro que passou despercebido até o momento, correção final do projeto.
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4. PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS
1. Revisão bibliográfica: Análise dos tipos sistemas de refrigeração, funcionamento e aplicação do efeito PELTIER, estudo de retificadores, linguagem C, microcontroladores e de outros componentes eletrônicos, estudo dos tipos de fontes chaveadas; 2. Análise qualitativa: Utilizando os dados obtidos na revisão bibliográfica será analisado os tipos de fontes chaveadas e mostrados os pros e contras dos tipos mais importantes e qual o motivo de se utilizar o tipo Push-Pull; 3. Análise quantitativa: Definido o módulo PELTIER que será utilizado, será utilizado as características elétricas de funcionamento deste para o dimensionamento de todos os componentes necessários para a montagem da fonte chaveada; 4. Simulação: Utilizando o software ORCAD será montado e simulado o circuito projetado para análise de funcionamento e detecção de erros e falhas no dimensionamento desta fonte, encontrado algum erro será feita as devidas correções e será simulado de novo até o perfeito funcionamento. 5. Desenvolvimento e montagem do protótipo: Após todas as simulações e correções feitas, será montado o circuito em uma protoboard para ser analisado o funcionamento pratico da fonte, nesta parte serão analisados possíveis falhar que o software não consegue detectar e erros que podem surgir com a montagem de um circuito elétrico; 6. Escrita da monografia: A escrita da monografia será feita em paralelo ao projeto.
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5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Aplicações
tecnológicas
do
efeito
Peltier;
Disponível
em:
http://www.univasf.edu.br/~joseamerico.moura/index_arquivos/Cap6.pdf , acessado em 01/04/2013.
Projeto de uma micro-adega climatizada de baixo custo; Disponível em: http://www.peltier.com.br/tese.pdf , acessado em 11/02/2013.
Thermoelectric Cooling Using
Peltier Cells in Cascade; Disponível em:
http://www.geocities.ws/haidarsajjad/AAPTHandout2.pdf ,
acessado
em
08/04/2013.
Kofuji, Sérgio Takeo, Fontes Chaveadas, capítulo 3; Disponível em: http://www.lsi.usp.br/~roseli/www/psi2307_2004-Teoria-3-FCha.pdf , em 15/04/2013.
acessado
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6. CRONOGRAMA DE DESENVOLVIMENTO
Nome da tarefa Revisão da Literatura Pré-projeto Análise qualitativa Análise quantitativa Simulacão Desenvolvimento e montagem Escrita da monografia
FEV
MAR
ABRIL MAIO
JUN
JUL
AGO
SET
