Introdução

O objetivo desse experimento é criar uma planta refrigeradora acionada por peltier. O esquemático da planta a ser criada pode ser vista na figura a seguir.

A placa peltier é um dispositivo muito interessante que é capaz de criar um diferencial de temperatura quando submetida à um diferencial de tensão na entrada. Ela é composta da junção de dois semicondutores, um que retira calor e um que dissipa calor. Sendo assim, a placa pode ser utilizada tanto para aquecer quanto para esfriar, bastando inverter a direção. Como é muito mais fácil aquecer com resistências, a placa peltier possui muito uso retirando calor, sendo utilizada em minicoolers, bebedouros de pequeno porte, etc.

Infelizmente, devido ao funcionamento, essa placa não aceita entrada PWM para controlar a corrente que passa por ela. Sendo assim, para controlar a potência da placa é necessário um circuito de acionamento que fornece uma tensão DC para a carga.

Projeto do Controlador

Entrada para o Arduino

Assim como o experimento da planta térmica 1, essa também utilizará um filtro com optoacoplador para retificar a componente DC do sinal PWM do Arduino.

Controlando a tensão

Para controlar a tensão, vamos utilizar um transistor NPN e um amplificador operacional em uma configuração engenhosa. Como a tensão nas portas inversoras e não-inversoras do AMPOP são em teoria iguais, utilizamos o sinal de referência em uma das portas e a tensão em cima da carga em outra. Assim, o AMPOP irá alterar a tensão de saída, na base do transistor, para tentar igualar as duas!

O circuito final pode ser observado a seguir.

Design da PCB

O design da PCB foi feito para auxiliar a soldagem dos componentes na placa ilhada 15x15. Caso você pretenda personalizar sua PCB, baixe o projeto no Eagle e altere livremente.

Para realizar as trilhas de topo, em vermelho, utilize jumpers de um ponto ao outro ou faça a PCB em duas camadas.

Lista de componentes (BOM)

Abaixo selecionamos uma lista de componentes utilizada no nosso projeto, bem como um link para compra para referência visual.

• Ampop TL072
• Optoacoplador 4N35.
• Transistor TIP41C
• 3 Bornes KRE 2T
• Resistor 560R
• Resistor 1k
• Resistor 100k
• Capacitor 1u

Circuito Final

As fotos do circuito final podem ser observados na figura a seguir. Note que esse circuito não respeita exatamente os esquemáticos e organização da placa projetados aqui (infelizmente) porque foi projetada para um outro projeto, mas possui o mesmo funcionamento.

Medição de temperatura

Para medir a temperatura, vamos utilizar um sensor de temperatura já à prova d’água chamado DS18b20.

De acordo com o datasheet, é necessário apenas um pullup para ligar o sensor, que é feito com um resistor qualquer (10kΩ, por exemplo) entre o pino de entrada e o 5V do Arduino. A figura a seguir mostra como conectar o sensor. Note que a cor dos fios do diagrama é igual ao do sensor com case.

Peças de fixação da peltier

TODO: Peças de projeto do Rômulo

Montagem do Sistema

A peltier foi fixada entre os dissipadores de calor utilizando as peças impressas na impressora 3D. Foi cortado um quadrado em uma caixa de isopor para garantir o isolamento térmico do lado frio da peltier. Um cooler 40X40X10 mm foi fixado para melhorar a troca térmica no lado quente.

O sensor foi fixado diretamente no dissipador. Porque iremos controlar a tensão em cima do dissipador e não no ambiente interno do isopor? Porque o tempo de assentamento do sistema interno é muito alto e não poderia ser realizado em tempo hábil. Além disso, a malha interna apresenta uma dinâmica muito mais interessante do ponto de vista de controle.