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CURSO DE TÉCNICO DE MECATRÓNICA Desumidificado r

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CURSO DE TÉCNICO DE MECATRÓNICA

Desumidificador

José Pedro Sousa Valverde

Nº9512 TM12

2012/2016

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Desumidificador

ASSOCIAÇÃO DE ESTUDOS E ENSINOS PARA O MAR

INSTITUTO DE TECNOLOGIAS NÁUTICAS

AEMAR/ITN

PAP - Prova de Aptidão Proficional

CURSO DE TÉCNICO DE MECATRÓNICA

DESUMIDIFICADOR

Engenheiro José Pedrosa

José Pedro Sousa Valverde

Nº9512 TM12

Maio de 2016

AEMAR/ITN – Instituto de Tecnologias Náuticas

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Desumidificador

ÍNDICE

1) Resumo/Abstract...........................................................................................................3

2) Introdução.....................................................................................................................4

3) Desenvolvimento...........................................................................................................5

3.1) História...................................................................................................................5

3.2) Protocolo de Montereal..........................................................................................6

4) Descrição de Projecto....................................................................................................7

4.1) Síntese do Projecto.............................................................................................7

4.1.1) Circuito de Refrigeração..............................................................................7

4.1.1.1) Síntese do Circuito de Refrigeração.........................................................7

4.1.1.2) Ciclo frigorífico ideal...............................................................................9

4.1.1.3) Liquido de Refrigeração.........................................................................10

4.1.1.3.1) Tabela de temperatura / Pressão..........................................................10

4.1.2) Compressor................................................................................................11

4.1.3) Tubo Capilar..............................................................................................11

4.1.4) Filtro Secador............................................................................................12

4.1.5) Evaporador................................................................................................12

4.1.6) Condensador..............................................................................................13

4.1.7) Circuitos Auxiliares...................................................................................13

4.1.7.1) Relay...........................................................................................13

4.1.7.2) Ventoinha....................................................................................13

4.1.7.3) Sensores......................................................................................14

4.1.7.4) Interruptor...................................................................................15

4.1.7.5) Sensor de Nível (Boia + fim de curso).......................................15

4.1.7.6)Display.........................................................................................15

4.1.8) Tabela de Preços........................................................................................16

5) Programação................................................................................................................17

5.1) O que é a linguagem de programação?.............................................................17

5.2) O que é um PIC? ..............................................................................................17

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Desumidificador

5.3) O que é PICAXE? ............................................................................................17

6) O Programa.................................................................................................................18

6.1) Fluxograma.......................................................................................................18

6.2) Programação.....................................................................................................19

7) Conclusão....................................................................................................................21

8) Bibliografia/Webgrafia................................................................................................22

ÍNDICE DE FIGURAS

FIGURA 1 - Circuito de Refrigeração............................................................................7

FIGURA 2 - Desumidificador (projecto)........................................................................8

FIGURA 3 - Diagrama do ciclo ideal da do circuito de refrigeração.................................9

FIGURA 4 - Compressor (Esboço interno)...................................................................11

FIGURA 5 - Tubo Capilar...........................................................................................11

FIGURA 6 - Filtro Secador (Aberto a meio).................................................................12

FIGURA 7 - Evaporador.............................................................................................12

FIGURA 8 - Condensador...........................................................................................13

FIGURA 9 - Relay (REL001)......................................................................................13

FIGURA 10 - DSA8B20 (Sensor de temperatura digital)...............................................13

FIGURA 11 - Sensor de humidade capacitivo (HCZ-H6).............................................13

FIGURA 13 - Display.................................................................................................14

FIGURA 14 - PICAXE (18M2)...................................................................................16

FIGURA 15 - Logotipo Picaxe....................................................................................16

FIGURA 16 - Flowshart..............................................................................................17

ÍNDICE DE TABELAS

TABELA 1 - Tabela de Substâncias Refrigerantes (Comparações) ................................10

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Desumidificador

1) Resumo

Este trabalho consiste num desumidificador, com um formato original, programado

em PICAXE, com regulação de humidade e com os dados das leituras do sensor sendo,

apresentadas num display.

Neste trabalho encontram-se informações, desde o inicio da refrigeração,

explicando as alterações que foram feitas, e depois a explicação detalhada de cada um

dos componentes do desumidificador, com a programação em PICAXE no final.

1) Abstract

This work consists in a dehumidifier, with a original format, programed in

PICAXE, with a humidity regulation and the data from the readings of the sensor, being

displayed in a display.

In this work can be found information, since the beginning of refrigeration,

explaining the changes that have been done and then the detailed explanation of each

and every component of the dehumidifier with the PICAXE program in the end.

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Desumidificador

2) Introdução:

Neste projecto vou apresentar, cada parte na sua indidvidualidade garantindo assim

mais atenção ao detalhe, para uma melhor visualização do projecto.

Vou começar por falar dos inicios da criogenia e como evoluiu até aos dias de hoje,

passando pela fase de banição de alguns elementos frigógenos (Protocolo de

Montereal), explicando depois o circuito de refrigeração e os elementos refrigerantes,

passando para a descrição de cada uma das partes do circuito e as suas funções

singulares, seguindo para a explicação do que são sensores e qual o tipo de sensor que

estou a utilizar, fazendo uma estimativa dos preços de todos os elementos do projecto e

seguidamente a programação, a conclusão e a bibliografia/webgrafia.

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Desumidificador

3) Desenvolvimento

3.1) História

Em meados do século XIX foi descoberta a propriedade criogênica de gases: a

capacidade de retirar calor de um sistema quando submetido à expansão. Esta

descoberta permitiu a produção de gelo a escala industrial, dando início à atividade

comercial de conservação de alimentos em grande escala. No seu início, o aumento da

sua utilização não recorreu a grandes entrepostos frigoríficos, mas sim a simples

fábricas de gelo, que o distribuiam a nível do retalho e a nível industrial para a

preservação de alimentos.

Os gases refrigerantes primordiais usados na refrigeração eram a amónia, o dióxido

de enxofre e o cloreto de metilo. A refrigeração era, assim, um processo perigoso:

explosivo, inflamável e tóxico! Além disso, estes gases necessitavam de pressão elevada

para atingir a capacidade criogénica necessária ao fabrico económico de gelo. Os

compressores frigoríficos de então, dada a limitação tecnológica da época, eram tidos

como máquinas perigosas, sujeitas a explosão.

Sómente em 1932 o cientista Thomas Midgely Jr inventou o Refrigerante 12, mais

conhecido como Freon 12. O Freon 12 é um cloro-flúor-carboneto (CFC) que tem a

característica de ser endotérmico quando expande ou quando evapora. O Freon não era

inflamável, explosivo nem tóxico (à data em que começou a ser usado) e não corroia

metais. A pressão necessária para que as suas propriedades criogénicas ocorram com

transferência apreciável de calor para ser aplicada na pratica, era muito inferior à

necessária pelos gases refrigerantes conhecidos até então.

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Desumidificador

3.2) Protocolo de Montereal

Este tratado foi feito com objectivo de travar o uso do freon 12, pois este estava a

causar danos na camada de ozono separando as moléculas de oxigénio.

Este tratado entrou em vigor no dia 10 de Janeiro de 1989.

Isto é, até descobrirem que o Freon destrói o ozono atmosférico, pois este proteje a

terra do excesso de radiação solar ultra-violeta, evitando que estes atinjam a superfície

da Terra.

O excesso de radiação UV danifica a visão dos seres vivos, altera a fotossíntese de

várias culturas, além de intensificar o desenvolvimento de cancro de pele nos seres

humanos.

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Desumidificador

4) Descrição do Projecto:

4.1) Síntese do Projecto

4.1.1) O circuito de refrigeração:

FIGURA 1 - Circuito de Refrigeração

4.1.1.1) Síntese do circuito de refrigeração

O refrigerante começa no compressor onde devido a sua compressão a pressão e a

temperatura são altas, (encontrando-se no seu estado gasoso) passando para o

condensador, onde liberta calor para o meio ambiente, mas mantêm a pressão,

anvançando para o filtro secador para garantir que não existe nenhuma água misturada

no fluido refrigerante (visto que a água congela aos 0 ºC, e entupiria o circuito

congelando a saida do tubo capilar), de seguida passa pelo tubo capilar, que possui um

tubo de diâmetro muito reduzido mantêndo assim a pressão, ao passar do tubo capilar

para o evaporador o liquido refrigerante expande causando uma rápida descida de

pressão, assim como uma rapida descida de temperatura, devido ao diâmetro do tubo do

evaporador ser maior e no evaporador vai absorver o calor do meio ambiente e o ar ao

passar pelo evaporador vai provocar a mudança de estado da humidade contida no ar de

gasoso para liquido voltando posteriormente ao compressor.

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Desumidificador

FIGURA 2 - Desumidificador (projecto)

Legenda:

1 - Compressor

2 - Condensador

3 - Filtro secador

4 - tubo capilar

5 -evaporador

6 - depósito

7 - gaveta do deposito

8 - saida

9 – ventoinha (entrada)

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4.1.1.2) Ciclo frigorífico ideal

FIGURA 3 - Diagrama do ciclo ideal da do circuito de refrigeração

Ciclo frigorífico ideal (ciclo saturado simples) no diagrama [p; h].

Ponto 1: Representa o estado do refrigerante na entrada do compressor. Neste

ponto o refrigerante encontra-se no seu estado gasoso.

Ponto 2: Representa o estado do refrigerante após ter sido comprimido a passar

para o condensador. Neste ponto o refrigerante é um vapor sobreaquecido.

Ponto 3: Representa o estado do refrigerante a passar pelo tubo capilar, onde passa

para um estado de líquido saturado.

Ponto 4: Representa o estado do refrigerante na entrada do evaporador. Neste

ponto o refrigerante encontra-se num estado de passagem de líquido para vapor.

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4.1.1.3) Líquidos Refrigerantes

4.1.1.3.1) Tabela de temperatura / Pressão

A temperatura do gás refrigerante varia da seguinte forma: quanto maior a

temperatura maior a pressão e vice-versa.

Este gráfico apresenta a diferenciação dos dois componentes quimicos na questão

de pressão/temperatura.

Tabela 1 - Tabela de Substâncias Refrigerantes (Comparações)

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4.1.2) Compressor:

Tem a função de comprimir o gás refrigerante, aumentando a sua pressão e

temperatura, e mantêndo-o em movimento ao longo do circuito.

Quando o pistão desce, abre a válvula de admissão e o valvula de escape fecha,

puxando o liguido refrigerante do tubo de sucção.

Quando o pistão sobe, o alçapão da esquerda fecha e o alçapão da direita abre,

expelindo o refrigerante .

O compressor é o coração deste sistema, uma vez que é o órgão que impulsiona o

componente refrigerante pelo circuito.

FIGURA 4 - Compressor (Esboço interno)

4.1.3) Tubo Capilar:

Tem como função ser o dispositivo de expansão isto é, na passagem de um

diâmetro capilar para o diâmetro superior do evaporador, a pressão e a temperatura

reduzem, provocando assim, a passagem do estado liquido para o estado gasoso do

Refrigerante.

FIGURA 5 - Tubo Capilar

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4.1.4) Filtro Secador:

É um dispositivo de segurança e serve para proteger o sistema da humidade que

possa ter ficado contida dentro do sistema no momento da sua montagem. O filtro é

composto por duas telas de malhas, uma grossa e outra fina e o agente secador chamado

de moléculas de Sieves (que é um componente que possui porosidades ao nível

molecular, não permitindo passar as moléculas menores como a água (H2O) ficando

preso nas suas pososidades, enquanto que as moléculas maiores tais como as do

Refrigerante não ficam presas nas suas porosidades).

FIGURA 6 - Filtro Secador (Aberto a meio)

4.1.5) Evaporador:

O evaporador tem como função remover a humidade do ar. Isto aconteçe quando o

ar passa pela area externa do tubos de cobre do evaporador e pelas alhetas, pois este

sofre um abaixamento de temperatura e passa do estado gasoso para o estado liquido.

As alhetas servem para aumentar a eficácia e os resultados devido a aumentar a area de

contacto, isto fará com que o refrigerante aumente um pouco a temperatura na saida do

evaporador ainda no estado gasoso.

FIGURA 7 - Evaporador

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4.1.6) Condensador:

A sua função é libertar o calor do fluido refrigerante para o meio ambiente sem

alterar a pressão. Isto aconteçe quando o ar passa pela area externa do tubos de cobre do

e condensador pelas atlhetas, as quais facilitam essa mesma dissipação de calor,

aumentando a sua area de contacto, permitindo a condensação do componente frigógeno

(passagem do estado gasoso para o estado líquido, também chamado de condensação),

mantendo a mesma pressão e reduzindo a temperaura.

FIGURA 8 – Condensador

4.1.7) Circuitos Auxiliares

4.1.7.1) Relay (REL001)

O relay é a interface entre o microprocessador (pic) e os motores (compressor e

ventoinha), por isso no meu projecto uso 2, (um para cada), este é basicamente um

switch comandado, que permite trabalhar com maiores voltagens.

FIGURA 9 – Relay (REL001)

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4.1.7.2) Ventoinha

Serve para manter o ar a circular, de forma a que o desumidificador tenha mais

rendimento, pois este guia o ar para dentro do aparelho, forçando-o a passar pelo

evaporador e pelo condensador.

4.1.7.3) Sensores

O que são os Sensores?

São dispositivos eletroeletrônicos que tem a propriedade de transformar um sinal

de uma grandeza física, num sinal eléctrico.

Os sensores que eu uso neste projecto é o HIH4000-001 que é um sensor de

humidade capacitivo e o DSA8B20 que é um sensor de temperatura digital.

Existem 2 tipos de sensores de humidade:

- Térmicos

-Capacitivos

Como funcionam os sensores de humidade capacitivos?

Funcionam com dois condutores eléctricos opostos, com uma fita de polimero não

condutivo entre eles, criando um campo eléctrico entre eles, a humidade do ar é medida

através das alterações causadas pela diferença da tensão entre os dois condutores

eléctricos, esta alteração, é depois convertida para uma medida digital da percentagem

de humidade no ar.

FIGURA 10 - DS18B20 (Sensor de temperatura digital)

FIGURA 11 - Sensor de humidade capacitivo (HIH4000-001)

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Desumidificador

4.1.7.4) Interruptor

O interruptor é o interface, que nos permite desligar e ligar a maquina

manualmente.

4.1.7.5) Sensor de Nível (Boia + fim de curso)

Um Sensor de Nível consiste numa boia e um fim de curso, quando a boia atinje o

fim de curso (quando enche), ficando esta parada até o deposito ser esvaziado.

Este é um elemento de protecção usado para controlar o nível de algo, neste caso eu

uso-o para saber quando o nivel da água no meu depósito ficando esta parada até o

deposito ser esvaziado.

4.1.7.6) Display

O display apresenta dos dados que quisermos, sejam textos ou números. Eu uso-o

neste projecto para mostrar as variáveis de temperatura e humidade. O display que eu

uso no meu projecto é o Serial OLED.

FIGURA 13 – Display (Serial OLED)

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4.1.8) Valores indicativos para um protótipo (Preços):

Conpressor – 31 €

Gás refrigerante - 6 €

Filtro Secador – 4 €

Evaporador – 9 €

Condensador - 22 €

Tubo Capilar - 2 €

Relay – 2 €

PIC16F88 - 3 €

Sensor de humidade – 17 €

Sensor de temperatura – 2 €

Display – 9 €

Interruptor – 1 €

TOTAL – 108 €

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5) Programação

5.1) O que é a linguagem de Programação?

É um método padronizado para comunicar instruções para um computador baseado

em regras sintáticas ou semânticas, sendo neste caso uma programação chamada

PICAXE.

5.2) O que é um PIC?

O PIC é um micro-controlador cuja função é controlar todos os elementos

(equipamentos) ligados a ele e funciona com o programa PICAXE. Eu uso o PIC16F88

neste projecto.

Eu escolhi este pic, pois possui as entradas e saidas necessárias para que o

programa funcione e este pic, permite a ligação com um lcd, sabendo, comunicar com

ele sem haver necessidade de programação extra nesse sentido.

FIGURA 14 - PICAXE (18M2)

5.3) O que é o PICAXE?

O PICAXE é um linguagem de programação destinados apenas aos micro

controladores PIC, baseado na linguagem de programação BASIC.

FIGURA 15 - Logotipo Picaxe

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6) O Programa

6.1) Fluxograma

FIGURA 16 - Flowshart

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Desumidificador

6.2) Programação

{ ;Symbolssymbol varA = b0symbol varB = b1symbol varC = b2symbol varD = b3symbol varE = b4symbol varF = b5symbol varG = b6symbol varH = b7symbol varI = b8symbol varJ = b9symbol varK = b10symbol varL = b11symbol varM = b12symbol varN = b13symbol varO = b14symbol varP = b15symbol varQ = b16symbol varR = b17symbol varS = b18symbol varT = b19symbol varU = b20symbol varV = b21symbol varTEMPBYTE1 = b22symbol varTEMPBYTE2 = b23symbol varTEMPBYTE3 = b24symbol varTEMPBYTE4 = b25symbol varTEMPBYTE5 = b26symbol varTEMPBYTE6 = b27symbol varTEMPWORD1 = w11symbol varTEMPWORD2 = w12symbol varTEMPWORD3 = w13}

main:Cell_4_2:

let dirsB = 255let dirsC = 8

readtemp C.0, varAreadadc C.1, varBbintoascii varA, varTEMPBYTE1, varTEMPBYTE2, varTEMPBYTE3

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Desumidificador

serout B.0, N2400, (254, 128, "Temperatura ", varTEMPBYTE1,varTEMPBYTE2,varTEMPBYTE3,"C")

bintoascii varB, varTEMPBYTE1, varTEMPBYTE2, varTEMPBYTE3serout B.0, N2400, (254, 192, "Humidade ",

varTEMPBYTE1,varTEMPBYTE2,varTEMPBYTE3,"%")

readadc C.1, varTEMPBYTE1if varTEMPBYTE1 >= 0 and varTEMPBYTE1 <= 40 then

goto Cell_4_7end ifreadadc C.1, varTEMPBYTE1if varTEMPBYTE1 >= 60 and varTEMPBYTE1 <= 100 then

goto Cell_10_8end ifreadadc C.0, varTEMPBYTE1if varTEMPBYTE1 >= 23 and varTEMPBYTE1 <= 60 then

goto Cell_10_8end if

Cell_4_7:low B.1low B.2goto Cell_4_2

Cell_10_8:if pinC.2=1 then

goto Cell_13_7end ifgoto Cell_4_7

Cell_13_7:high B.1high B.2goto Cell_4_2

#no_data

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Desumidificador

6) Conclusão

Houve alturas em que foram encontrados impasses e dificuldades várias: como

entender como extrair a água do ar, sem que esta passe pela parte do aquecimento e sem

interferir com qualquer outro componente, onde eu poderia colocar de forma a o poder

retirar e sem interferir com o resto da maquina. Dai que a forma apresentada aqui, não

foi a forma inicialmente pensada, visto que inicialmente a ideia era o ar entrar por cima

e sair por baixo, coisa que não funcionaria como cheguei a conclusão posteriormente.

Tais como o facto do ar quente ascender, o que estaria a dificultar o fluxo de ar criado

pela ventoinha. e devido à possibilidade da água se infiltrar para a zona de aquecimento,

produzindo vapor em vez de o extinguir.

No final a maquina ficou com a entrada do ar, na sua lateral e a saida no topo da

mesma com o deposito na parte inferior da maquina.

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8 ) Infografia/Webgrafia

Fontes de pesquisa e recolha de imagens (todas as fontes confirmadas no dia

12/05/2016, no período da manhã):

• http://www.adias.com.br/funcionamento_do_ar

• https://www.google.com/imghp?hl=pt-PT&gws_rd=ssl

• http://www.refrigeracaomarechal.com.br/

• http://www.refrigeracaomarechal.com.br/departamento/3/compressores

• http://www.refrigeracaomarechal.com.br/departamento/4/gas+refrigerante

• http://www.mercadolivre.com.br/

• http://produto.mercadolivre.com.br/MLB-672772773-filtro-secador-com-silica-para-

refrigeraco-102mm-5-unidades-_JM

• http://produto.mercadolivre.com.br/MLB-663236548-evaporador-vectra-97-ate-2002-

_JM

• http://www.oanda.com/lang/pt/currency/converter

• http://produto.mercadolivre.com.br/MLB-664781939-condensador-gm-astra-vectra-

zafira-com-filtro-secador-novo-_JM

• http://produto.mercadolivre.com.br/MLB-666586170-tubo-capilar-cobre-para-

refrigeraco-042mm-rolo-3m-_JM

• http://produto.mercadolivre.com.br/MLB-662801738-resistncia-eletrica-para-

aquecedorpainel-solar-boiler-_JM

• http://repositorio.ipl.pt/bitstream/10400.21/1804/1/Disserta%C3%A7%C3%A3o.pdf

• https://www.google.pt/url?

sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=6&cad=rja&uact=8&ved=0CEUQFjAFahU

KEwjlvcrmoO3GAhWCSZIKHf0EBDk&url=http%3A%2F%2Frepositorio-

aberto.up.pt%2Fbitstream

%2F10216%2F58080%2F1%2F000146535.pdf&ei=e8WuVaWUCoKTyQT9iZDIAw&

usg=AFQjCNG-

geahH37XVkZqEmyQsjPaRv64Yg&sig2=MSse7duRnFRAKm6YgHbBnw&bvm=bv.9

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