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Em razão da necessidade de se economizar energia, a preocupação em se melhorar o desempenho de equipamentos elétricos de alto consumo aumenta. Como os grandes vilões do consumo de energia são os eletrodomésticos que convertem energia elétrica em calor, o chuveiro e a torneira elétrica não poderiam escapar de ser alvos dessa preocupação.

Como racionalizar o consumo de energia desses eletrodomésticos?

Aquecer a água até a temperatura exata que se deseja (não mais) de modo a termos uma racionalização do consumo, é uma possibilidade que deve ser analisada. No entanto, eletrodomésticos como chuveiro e torneiras comuns não possuem um controle fino de temperatura e isso pode ser conseguido por meios eletrônicos. Até a disponibilidade TRIACs, de baixo custo, capazes de controlar as correntes de dezenas de ampères exigidas por chuveiros e torneiras elétricas, era impossível pensar em um controle eletrônico para tais eletrodomésticos que fosse simples e que custasse pouco. Agora, com a possibilidade de encontrarmos TRIACs como o TIC263 e até maiores, que podem operar com as tensões da rede de energia de 220 V e com correntes de até 32 ampères ou mesmo mais, a sua utilização no controle de potências para chuveiros e torneiras elétricas é uma solução natural para um tipo de projetos que muitos leitores têm solicitado. Descrevemos, então, neste artigo a montagem de um controle eletrônico de temperatura da água para chuveiros e torneiras elétricas que se baseia totalmente em dispositivos de estado sólido, ou seja, em semicondutores e que, portanto, apresenta uma grande eficiência, proporcionando a tão desejada economia de energia. O dispositivo permite que se ajuste a potência aplicada ao elemento de aquecimento do chuveiro ou torneira numa faixa de aproximadamente 1% a 98%, o que significa que a temperatura da água pode ser ajustada linearmente nessa mesma faixa. Simples de instalar, ele não exige que o chuveiro ou torneira sejam abertos, e como a corrente que passa pelo elemento de ajuste - um potenciômetro comum - é muito baixa, temos segurança aliada a uma probabilidade menor da ocorrência de falhas. Apenas alertamos aos interessados que o dispositivo trabalha diretamente ligado na rede de energia numa condição direta em local perigoso, uma vez que temos a presença da água. Assim, todos os cuidados com isolamentos e a instalação devem ser tomados no sentido de se garantir que não aconteçam acidentes com os usuários. Recomendamos que os leitores interessados na montagem e instalação deste equipamento estejam cientes das normas de segurança que envolvem a instalação deste tipo de aparelho.

Características:

• Tensão de entrada: 220 V

• Potência máxima controlada: 5000 watts

• Faixa de controle: 1 a 98%

• Corrente de controle: 50 mA (tip)


Como Funciona

O que temos para este circuito é um controle de potência com TRIAC na configuração tradicional, que determina o ponto de disparo nos semiciclos da corrente alternada da rede de energia. Assim, o elemento de aquecimento do chuveiro elétrico ou torneira elétrica é ligado em série com o TRIAC que é um semicondutor com capacidade de controlar altas correntes. No eletrodo de disparo do TRIAC (gate) ligamos um DIAC e uma rede RC de retardo que vai determinar o ponto de disparo do semicondutor em cada semiciclo da tensão alternada da rede de energia. Dessa forma, na subida do semiciclo da rede energia, o capacitor começa a se carregar pelo potenciômetro e pelo resistor em série até que seja atingido o ponto de disparo do DIAC. Se o potenciômetro estiver ajustado para uma pequena resistência, o capacitor se carrega logo e o disparo do DIAC ocorre no início do semiciclo.
Nestas condições, o DIAC conduz e o TRIAC dispara aplicando todo o restante do semiciclo no elemento de aquecimento que recebe uma boa potência. Entretando, se o potenciômetro estiver ajustado para uma resistência maior, a carga do capacitor será mais lenta e o disparo só ocorrerá no final do semiciclo. Nesta situação, quando o DIAC conduzir e disparar o TRIAC, só restará uma pequena parcela do semiciclo para ser aplicada ao elemento de aquecimento. Sua temperatura será menor. No final de cada semiciclo o TRIAC desliga-se de modo que o mesmo acontece no início do seguinte. Na figura 1 temos as formas de onda que são aplicadas ao elemento de aquecimento nos dois pontos indicados de disparo.


Evidentemente, entre esses dois pontos de disparo podemos obter qualquer outro intermediário, fixando assim de forma precisa a potência que desejamos aplicar ao elemento de aquecimento. O DIAC é um elemento importante deste circuito de disparo. Trata-se de um dispositivo semicondutor que funciona de modo análogo a uma chave regenerativa. Quando uma tensão da ordem de 30 volts é aplicada neste componente, não importando sua polaridade, ele conduz rapidamente passando a apresentar uma resistência muito baixa. Ele é o elemento ideal, pelas suas características, para fornecer um pulso de corrente na comporta do TRIAC, o que é necessário ao disparo. Assim sendo, esse pulso vem da descarga do capacitor através do DIAC que conduz, levando o TRIAC à plena condução.
 

Motagem

Na figura 2 mostramos o diagrama completo do chuveiro eletrônico, com indicações para a rede de 220 V. Não recomendamos a sua utilização na rede de 110 V, pois a potência máxima ficaria reduzida à metade, o que não é interessante, visto que os chuveiros de menos de 3000 watts praticamente “não esquentam”.


Os componentes têm a disposição real apresentada na figura 3. Veja que os terminais principais do TRIAC, que devem conduzir a corrente muito intensa do elemento de aquecimento, devem ser ligados com fios bem grossos.


O TRIAC deve ser montado em um excelente radiador de calor, uma vez que, com a corrente indicada ele deverá aquecer bastante. Lembramos que cada ampère de corrente em um TRIAC gera em média 2 watts de calor, o que nos leva a uma boa potência final neste componente. Os demais componentes são ligados por meio de fios comuns finos e podem ficar numa pequena placa de circuito impresso dentro da caixa que vai alojar o aparelho.
O potenciômetro pode ser remoto e ligado ao circuito por meio de fio bem isolado fino, o que permite sua colocação junto ao registro de água, numa altura que possa ser acessível a qualquer operador. O potenciômetro usado deve ter eixo plástico, por medida de segurança, e instalado em caixa bem vedada de modo que a água ou mesmo umidade possa penetrar. Uma boa ideia consiste em se fechar a caixa com cola de silicone depois de feita a montagem e fazer sua fixação no banheiro. O capacitor e o resistor em paralelo com o TRIAC ajudam a amortecer os picos de tensão gerados na comutação e que podem causar interferências em aparelhos de rádio próximos, principalmente nos que operam na faixa de AM.
Os capacitores devem ser de poliéster metalizado com uma tensão de trabalho de pelo menos 400 volts.