Em alguns sistemas de aquecimento, a água é aquecida por algum tipo de dispositivo e em seguida bombeada até o local em que deve levar o calor, para depois voltar até o aquecedor. O percurso da água é fechado e a transferência de calor para o ambiente (através de radiadores) deve ser controlada.
A idéia de um medidor de calor é para medir a quantidade de calor dissipada no local que deve ser aquecido (residência, estabelecimento comercial, etc.) pelos dissipadores. A medida deste consumo de energia é feita levando-se em conta três parâmetros:
• Temperatura da água que chega;
• Temperatura da água que sai;
• Quantidade de água envolvida no processo.
Pode-se obter as temperaturas da água que chega e da água que sai, utilizando termopares RTD ou dispositivos similares. A massa da água que flui pode ser obtida empregando-se medidores comuns, usados na medida do consumo de água residencial. Uma vez conhecidos estes parâmetros, é possível calcular a quantidade de energia dissipada usando a seguinte equação:
A saída dos medidores de água é encontrada de três formas: pés cúbicos, galões ou metros cúbicos. Devemos calcular a taxa de circulação em termos de quilogramas por segundo. Para isso, devem ser utilizados os fatores de conversão apropriados, sendo que para o caso de nossas unidades, 1 m³ de água; considerando-se uma densidade
de 991 g/cm³ nos leva a 991 kg.
Com a indicação do medidor de fluxo de água, e além disso a diferença entre a temperatura de entrada e saída, pode-se calcular a quantidade de calor transferida. Essas informações possibilitam a elaboração do projeto do medidor.
O Projeto
Na
figura 1a temos um exemplo de circuito baseado no microcontrolador PIC16F913.
O dispositivo utilizado tem um conversor A/D de 10 bits integrado e um circuito de acionamento do módulo LCD. Este é capaz de acionar 4 COMs x 15 segmentos com um total de 60 pixels. Os medidores típicos trabalham com 48 pixels ou 6 dígitos, deixando 12 pixels para outros ícones. O circuito usa resistores de valores relativamente elevados (750 kΩ) na escada de resistores do módulo LCD, o que minimiza o consumo de corrente do circuito.
O exemplo apresentado emprega dois termopares tipo K para medir as temperaturas de entrada e de saída da água. Dois amplificadores operacionais MCP602 são utilizados para formar amplificadores de instrumentação para interfacear os termopares. As saídas desses circuitos são ligadas às entradas analógicas RA0 e RA1 do A/D. O timer 1 é usado para determinar a taxa de amostragem da temperatura. Veja a
figura 1b.
Os medidores de fluxo de água possuem dois tipos de saída. O primeiro utiliza um disco, cuja velocidade de rotação é proporcional ao fluxo de água. Para este tipo de medidor, pode-se prender no disco um pequeno refletor e usar um processo óptico para ler as suas rotações através de um opto-acoplador, por exemplo. O segundo tipo utiliza um ímã que gira com o fluxo de água, caso em que é empregado um sensor Hall para fazer a medida de sua rotação.
Qualquer desses sensores pode ser ligado à entrada TOCKI do microcontrolador, depois de processamento apropriado do sinal para se obter pulsos correspondentes.
Com a medida do fluxo de água e da diferença das temperaturas, o microcontrolador calcula o consumo da energia utilizada e a mostra no display. A EEPROM integrada no dispositivo pode ser usada para registrar periodicamente as informações obtidas do uso da energia.
*Originalmente publicado na revista Saber Eletrônica - Ano 44 - N°427 - Ago/08
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