Uma maneira muito simples de se implementar um circuito que detecte a presença de um fluxo de ar é abordada neste artigo. O sensor é uma lâmpada comum e o sinal de saída, compatível com lógica TTL ou CMOS pode ser usado para disparar diretamente um sistema de aviso ou automatismo.
Um detector de fluxo de ar pode ter muitas utilidades práticas. Num sistema de ventilação ele pode ser usado para disparar um alarme quando há uma interrupção no fluxo de ar ou ainda manter acesa uma lâmpada que indica seu funcionamento normal.
Num equipamento industrial que use ventilação forçada o circuito pode ser usado para monitorar a presença do fluxo de ar, atuando sobre um sistema de desligamento automático caso ele falhe.
Num computador ou equipamento que tenha fonte com ventilação forçada por ventoinha ou “fan” podemos usar o sistema para monitorar seu funcionamento, desligando o circuito em caso de sua parada.
O circuito que descrevemos neste artigo traz uma idéia diferente de sensor que, mesmo simples é altamente eficiente. Usamos uma lâmpada comum sem o vidro para “sensoriar” o fluxo de ar.
O Sensor
A resistência do filamento de uma lâmpada incandescente comum depende muito de sua temperatura, conforme mostra a figura 1.
Figura 1
Quando frio, o filamento apresenta uma resistência muito baixa e quando aquecido à temperatura máxima sua resistência se eleva, apresentando um valor muitas vezes maior do que a frio.
O que fazemos neste projeto é simples: quebramos o vidro cuidadosamente de uma lâmpada indicadora comum, sem afetar seu filamento.
Depois, instalamos essa lâmpada no local por onde flui o ar que deve ser detectado. Alimentamos a lâmpada com uma corrente que mantém o filamento levemente aquecido, que o leve apenas a “avermelhar”.
Nessa temperatura, o ar ambiente não consegue “queimá-lo” e ele se mantém em funcionamento por muito tempo, o que não ocorre no caso da operação normal da lâmpada que exige a ausência do ar ambiente.
No ambiente em que existe um fluxo de ar, esse fluxo ventila o filamento de modo a mantê-lo numa certa temperatura e, portanto com uma resistência, tudo isso conforme mostra a figura 2.
Figura 2
Se o fluxo de ar que ventila o filamento parar ou diminuir a temperatura do filamento se eleva e sua resistência aumenta. Essa variação é usada pelo circuito para fornecer um sinal para um sistema externo.
O Circuito
O que fazemos então é alimentar a lâmpada por uma fonte de corrente constante, conforme mostra a figura 3.
Figura 3
Quando a resistência do filamento aumenta em função do aumento da sua temperatura, para manter a corrente, a fonte aumenta a tensão aplicada na lâmpada.
Assim, conforme mostra a figura 4, a tensão aplicada à lâmpada vai depender de sua temperatura.
Figura 4
Basta então ligar na saída deste circuito um comparador de tensão e ajustá-lo para mudar de estado na temperatura desejada, ou seja, quando a tensão sobre o filamento atingir determinado valor.
O comparador pode ser elaborado com base num LM339 ou qualquer equivalente enquanto que a fonte de corrente constante a partir de um LM350T ou outro.
No projeto o ponto crítico é a determinação da corrente ideal pelo filamento da lâmpada usada.
Recomendamos que seja usada uma corrente de aproximadamente ¼ da corrente nominal da lâmpada ou menos, se o leitor notar que mesmo assim ela aquece a ponto de ficar mais do que levemente avermelhada.
Para calcular o valor da resistência Rx no circuito, basta aplicar a seguinte fórmula:
Rx = 1,25/I
Onde I é a corrente desejada.
Para uma corrente de 25 mA, no caso de uma lâmpada de 100 mA, a resistência Rx será: Rx = 1,25/0,25 = 5 ohms
A dissipação será calculada por:
Px = R x I2
ou
Px = 5 x 0,25 x 0,25
Px = 0,625 W
Um resistor de 1 W ou maior pode ser usado na função.
A tensão de entrada deve ser pelo menos 2 V maior do que a tensão da lâmpada. Recomendamos uma alimentação de 9 a 12 V para o caso de lâmpadas de 6 V.
Montagem
O diagrama completo do sistema detector é mostrado na figura 5.
Figura 5
Sua implementação numa placa de circuito impresso, sem a fonte de alimentação é mostrada na figura 6.
Figura 6
Será conveniente dotar o circuito integrado regulador de tensão de um pequeno dissipador de calor.
No projeto original estamos usando um LED indicador para indicar uma elevação da temperatura. No entanto, podemos fazer o acionamento de um relé, conforme mostra o circuito adicional da figura 7.
Figura 7
O fio até a lâmpada não deve ser muito longo para que não ocorram perdas devido a sua resistência. Recomendamos que esse fio não tenha mais do que ins 3 metros de comprimento.
Ajuste e Uso
Depois de conferir a montagem, alimente a unidade com uma fonte de 9 a 12 V com corrente de pelo menos 300 mA.
O filamento da lâmpada deve aquecer levemente até o ponto de ficar avermelhado. Não deixe aquecer muito pois senão ele queima.
Ajustando P1 haverá um ponto em que o LED acende. Soprando o filamento da lâmpada, ele deve esfriar por um momento e o LED apagar.
Na prática, o filamento vai ser instalado de modo que o fluxo de ar o mantenha numa temperatura mais baixa e com isso o LED apagado. Se o fluxo de ar parar a temperatura do filamento aumenta e com isso o LED acende.
Verificado o funcionamento da unidade é só fazer sua instalação definitiva no sistema cuja ventilação deve ser monitorada.
Lista de Material
Semicondutores:
CI-1 – LM350T – circuito integrado, regulador de tensão
CI-2 – LM339 ou equivalente – comparador de tensão
LED – LED vermelho comum
Resistores: (5%)
Rx – ver texto (4,7 ohms x 1 W)
R1 – 1,5 k ohms x 1/8 W – marrom, verde, vermelho
R2 – 1 k ohms x 1/8 W – marrom, preto, vermelho
P1 – 10 k ohms – trimpot
Capacitores:
C1 – 100 uF x 16 V – eletrolítico
Diversos:
X1 – Lâmpada de 6 V x 100 mA – ver texto
Placa de circuito impresso, fonte de alimentação estabilizada, fios, solda, caixa para montagem, etc.
