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a Economia de Energia através do Controle Automático |  |
Fig. 1 o Controle Automático é usado neste aquecedor de água.
você já se perguntou como as luzes da rua “sabem” ligar quando escurece e desliga durante o dia, ou como uma porta automática “sabe” abrir para você quando você anda perto e perto depois de ter passado? Você já pensou em como um ar condicionado “sabe” quando uma sala está fria o suficiente e desliga seu compressor, ou como um aquecedor de água “sabe” se desligar para evitar que a água seja fervida? Tudo isso e muito mais são as maravilhas do controle automático. Como você verá neste módulo, os controles automáticos não são apenas convenientes, mas também economizam energia. Vamos dar uma olhada mais de perto.
Luzes de rua
As luzes de rua são projetadas para ligar automaticamente quando está escuro e desligar quando há luz para economizar energia. Como as luzes da rua sentem a escuridão e a luz do dia? Um dispositivo comum usado é chamado de resistor dependente de luz (LDR). É um resistor com resistência que muda de acordo com a quantidade de luz que cai sobre ele. Quando o LDR está no escuro, sua resistência é muito grande, normalmente na faixa m
. Quando está sob luz forte, sua resistência está na faixa k. Um circuito que faz uso dessa mudança de resistência em diferentes condições de luz é capaz de ligar e desligar as luzes automaticamente durante a noite e o dia, respectivamente. O LDR para luzes de rua deve ser posicionado de tal forma que outras fontes de luz não brilhem no LDR. Um tempo de atraso, o circuito também é necessário para que curtos períodos de escuridão (por exemplo, quando um pássaro voa sobre o LDR durante o dia) ou curtos períodos de brilho (e.g. quando os faróis de um carro brilhar no LDR durante a noite) não vai mudar que as luzes ligado ou desligado.
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| Fig. 2 Luzes de rua têm um controle sensível à luz que lhes permite ligar automaticamente à noite. | Fig. 3 resistor dependente de luz é usado em muitos circuitos de controle automático. |
aquecedores de Água, fornos, geladeiras, condicionadores de ar
Existem muitos aparelhos, tais como aquecedores de água, refrigeradores e condicionadores de ar que são projetados para ligar ou desligar automaticamente depois de uma temperatura pré-ajustada é alcançada. Isso evita a execução contínua dos aparelhos e o consumo excessivo de eletricidade.
alguns dispositivos de controle automático funcionam detectando a mudança de temperatura e interrompendo ou completando um circuito de acordo. Esses dispositivos são comumente usados em aparelhos elétricos, conforme demonstrado nas seções a seguir:
tiras bimetálicas
o princípio por trás de uma tira bimetálica é que diferentes metais se expandem para diferentes extensões com mudanças de temperatura. Combinando dois metais diferentes um em cima do outro em uma tira, uma tira bimetálica é formada. À medida que os dois metais se expandem ou se contraem de maneira diferente sob a mesma mudança de temperatura, a tira se dobra. Pode então ser usado para ligar ou desligar um circuito em certas temperaturas. Tiras bimetálicas são freqüentemente encontradas em fornos. A estrutura típica deste tipo de controle é mostrada na Fig. 5.
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| Fig. 4 uma tira bimetálica típica | Fig. 5 a estrutura de uma tira bimetálica |
o dispositivo mostrado na Fig. 5 é típico daqueles usados em fornos. O metal superior (azul) se expande mais quando aquecido e se contrai mais quando resfriado do que o metal inferior. Assim, quando a temperatura dentro do forno cai abaixo de um certo ponto, a tira bimetálica se dobra para cima o suficiente para completar o circuito, ligando o elemento de aquecimento. Na geladeira, a configuração reversa é usada. Quando a temperatura dentro da geladeira aumenta, a tira bimetálica se dobra para ligar o compressor que inicia o ciclo de resfriamento.
Termistores
Fig. 6 um termistor tem uma resistência dependente da temperatura.
um termistor altera sua resistência de acordo com a temperatura. Ao contrário do metal, a resistência de um termistor geralmente diminui com o aumento da temperatura. Um termistor típico tem uma resistência de algumas centenas de ohms à temperatura ambiente. Isso diminui continuamente para menos de cem ohms a 100 oC. Em uma caldeira de água doméstica controlada eletronicamente, por exemplo, um processador ou circuito mede a resistência do termistor. Quando uma resistência que indica uma determinada temperatura é atingida, os elementos de aquecimento são ligados ou desligados.
Termistores fazem uso de semicondutores para alcançar as mudanças de resistência. Muitos termistores são feitos de uma fina bobina de material semicondutor, como um óxido de metal sinterizado. O material tem a propriedade de que, à medida que a temperatura aumenta, mais elétrons no material são excitados e capazes de se mover para a condução de eletricidade. À medida que mais transportadores de carga estão disponíveis para condução, a resistência do material diminui com o aumento da temperatura.
Moderna controladores de temperatura
Fig. 7 Este controlador de temperatura usa um termopar para medir as mudanças de temperatura. Quando a temperatura medida (22 oC) se aproxima de um determinado valor (42 oC), a saída de energia elétrica para o soquete será reduzida automaticamente.
controladores de temperatura modernos fazem uso de termopares para medir a mudança de temperatura detalhada do objeto que está sendo monitorado. O termopar converte os dados de temperatura em sinais elétricos. Os componentes eletrônicos do controlador usam essas informações para deduzir futuras mudanças de temperatura e controlar a saída de energia para um aparelho (por exemplo, aquecedor ou ar condicionado) em conformidade para manter a temperatura do objeto dentro de uma faixa predefinida. Os usuários podem facilmente predefinir a faixa de temperatura de acordo com suas necessidades.
Os termopares usados em controladores de temperatura geralmente consistem em dois fios diferentes de metal / Liga Unidos (Por exemplo, por soldagem) em uma extremidade. A extremidade anexada é para medir a temperatura e é chamada de junção quente. A outra extremidade do termopar é conectada a um dispositivo de medição de tensão e é chamada de junção fria. Quando a temperatura das duas junções é diferente, uma diferença de potencial aparecerá entre os dois materiais diferentes. A diferença de potencial é aproximadamente proporcional à diferença de temperatura entre as duas junções. Esse fenômeno é chamado de efeito Seebeck. Os termopares são geralmente muito duráveis, podem ser colocados em espaços apertados e podem medir altas temperaturas, tornando-os termômetros muito versáteis.
sensores de Movimento para as luzes e escadas rolantes
sensores de movimento Infravermelho para controle de iluminação
Infravermelho sensores de movimento são comumente usado para ligar as luzes automaticamente quando a presença de pessoas é detectado. Isso economiza energia enquanto ainda fornece iluminação adequada quando necessário. Esse controle é especialmente útil para corredores ou salas que não são usados com frequência.
sensores de movimento do tipo passivo são geralmente usados. “Passivo” aqui significa que eles são sensíveis à radiação infravermelha emitida pelos objetos que estão sendo detectados (por exemplo. corpo humano), mas eles não têm uma fonte ativa para emitir qualquer radiação infravermelha.
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| Fig. 8 Sensores De Movimento infravermelhos são usados para controlar a iluminação nos corredores. | Fig. 9 a estrutura interna do sensor de movimento infravermelho. |
Qual é a estrutura desses sensores de movimento infravermelho e como eles funcionam? Olhe para a fotografia do sensor de movimento infravermelho. A superfície curva na frente é um tipo especial de lente chamada Lente Fresnel que concentra a radiação infravermelha no dispositivo de detecção de infravermelho, um sensor piroelétrico,no interior. A lente Fresnel é feita de um material transparente à radiação infravermelha, especialmente a faixa de radiação infravermelha emitida pelo corpo humano, mas não a luz visível.
os sensores piroelétricos são compostos por um material piroelétrico que produz tensão quando há uma mudança de temperatura. Quando uma pessoa passa, por exemplo, há uma mudança na quantidade de radiação infravermelha que atinge os sensores piroelétricos, que por sua vez desencadeia uma mudança na temperatura e produz uma tensão . A tensão gerada pode então ser usada para controle de iluminação.
sensor de Movimento para escadas rolantes
Fig. 10 sensores de movimento infravermelhos são usados para controlar escadas rolantes para economizar energia durante horas não-Pico.
para o controle de escadas rolantes, são utilizados sensores de movimento infravermelho do tipo ativo que emitem um feixe de radiação infravermelha na entrada das escadas rolantes. Normalmente, tanto a fonte do feixe infravermelho (chamado de transmissor) quanto o detector infravermelho estão do mesmo lado, enquanto um refletor está do lado oposto. Quando uma pessoa Pisa entre o transmissor e o refletor, o feixe infravermelho é interrompido e a escada rolante é ligada. Quando o caminho do feixe é restaurado por um certo período de tempo, a escada rolante é desligada e, portanto, a energia é economizada sem afetar o serviço.
a animação a seguir mostra a operação de alguns controles automáticos.
introduzimos vários tipos de dispositivos e materiais de controle automático. Agora clique na atividade a seguir para experimentar esses dispositivos.