MEC para Elas: MEC para Elas - 17/06/2009 - Semana nº 18

CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS – CEFETMG
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA – DEM
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA

RELATÓRIO TÉCNICO DE PROJETO
VENTILADOR INTELIGENTE

ACADÊMICAS:
DÉBORA VIANA MACHADO FEITOSA
TATIANE BELLUZZO BRAGUINE
THAÍS HELENA DE OLIVEIRA GOMES

ORIENTADOR:
PROF. PAULO CEZAR SANTOS VENTURA

BELO HORIZONTE (MG), JUNHO DE 2009

CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS – CEFETMG
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA – DEM
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA

VENTILADOR INTELIGENTE

Relatório técnico de projeto apresentado ao

Centro Federal de Educação Tecnológica de

Minas Gerais – CEFETMG, como requisito

parcial para conclusão da matéria Introdução à

Prática Experimental (LACTEA) do curso de

Engenharia Mecânica, sob orientação do

Prof. Paulo Cezar Santos Ventura.

BELO HORIZONTE (MG), JUNHO DE 2009

AGRADECIMENTOS

Agradecemos a todas as pessoas que nos apoiaram nesse projeto, aos monitores do LACTEA, que com sua dedicação e entusiasmo nos orientaram no caminho certo da construção do conhecimento da pesquisa científica. Agradecemos à Laura pelo material cedido e, acima de tudo, gostaríamos de agradecer ao Almôndega e ao Schimit, pessoas sem as quais a conclusão do nosso projeto não seria possível.

1 RESUMO

Pensando no conforto e praticidade da vida cotidiana, o Ventilador Inteligente, é o projeto de um ventilador automatizado. Quando o ambiente atinge uma temperatura de 25°C, o Ventilador Inteligente é acionado automaticamente e, à medida que a temperatura ambiente aumenta, a velocidade do ventilador aumenta proporcionalmente. O nome dado ao projeto, além de levar em consideração o apelo comercial, pressupõe um ventilador simples, prático e eficaz, capaz de alcançar o objetivo primeiro do projeto: projetar e construir um ventilador dotado de capacidade sensorial que elimine o desconforto causado por temperaturas críticas, sendo um produto de larga abrangência.

1.1 Palavras-chave
- Ventilador: dispositivos mecânicos utilizados para converter energia mecânica de rotação aplicada em seus eixos, em aumento de pressão do ar.
- Termístores: semicondutores sensíveis a temperatura. Existem basicamente dois tipos de termístores: NTC (do inglês Negative Temperature Coefficient) - termístores cujo coeficiente de variação de resistência com a temperatura é negativo: a resistência diminui com o aumento da temperatura. PTC (do inglês Positive Temperature Coefficient) - termístores cujo coeficiente de variação de resistência com a temperatura é positivo: a resistência aumenta com o aumento da temperatura.
- Circuito Integrado 555: O 555 é um circuito integrado (chip) utilizado em uma variedade de aplicações de temporização. É composto por 23 transistores, 2 diodos e 16 resístores num chip de silício em uma cápsula de 8 pinos em linha dupla. A tensão de alimentação está entre 5 e 18 volts. Corrente de saída ou dreno de, no máximo, 200mA. Consumo aproximado de 10mA no estado alto e 1mA no estado de repouso.

2 INTRODUÇÃO

2.1 Situação-problema
Atualmente, fala-se muito sobre o aquecimento global e entre suas consequências é discutida a iminência de catástrofes naturais que afetariam todo o globo terrestre ou mesmo catástrofes em menores escalas. O aumento excessivo da temperatura nos períodos que já eram considerados quentes e vice-versa na época do frio, por exemplo, é uma consequência atribuída ao aquecimento global. Essa pode ser uma explicação plausível para as elevadas temperaturas registradas em Belo Horizonte nos últimos meses. Vários aparatos tecnológicos criados pelo homem vêm a somar para uma melhor adaptação ao ambiente em que vive, proporcionando-lhe assim um maior conforto. Levando em conta o calor exacerbado em Belo Horizonte nos últimos meses e tendo sempre em mente a melhoria da qualidade de vida, está evidente a necessidade da criação de um meio que minimize o impacto dessa variação de temperatura atípica.
Tendo como desafio a resolução dessa situação, e levando em conta que a caminhada acadêmica e de enriquecimento teórico a ser percorrida ainda é extensa, a escolha pela personalização de um produto já existente tornou-se tentadora. Assim surgiu o projeto do Ventilador Inteligente, um ventilador comum porém personalizado.

2.2 Objetivos
O projeto do Ventilador Inteligente é um ventilador dotado de capacidade sensorial, que se liga automaticamente à temperatura de 25°C e que tem sua velocidade aumentada proporcionalmente com o aumento da temperatura do ambiente, assim o projeto pretende possibilitar um maior conforto aos usuários. A automatização do ventilador não foi pensada em vão. Um ventilador automático pode ser empregado em vários casos: enquanto as pessoas dormem, ele pode se ligar caso alcance a temperatura indicada durante a madrugada; em uma fábrica o ventilador automático pode evitar que as máquinas superaqueçam, sem ser necessário um funcionário que faça o controle da temperatura; em um escritório, no qual as pessoas precisam de atenção e concentração para que a produtividade do trabalho não caia, o ventilador se ligaria ou desligaria automaticamente. Da mesma forma que, quando não for do interesse do dono que o ventilador seja automaticamente ligado, como na época do frio ou quando o usuário não se encontra no ambiente onde o ventilador está instalado, o dono do ventilador deve apenas desligá-lo. Justifica-se assim o projeto ser de um ventilador prático, eficaz, enfim, inteligente.
Em longo prazo, o ventilador inteligente pode deixar de ser apenas um projeto acadêmico e se tornar um eletrodoméstico fabricado e vendido em larga escala, por se tratar de um produto abrangente, sem um público alvo específico, o ventilador pode ser utilizado em escritórios, casas, escolas, fábricas.

3 MATERIAIS E MÉTODOS

3.1 Desenvolvimento
Após idealizado o projeto, o próximo passo seria o comum brainstorming de perguntas para avaliar a viabilidade do Ventilador Inteligente. A busca por ajuda teórica e técnica para que o desenvolvimento do projeto continuasse não foi sempre satisfatória. Mesmo pesquisando incessantemente, o circuito encontrado que seria viável se mostrou um circuito a quem do idealizado, apesar de possuir as mesmas especificações. O circuito idealizado seria formado por um ventilador comercial com tensão 110V/220V, porém o custo ultrapassaria o esperado e movimentar esse protótipo seria complicado. Assim, mantendo a essência, o projeto foi adaptado para ser formado por um ventilador que possui tensão de 12 V, sendo o princípio de funcionamento o mesmo, as mudanças necessárias seriam apenas nos valores dos resistores do circuito. Colocando o projeto em prática, foram feitas a lista de materiais a serem utilizados, a pesquisa de preço e compra dos materiais necessários.
Na montagem do circuito foi necessária ajuda de técnicos, que auxiliaram desde os teste com o circuito no software Proteus até a montagem do circuito e os testes de funcionamento do projeto que obtiveram resultados positivos.

3.2 Lista de Materiais
- 1 Placa de protoboard;
- 1 Termistor 10k 25°C;
- 1 Capacitor eletrolítico 100 uF(micro faraday) com tensão mais próxima possível da tensão máxima utilizada pelo circuito, sendo esta igual ou superior;
- 2 capacitores cerâmicos de 0.047 uF;
- 1 gerador de clock 555;
- 1 resistor de 100K e 1/8W;
- 2 resistores de 100K e 1/8W;
- 1 resistor de 10K;
- 1 resistor de 1 K;
- 1 resistor de 2.7K e 1/8W;
- 1 cooler de 12 volts;
- 1 diodo de silício 1N4001;
- 1 diodo zener de 5.1Volts;
- 1 transistor tipo P 2N2222;

3.3 Método
Para montagem do circuito do Ventilador Inteligente, foi utilizada uma matriz de contato (protoboard), uma placa com conexões condutoras para montagem de circuitos elétricos experimentais para facilitar na inserção dos componentes, uma vez que não necessita soldagem.
O problema do controle da velocidade foi resolvido com o circuito integrado, uma vez que um dos problemas de muitos ventiladores domésticos e comerciais é que o controle da velocidade é feito aos saltos. Esse tipo de controle nem sempre é conveniente, o que leva à idéia de se ter um controle contínuo, com muito mais facilidade para ajuste da velocidade ideal. Os ventiladores domésticos comuns têm um controle de velocidade baseado na comutação de tomadas do enrolamento do motor. Uma chave no painel seleciona duas ou mais velocidades de acordo com a tomada do motor conectada à rede, variando-se desta forma a potência aplicada aos enrolamentos. Esse tipo de controle tem desvantagens: alguns ventiladores na velocidade mais baixa são ineficientes não ventilando o suficiente, e quando passamos para a segunda velocidade o vento se torna excessivo e o dispositivo muito barulhento. Uma velocidade intermediária seria bem interessante em muitos casos e isso não é possível com o controle normal. O projeto propõem a automatização do ventilador. Com este equipamento o controle da velocidade da rotação do ventilador é feito por meio do PWM, que faz com que o ventilador gire no ponto baixo e aumente sua velocidade sem perder a força. A linha central deste circuito é o gerador de clock 555, que é usado como um oscilador controlado, cujo ciclo útil é condicionado valor atual no pino cinco. O LM555 é o temporizador deste circuito. É no pino cinco que conectamos o Termístor 10KΩ (NTC) juntamente com um capacitor de 100µF. Note que os terminais da alimentação (pino 8) do circuito integrado são associado ao diodo zener e a um capacitor de 0,047µF. Isto foi feito para evitar que as mudanças da velocidade no ventilador (que pode produzir a queda da tensão momentânea) não afetassem o valor da alimentação do circuito integrado, impedindo assim que o ventilador pare de funcionar bruscamente ou volte a funcionar bruscamente por uma queda ou um aumento mínimos de temperatura, respectivamente.
O Termístor do nosso circuito é do tipo NTC: com aumento da temperatura a resistência deve cair para o ventilador rodar mais rápido. Sua resistência é de 10K à temperatura ambiente de 25°C e com o aumento da temperatura, essa resistência vai caindo exponencialmente, fazendo com que o ventilador gire cada vez mais rápido. Esse termístor foi escolhido devido à grande precisão em uma grande faixa de temperatura que varia de -50°C a 120°C. Devido à dificuldade de se obter o gráfico ‘resistência x temperatura’ do Termístor, não se pode prever com precisão a temperatura de acionamento e desligamento do dispositivo. Além disso, o Termístor deve ser conectado ao motor do ventilador.
O transistor da saída deve ser escolhido de acordo com a corrente do motor do ventilador, mas só pode ser do tipo NPN, para que os sentidos da corrente e das tensões de polarização do circuito sejam respeitados. No caso do Ventilador Inteligente ele é o 2N2222, que suporta correntes de até 1A, 50V e 300mW.

4 RESULTADOS

O projeto Ventilador Inteligente, ao ser colocado em prática, encontrou alguns percalços. O ventilador foi projetado para ligar à temperatura de 25°C, porém ao ligar o circuito o ventilador ligou automaticamente, não tendo como provar se ligou porque o circuito funcionava,pois o ambiente já estava a 25°C, ou se era exatamente o contrário. Para que a eficiência do projeto fosse comprovada, o teste feito foi inverso: resfriando o circuito para ver se o ventilador reduzia a velocidade. Assim, o circuito foi testado com um pedra de gelo resfriando o termístor, obtendo assim grande êxito e apresentando os resultados esperados. O circuito funcionou corretamente e atendendo às expectativas. Assim foi mostrado que o Ventilador Inteligente é um projeto que funciona, é viável e capaz de chegar a ser realmente produzido e vendido em larga escala, abrangendo grandes mercados.