CONTROLE DE UM TROCADOR DE CALOR PARA USO RESIDENCIAL

Resumo

Apesar de ser pouco utilizado no Brasil, o aquecimento de pisos é uma alternativa para maior conforto térmico para a região Sul do país, onde ocorrem baixíssimas temperaturas durante os meses de inverno. Neste trabalho desenvolvido em aula, foi projetado um sistema de aquecimento de piso para determinada residência, fixando a temperatura mínima desejada do reservatório. Inicialmente, o projeto baseou-se em residência hipotética contendo coletor solar de tubos de cobre para aquecimento de água, a fim de reduzir o gasto com aquecimento elétrico. Tipicamente é utilizado apoio elétrico no reservatório garantindo que se conseguirá aquecer o piso mesmo com baixos índices de captação da energia radiante solar. Neste sistema, no reservatório de água aquecida, a temperatura é verificada por sensor de temperatura, e o sistema de controle PID (Proporcional, Integrativo e Derivativo) determina os tempos de acionamento de relé que submete a tensão da rede elétrica na resistência do resistor de infusão, caso não seja alcançada a temperatura mínima pela troca no coletor solar. A água aquecida fica disponível para que, quando necessário, se acione a bomba, e a água flua para as serpentinas de aquecimento do piso em ciclo fechado. Este projeto visa o modelamento do sistema para a sintonia do controle PID a fim de reduzir a quantidade de comutações do relê mantendo a temperatura da água com menos de 1ºC de variação. Foi utilizado o método de Ziegler-Nichols para chute inicial dos ganhos do controlador digital e apresentado os índices de eficiência em controlador de baixo custo. O trabalho limitou-se apenas em desenvolver o modelamento do sistema de aquecimento de água em caixa contendo 6 litros, resistor de infusão, sensor de temperatura NTC de 10kΩ, Relé Metaltex AX1RC-5V, Arduíno®, resistores de 2kΩ e 330Ω, transistor BC337 e diodo IN4004 para a roda livre da bobina do relê. O sistema foi programado com alvo na temperatura de 45ºC, e medições a cada 2 segundos. Foram realizadas 871 medições em 29 minutos e atingiu a temperatura de 45,29ºC. Com esses resultados e com o gráfico gerado, realizando as manipulações algébricas, foram obtidos os parâmetros necessários para encontrar a função de transferência desse sistema. O sistema atingiu os objetivos da margem de erro da temperatura desejada.