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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA E DE PRODUÇÃO
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA
ERILSON DE SOUSA BARBOSA
DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA DE CONTROLE DE BAIXO CUSTO PARA
RASTREAMENTO DE CONCENTRADORES CILÍNDRICO-PARABÓLICOS
Fortaleza
2009
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ERILSON DE SOUSA BARBOSA
DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA DE CONTROLE DE BAIXO CUSTO PARA
RASTREAMENTO DE CONCENTRADORES CILÍNDRICO-PARABÓLICOS
Dissertação submetida à Coordenação do
Curso de Pós-Graduação em Engenharia
Mecânica da Universidade Federal do
Ceará, como requisito parcial para
obtenção do grau de Mestre em
Engenharia Mecânica.
Área de concentração: Processos,
Sistemas e Equipamentos para Energias
Renováveis.
Orientador: Prof. Dr. Carlos André Dias
Bezerra.
FORTALEZA
2009
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ERILSON DE SOUSA BARBOSA
DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA DE CONTROLE DE BAIXO CUSTO PARA
RASTREAMENTO DE CONCENTRADORES CILÍNDRICO-PARABÓLICOS
Dissertação submetida à Coordenação do Curso de Pós-Graduação em Engenharia
Mecânica da Universidade Federal do Ceará, como requisito parcial para obtenção
do grau de Mestre em Engenharia Mecânica. Área de Concentração: Processos,
Sistemas e Equipamentos para Energias Renováveis.
Aprovada em ____/____/_____
BANCA EXAMINADORA
_______________________________________
Prof. Dr. Carlos André Dias Bezerra (Orientador).
Universidade Federal do Ceará - UFC
__________________________________
Profª. Dra. Maria Eugênia Vieira da Silva
Universidade Federal do Ceará - UFC
___________________________________
Prof. Dr. Leopoldo Eurico Gonçalves Bastos
Universidade do Estado do Rio de Janeiro - UERJ
FORTALEZA
2009
AGRADECIMENTOS
A Deus por sua provisão em todos os momentos.
Aos meus pais Fátima e Edílson que sempre me incentivaram nos
estudos e nada me deixaram faltar.
Aos meus irmãos Elcio e Erica.
À minha esposa Itna pelo carinho e compreensão.
À FUNCAP e à CAPES pela concessão de bolsa de mestrado em
momentos diferentes.
Ao professor Carlos André pela orientação e à professora Maria Eugênia
por sua atenção e dedicação.
Ao professor Klemens Schwarzer pela colaboração.
Aos colegas do Laboratório de Energia Solar e Gás Natural - LESGN e do
Laboratório de Protótipos Educacionais e Mecatrônica - LPEM da Universidade
Federal do Ceará.
RESUMO
Um concentrador solar parabólico é um tipo de refletor usado para aumentar a
intensidade da radiação em uma superfície. Para que ocorra a reflexão adequada da
radiação solar, o refletor parabólico deve constantemente rastrear a posição do sol
de tal forma que os raios solares sejam refletidos em um tubo que se encontra na
posição de foco da parábola. A proposta deste trabalho é desenvolver um sistema
eletrônico de controle de baixo custo para concentradores parabólicos aplicados à
refrigeração e proporcionar autonomia ao equipamento. Também é apresentado um
sistema mecânico para acionamento do rastreador. Por ser parte de um sistema de
refrigeração, o tubo colocado no foco da parábola deve sofrer processos de
aquecimento e resfriamento. O sistema eletrônico é constituído de uma placa de
controle com um microcontrolador em seu núcleo, sensores de luminosidade e
sensores limitadores de movimento e um motor de passo responsável pelo
acionamento da estrutura móvel do concentrador solar. Através do sistema
desenvolvido, pode-se fazer com que sejam atingidas temperaturas em torno de
180ºC na superfície externa do tubo coletor colocado na posição de foco da
parábola.
Palavras-chave: Rastreador Solar, Concentrador Parabólico, Sensores
ABSTRACT
A parabolic solar concentrator is a type of reflector utilized to increase the radiation
intensity on a surface. In order to have a proper reflection of solar radiation, the
parabolic reflector should constantly track the sun’s position so that solar rays are
converged to a tube that is at the focus position of the parabola. The purpose of this
study is to develop an electronic control system for low-cost parabolic trough
concentrators applied to refrigeration process, and to provide autonomy to the
equipment. It also is presented a mechanical system to guide the tracker. As part of a
refrigeration device, the tube placed at the parabola’s focus should experiment
heating and cooling processes. The electronic system consists of a control plate with
a microprocessor at its core, motion limiting and light sensors, and a step motor
responsible for move the solar concentrator structure. Through this developed
system, temperatures close to 180
o
C can be reached on external surface of the heat
adsorption tube, which is placed on the position of parabola’s focus.
Keywords: Solar Tracker, Parabolic Concentrator, Sensors
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 2.1 – O padrão espectral da radiação adotado por WRC (adaptado de Duffie
e Beckman, 1980) ............................................................................. 17
Figura 2.2 – Ângulos necessários para determinação da posição solar através do
método de rastreamento passivo sobre dois eixos ........................... 18
Figura 2.3 – Conjunto concentrador parabólico e máquina de vapor construída por
Ericsson em 1883 (MEINEL e MEINEL, 1976) ................................. 21
Figura 2.4 – Sistemas de coletores solares construído por Shuman e Boys em
Meadi, Egito (MEINEL e MEINEL, 1976) .......................................... 21
Figura 2.5 – Posições críticas do deslocamento da superfície parabólica ............ 22
Figura 2.6 – Esquema dos enrolamentos dos dois tipos de motores, bipolar (à
esquerda) e unipolar (à direita). (ATMEL, 2006)................................ 25
Figura 2.7 – Ciclo básico de refrigeração por adsorção ........................................ 27
Figura 3.1 – Placa de simulação e gravação de microcontroladores AT89S52 .... 29
Figura 3.2 – Gravador de Microcontroladores AVR’s ATmega8 e ATmega16....... 29
Figura 3.3 – Superfície fotossensível de um LDR (adaptado de Dally et al,
1993) ................................................................................................. 31
Figura 3.4 – Composição de um LDR (adaptado de Dally et al, 1993) ................. 32
Figura 3.5 – Esquema do circuito elétrico para leitura de apenas um sensor
LDR ................................................................................................... 32
Figura 3.6 – Disposição dos LDR’s ....................................................................... 33
Figura 3.7 – Esquema de controle do motor de passo .......................................... 35
Figura 3.8 – Pinagem do microcontrolador Atmega8 ............................................ 36
Figura 3.9 – Diagrama de blocos do sistema de controle com o microcontrolador
Atmega8 ............................................................................................ 37
Figura 3.10 – Esquema de simulação da placa com o microcontrolador
Atmega8 ............................................................................................ 38
Figura 3.11 – Placa de controle montada ................................................................ 38
Figura 3.12 – Coleta de dados para verificação do comportamento do LDR em
função da radiação solar ................................................................... 40
Figura 3.13 – Gráfico do comportamento do LDR em relação à radiação solar em dia
de céu claro ....................................................................................... 41
Figura 3.14 – Gráfico do comportamento do LDR em relação à radiação solar em dia
de céu claro ....................................................................................... 43
Figura 3.15 – Coleta de dados para determinação da diferença dos sinais fornecidos
pelo sensor em que o concentrador deve permanecer parado ........ 46
Figura 3.16 – Exibição dos valores lidos através de um display LCD ..................... 46
Figura 3.17 – Gráfico dos valores inteiros adimensionais correspondentes as tensões
elétricas fornecidas pelos sensores de luminosidade em função do
tempo ................................................................................................ 47
Figura 3.18 – Módulo de sensores de luminosidade ............................................... 49
Figura 3.19 – Sensores limitadores de movimento ................................................. 49
Figura 3.20 – Fluxograma da rotina do código de programação do microcontrolador
responsável apenas por realizar o rastreamento .............................. 51
Figura 3.21 – Fluxograma da rotina das interrupções externas do sistema
provocadas pelos sensores FDC1 e FDC2 ....................................... 52
Figura 3.22 – Fluxograma da rotina de posicionamento do concentrador durante a
noite .................................................................................................. 53
Figura 4.1 – Um típico elemento refletivo em um concentrador parabólico. (Fonte:
adaptado de ANDERSON, 1983) ...................................................... 54
Figura 4.2 – Imagem formada por um concentrador parabólico. (Fonte: adaptado de
ANDERSON, 1983). .......................................................................... 55
Figura 4.3 – Dimensões reais do concentrador cilíndrico-parabólico necessárias
para determinação da razão de concentração ................................. 56
Figura 4.4 – Concentrador Parabólico adequado para receber o sistema de
rastreamento ..................................................................................... 57
Figura 4.5 – Fixação do módulo de sensores de luminosidade ............................ 57
Figura 4.6 – Sensores limitadores de movimento fixados na estrutura do
concentrador ..................................................................................... 58
Figura 4.7 – Esquema do mecanismo de acionamento ......................................... 59
Figura 4.8 – Mecanismo de acionamento com as duas molas de tração, a polia fixa
e uma corrente .................................................................................. 59
Figura 4.9 – Motor de passo bipolar acoplado a um conjunto de redução para
aumento do torque ............................................................................ 60
Figura 5.1 – Disposição dos termopares axialmente no tubo coletor .................... 63
Figura 5.2 – Disposição dos termopares radialmente no tubo coletor .................. 64
Figura 5.3 – Termopares fixados na superfície externa do tubo coletor ............... 64
Figura 5.4 – Curva de velocidade do vento, de distribuição de temperatura no tubo
adsorvedor e de radiação com rastreamento ativo em dia de céu com
muitas nuvens ................................................................................... 66
Figura 5.5 – Velocidade do vento, radiação solar e distribuição temperatura em
função do tempo com parte do dia com céu claro ............................ 68
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1 – Determinação do número n do dia para cálculo da declinação ......... 19
Tabela 3.1 – Comparação do Custo das placas com diferentes microcontroladores
em seu núcleo ................................................................................... 39
LISTA DE EQUAÇÕES
Equação 2.1 – Cálculo da declinação ................................................................... 19
Equação 3.1 – Determinação da tensão elétrica de saída do módulo de sensores
LDR’s .............................................................................................. 32
Equação 3.2 – Determinação da resolução do sistema de controle ....................... 44
Equação 4.1 – Determinação da distância L do elemento refletivo ao ponto focal .. 54
Equação 4.2 – Cálculo da largura da imagem
em função da coordenada y ....... 55
Equação 4.3 – Largura da imagem produzida por um elemento refletivo localizado na
superfície parabólica ....................................................................... 55
Equação 4.4 – Cálculo da razão de concentração para coletor de tubo circular ..... 55
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
ASTM – American Society of Testing and Materials
WRC - World Radiation Center
NASA - National Aeronautics and Space Administration
ALU – Unidade Lógico-Aritmética
RISC – (Reduced Instruction Set Computer) ou computador com um conjunto
reduzido de instruções.
CISC - (Complex Instruction Set Computer) ou computador com conjunto de
instruções complexas
CMOS - Complementary Metal-Oxide-Semiconductor
I/O – Input/Output
ADC – Analoc Digital-to-Converter
EEPROM - Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory
UART - Universal Asynchronous Receiver/Transmitter
PWM – Pulse Width Modulation
CI – Circuito integrado
SDCC – Small Device C Compiler
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ............................................................................................. 13
1.1 Objetivos ...................................................................................................... 13
1.1.1 Objetivos Específicos .................................................................................. 14
1.1.2 Objetivo Geral .............................................................................................. 14
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA E FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA .................. 16
2.1 A Radiação Solar ......................................................................................... 16
2.2 O Rastreamento da Radiação Solar ............................................................ 17
2.3 Concentradores Parabólicos ....................................................................... 20
2.4 Princípio de Funcionamento dos Concentradores Parabólicos ................... 22
2.5 Microcontroladores ...................................................................................... 23
2.5.1 Microcontroladores AVR ATmega8 ............................................................. 23
2.6 Motor de Passo ............................................................................................ 25
2.7 Ciclo de Refrigeração por Adsorção ............................................................ 26
3 MATERIAIS E MÉTODOS ........................................................................... 28
3.1 Visão Geral .................................................................................................. 28
3.2 Ferramentas de Hardware e Software Utilizadas ........................................ 28
3.3 Módulo de Sensores de Luminosidade ....................................................... 30
3.4 A Placa de Controle ..................................................................................... 33
3.4.1 A Placa de Controle com o Microcontrolador ATmega8 em seu Núcleo ..... 35
3.5 Análise dos Sensores de Luminosidade ...................................................... 39
3.5.1 Experimento para Análise da Resposta do LDR às Variações da Intensidade
da Radiação Solar ....................................................................................... 39
3.5.2 Compensação dos Sinais dos Sensores de Luminosidade ......................... 44
3.6 Funcionamento do Concentrador Cilíndrico-Parabólico .............................. 48
4. APARATO EXPERIMENTAL ....................................................................... 54
4.1 Montagem do Concentrador Cilíndrico-Parabólico ...................................... 56
4.2 Código de Programação do Microcontrolador ATmega8 em Linguagem
Basic ............................................................................................................ 60
5. RESULTADOS ............................................................................................ 63
5.1 Medição de Temperatura com Rastreamento da Radiação ........................ 65
6. CONCLUSÃO .............................................................................................. 70
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS …......................................................... 72
APÊNDICES ............................................................................................ 74
ANEXOS ....................................................................................................... 81
13
1 INTRODUÇÃO
A utilização de concentradores parabólicos tem sido restrita às aplicações
que necessitam de fluidos em temperaturas mais elevadas do que podem ser
obtidas através de coletores planos. Tal restrição é devida ao custo adicional do
equipamento ocasionado pela necessidade de um sistema de rastreamento solar
para posicionamento contínuo do concentrador em relação aos raios solares.
O alto custo de aquisição de grandes concentradores e a sua implantação
são os grandes entraves para a utilização dessa tecnologia em países em
desenvolvimento que ainda não despertaram para a necessidade de ir,
progressivamente, reduzindo o consumo de combustíveis convencionais. A
inviabilidade da utilização de grandes e caros equipamentos para serem utilizados
em relativamente pequenos sistemas de refrigeração, além da falta do produto no
mercado nacional motivou o desenvolvimento de um sistema de controle de baixo
custo para concentradores cilíndrico-parabólicos para esta finalidade.
Os sistemas de rastreamento solar dos concentradores parabólicos
convencionais são baseados em circuitos hidráulicos ou elétricos de alta potência
em virtude do grande comprimento, da grande área de abertura da superfície
refletora e dos esforços sobre a estrutura causados pela força do vento. A redução
do tamanho da superfície refletora em virtude da finalidade do equipamento e a
conseqüente redução do peso possibilitam a utilização de um atuador de baixa
potência associado com componentes mecânicos móveis menos massivos.
1.1 Objetivos
O objetivo principal desta dissertação é a validação experimental de um
sistema de controle eletrônico para rastreamento solar em concentradores
parabólicos de baixo custo aplicados à refrigeração pelo método de adsorção. Para
isto, utilizou-se um concentrador solar parabólico operado manualmente instalado no
Laboratório de Energia Solar e Gás Natural – LESGN.
14
1.1.1 Objetivos Específicos
a) Projeto, simulação e fabricação da placa eletrônica de comando;
b) projeto e fabricação do módulo de sensores de luminosidade;
c) fixação de sensores necessários à automação do concentrador;
d) realização de medições experimentais;
e) análise de resultados.
1.1.2 Objetivo Geral
Auxiliar no desenvolvimento de novos equipamentos e sistemas para
expansão do aproveitamento da energia solar a nível regional.
Este trabalho está dividido em seis capítulos que estão dispostos na
forma a seguir.
No Capítulo de revisão bibliográfica é feito um breve histórico dos
concentradores parabólicos até a sua utilização nos dias atuais. Informações sobre
equipamento e dispositivos mecânicos e eletrônicos utilizados neste trabalho
também são apresentados. Aborda também os conhecimentos necessários para
desenvolvimento da dissertação e obtenção dos resultados. Neste momento,
aspectos referentes à mecânica do deslocamento relativo do sol, aquisição de
sinais, microcontroladores e atuadores são apresentados.
No Capítulo de materiais e métodos são apresentadas as ferramentas
(hardware e software) necessárias para projeto, simulação e fabricação dos
componentes que compõem o sistema de controle eletrônico. Em seguida, o método
para se realizar o seguimento da radiação solar direta é apresentado graficamente
através de diagramas de blocos e fluxograma para explicação da execução do
código de programa embarcado no microcontrolador.
O Capítulo do aparato experimental apresenta como o experimento foi
montado juntamente com os instrumentos de aquisição de dados para se fazer a
coleta de informações e análise de resultados.
15
No Capítulo de resultados têm-se as curvas de temperaturas obtidas
através de medição na parede externa do tubo coletor de aço inox fixado na posição
de foco da parábola. São mostrados gráficos com curvas de temperatura coletados
em dia de céu claro e com nuvens para verificar o funcionamento do concentrador
cilíndrico-parabólico.
No último Capítulo, conclui-se que foi possível atingir os resultados
esperados com os materiais e métodos propostos para o desenvolvimento do
sistema de rastreamento do concentrador cilíndrico-parabólico.
16
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA E FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1 A Radiação Solar
A radiação solar global divide-se em dois tipos quanto à forma com que
atinge a superfície terrestre. A radiação solar direta e a radiação solar difusa ou
dispersa. Vários autores, dentre os quais, Fraidenraich e Lyra (1995), definem a
radiação solar direta como a fração da radiação solar que atinge a superfície
terrestre sem sofrer desvios. Por outro lado, a radiação difusa é definida como parte
da radiação global que atinge a superfície terrestre em diversas direções, devido às
modificações introduzidas pela atmosfera e à presença de nuvens.
Em relação à temperatura do sol, de acordo com Duffie e Beckman
(1980), a esfera solar apresenta as seguintes temperaturas e densidade: o sol tem
uma temperatura efetiva de corpo negro de 5777 K. A temperatura na região central
do seu interior é estimada em torno de
6
108×
a
6
1040×
K.
A quantidade de energia que incide sobre uma superfície unitária, normal
aos raios solares, por unidade de tempo, no topo da atmosfera é denominada de
constante solar. Segundo Fraidenraich e Lyra (1995), a constante solar e o espectro
solar extraterrestre são definidos para o semi-eixo maior da órbita terrestre ou uma
unidade astronômica
(
)
km
6
106,149 ×
. A variação da distância Terra-Sol na órbita
elíptica descrita pela Terra resulta em uma variação da constante solar.
O valor para a constante solar de 1353 W/m
2
com erro de
±
1,5% é tido
como padrão pela NASA e ASTM. Este valor foi medido em grandes altitudes
através de balões, aviões e satélites por volta da década de 1970. Porém, de acordo
com Rabl (1985), medições mais recentes têm apontado o valor de 1373 W/m
2
para
a constante solar.
Thekaekara (1977 apud FRAIDENRAICH, e LYRA, 1995) fornece a
Tabela A.1, para variações da constante solar em função da variação da distância
Terra-Sol e a hora da passagem do Sol pelo plano Meridional.
17
O espectro solar padronizado pelo WRC (World Radiation Center) para
comprimentos de onda de até 2µm é mostrado na Figura 2.1. Valores da irradiância
solar espectral para outros comprimentos de onda e de forma detalhada estão
disponíveis. Iqbal (1983) fornece várias tabelas com estas informações.
Figura 2.1 – O padrão espectral da radiação adotado por WRC (adaptado de Duffie
e Beckman, 1980).
2.2 O Rastreamento da Radiação Solar
Normalmente, os sistemas de rastreamento da radiação solar direta são
baseados em dois métodos. O primeiro, conhecido por rastreamento passivo da
radiação, baseia-se em equações de cálculos de ângulos para determinação da
posição do sol. O segundo método, conhecido por rastreamento ativo da radiação
solar, baseia-se em informações coletadas através de sensores para posicionar
adequadamente a superfície refletora em relação aos raios solares.
Nos casos em que o método passivo é utilizado para concentradores
parabólicos, apenas o ângulo horário
(
)
ω
, que representa o deslocamento relativo
do sol na direção Leste-Oeste é utilizado. A adoção deste método para
18
posicionamento adequado de equipamentos como o Disco de Stirling
1
ou aumento
da eficiência de módulos fotovoltaicos, que necessitam de rastreamento em dois
eixos, representa um acréscimo considerável de ângulos a serem determinados e
conseqüente aumento do número de equações. A Figura 2.2 exibe os ângulos
necessários para o posicionamento de um plano para captação dos raios solares
perpendicularmente.
Figura 2.2 – Ângulos necessários para determinação da posição solar através do
método de rastreamento passivo sobre dois eixos (adaptado de Duffie e Beckman,
1980).
Duffie e Beckman (1980) apresentam uma série de equações para
cálculos de ângulos e determinação da direção da radiação solar direta.
Neste trabalho, em virtude da necessidade de deslocamento angular em
apenas uma direção, foi necessário apenas o cálculo da declinação solar. A
declinação solar é o ângulo formado entre a linha imaginária que une o centro da
Terra ao centro do Sol e o plano do Equador. Este ângulo varia de -23,45º à +23,45º,
considerando a inclinação para o Norte positiva.
A declinação pode ser obtida através da Equação 1 de Cooper (1969):
1
Disco de Stirling é um equipamento para captação da radiação solar direta cuja forma da
superfície refletora é uma calota parabólica. É dado este nome em virtude da colocação de um motor de Stirling
na posição de foco da calota. Este tipo de motor é capaz de transformar energia térmica em energia elétrica.
19
+
=
365
284
36045,23
n
sen
δ
(2.1)
Em que é a declinação e n é dado pela Tabela 1.
Tabela 2.1 – Determinação de n para cálculo da declinação
Para o dia médio do mês
Mês
n
para o dia
i
do mês
Data
Dia do ano
(
n
)
Declinação
(
δ
)
Janeiro
i
17 17 -20,9
Fevereiro
31 +
i
16 47 -13,0
Março
59 +
i
16 75 -2,4
Abril
90 +
i
15 105 9,4
Maio
120 +
i
15 135 18,8
Junho
151 +
i
11 162 23,1
Julho
181 +
i
17 198 21,2
Agosto
212 +
i
16 228 13,5
Setembro
243 +
i
15 258 2,2
Outubro
273 +
i
15 288 -9,6
Novembro
304 +
i
14 318 -18,9
Dezembro
334 +
i
10 344 -23,0
Fonte: adaptado de Duffie e Beckman (1980).
Como este método não considera a influência do clima local onde o
concentrador for instalado, a sua adoção pode resultar em perda parcial do foco da
radiação solar no tubo. Outra desvantagem deste método é que o controlador deve
ter um controle rígido de tempo já que os ângulos são específicos para cada hora e
dia do ano. Este aspecto apresenta-se como um fator determinante na hora de
selecionar o controlador para sistemas concentradores que utilizam este método, o
que pode mostrar-se inviável economicamente para pequenos sistemas.
20
2.3 Concentradores Parabólicos
Concentradores parabólicos já são empregados há alguns anos na
geração de energia elétrica em usinas termosolares e geração de vapor para a
indústria. Mais recentemente, concentradores parabólicos têm sido usados para o
aquecimento de fluidos em sistemas de refrigeração realizando o aquecimento no
processo por radiação solar.
Para se obter fluidos com temperaturas mais elevadas, geralmente são
utilizados tubos absorvedores de metais inseridos em um tubo de vidro concêntrico
para redução da perda de calor por convecção. Como o tubo do concentrador
utilizado neste trabalho é o próprio adsorvedor e por esta razão processos de
aquecimento e resfriamento são necessários, logo, não há nenhum tipo de
revestimento sobre o tubo de metal inoxidável além da tinta seletiva de cor preta
para aumentar a absorbância dos raios solares.
Além dos concentradores parabólicos, equipamentos como o Disco de
Stirling, módulos de células fotovoltaicas e alguns tipos de sensores de radiação
necessitam de sistemas de rastreamento em um ou dois eixos para captação da
radiação solar direta.
Pesquisas mostram que o ato de concentrar a radiação solar em uma
área é uma prática bastante antiga e que buscava atender a objetivos diversos.
Acredita-se que o princípio dos refletores concentradores de radiação foi descoberto
pelos gregos.
Em 1883, Ericsson desenvolveu um motor solar cujo fluido termodinâmico
era vapor d’água produzido em um concentrador parabólico. O motor atingia uma
potência de 1,6hp com uma superfície de coleta de radiação de 16,4 m
2
. Em 1886,
Ericsson experimentou um motor de 2,5hp (FRAIDENRAICH e LYRA, 1995). A
Figura 2.3 mostra o concentrador parabólico e a máquina de vapor construída por
Ericsson.
21
Figura 2.3 – Conjunto concentrador parabólico e máquina de vapor construída por
Ericsson em 1883 (MEINEL e MEINEL, 1976 apud FRAIDENRAICH e LYRA, 1995).
Trabalhos posteriores introduziram modificações importantes nas
concepções do sistema e, devido aos resultados favoráveis, Shuman
2
e seu
colaborador C. V. Boys atraíram interesse de investidores britânicos para a
construção de uma planta de bombeamento de água para irrigação no Egito. Em
junho de 1913, a maior planta solar da época termina de ser instalada em Meadi,
Egito, a qual é mostrada na figura 2.4 (ACKERMAN, 1914 apud FRAIDENRAICH, e
LYRA, 1995).
Figura 2.4 – Sistemas de coletores solares construído por Shuman e Boys em
Meadi, Egito (MEINEL e MEINEL,1976 apud FRAIDENRAICH e LYRA, 1995).
2
Shuman começou suas atividades em 1906 e, em 1907, construiu uma primeira planta
comercial em Tocony, perto da Filadélfia (ACKERMAN, 1914 apud FRAIDENRAICH, e LYRA, 1995).
22
Atualmente, grandes plantas de geração de eletricidade utilizam o
concentrador parabólico para produção de vapor. Os Estados Unidos e parte da
Europa, principalmente Espanha e Alemanha, destacam-se nesta forma de
aproveitamento da energia solar.
2.4 Princípio de Funcionamento dos Concentradores Parabólicos
A operação de rastreamento da radiação solar direta pelo concentrador
parabólico ao longo de um dia inicia-se normalmente com a superfície parabólica
refletora inclinada para o nascente a Leste e finaliza-se inclinada para o poente a
Oeste.
Quando se finaliza a operação do equipamento ao anoitecer, a superfície
concentradora pode permanecer virada para o Oeste e, ao amanhecer, voltar a se
posicionar para o nascente. Outra prática comum é o retorno da superfície refletora
para a posição de nascente logo que é atingido o extremo ao fim do dia. Esta prática
é mais comum em sistemas que utilizam o método passivo de rastreamento da
radiação solar.
Para reduzir a área de contato do concentrador com o vento e,
principalmente, aumentar a transferência de calor no tubo adsorvedor para o seu
resfriamento, optou-se neste trabalho por posicionar a superfície refletora na posição
de meio-dia (horizontal) durante a noite. A Figura 2.5 mostra as posições extremas
do deslocamento da superfície parabólica.
Figura 2.5 – Posições críticas do deslocamento da superfície parabólica.
23
A posição de início de operação é mostrada em (a). Em (b) é mostrada a
posição ao meio-dia, por movimento do concentrador e à noite. A posição de fim do
dia é apresentada em (c). O nível de inclinação nas posições (a) e (c) é definida de
acordo os requisitos de projeto de cada concentrador.
2.5 Microcontroladores.
A utilização de microcontroladores proporciona inteligência e flexibilidade
ao sistema, uma vez que é possível fazer alterações neste sistema sem ter que
necessariamente fazer alterações de dispositivos eletrônicos. Desta forma,
querendo-se que o sistema execute determinada tarefa sob o comando de algum
sensor, por exemplo, basta apenas que o código de programa do chip
microcontrolador seja editado para este fim.
De acordo com Ibrahim (2008), “O microcontrolador é um sistema
microprocessador que contém dados e memória de programa, portas de I/O
paralelas e seriais, timers, interrupções interna e externas, tudo integrado em um só
chip”.
Há alguns anos se tem presenciado a evolução dos microcontroladores.
Estes dispositivos têm revitalizado equipamentos em quase todos os campos
incluindo telecomunicações, medicina, indústria e eletrodomésticos.
Atualmente, existem muitas famílias de microcontroladores como: Intel
4048 e 8051, Motorola, 68HC11, Zilog Z8, Microchip PIC, Hitachi H8 e Atmel AVR.
Gadre (2001) cita que uma família de microcontroladores indica a disponibilidade de
muitos diferentes microcontroladores com o mesmo núcleo central, mas diferentes
periféricos e velocidade de operação.
2.5.1 Microcontroladores AVR ATmega8
Em virtude do baixo custo, da disponibilidade de recursos adicionais em
relação a outros chips com o custo semelhante e a facilidade de programação,
24
optou-se por escolher o microcontrolador AVR ATmega8 para comandar a placa de
controle do sistema de rastreamento desenvolvido neste trabalho.
Quanto ao tipo de arquitetura, os microcontroladores são classificados
como sendo de arquitetura Harvard ou Von Neumann.
A arquitetura de Von Neumann é codificada/decodificada na plataforma
CISC (Complex Instruction Set Computer) ou computador com conjunto de
instruções complexas. Na arquitetura de Von Neumann, há apenas um barramento
para acesso às memórias de programa e de dados. Isto implica que enquanto o
processador está executando uma instrução ele fica impossibilitado de buscar a
próxima instrução na memória de programa, uma vez que o barramento está
ocupado.
A arquitetura Harvard é um conceito mais recente que a de Von
Neumann. A principal diferença entre esta e a arquitetura Harvard é a velocidade de
execução das informações, já que utiliza a técnica conhecida por pipeline em que,
enquanto uma instrução começa a ser executada, outra já é buscada na memória de
programa para que a mesma possa ser executada no próximo ciclo de clock. A
maioria dos microcontroladores de arquitetura de Harvard utiliza a plataforma RISC
(Reduced Instruction Set Computer) ou computador com um conjunto reduzido de
instruções.
Gadre (2001) cita algumas características dos microcontroladores da família
Atmel AVR:
a) arquitetura RISC com 32 registradores de propósito geral;
b) técnica de pipeline que aumenta a velocidade de execução;
c) maior quantidade de instruções em um ciclo de clock;
d) até 10 MHz de velocidade de operação do clock;
e) grande variedade de periféricos, incluindo portas de I/O, ADC,
EEPROM, timer, UART, pulse width modulation (PWM);
f) memória interna de dados e de programa;
g) programação In-system;
h) disponibilidade de encapsulamento de 8 a 64 pinos que atende a uma
grande variedade de aplicações;
i) até 12 vezes o ganho de desempenho sobre os microcontroladores
mais convencionais com arquitetura CISC;
j) larga escala de tensão de operação. De 2,7 V a 6,0 V;
25
k) a arquitetura simples proporciona um pequeno tempo de aprendizado
para iniciantes.
2.6 Motor de Passo
O motor de passo é um dispositivo eletromecânico cuja função é
transformar energia elétrica em movimento rotativo. Este tipo de motor geralmente é
utilizado em aplicações que exigem boa exatidão no posicionamento do rotor. Em
virtude da sua precisão, estes motores podem ser usados em circuitos abertos, ou
seja, sem qualquer realimentação de controle normalmente proporcionada por
potenciômetros, codificadores ou outros sensores.
O passo do motor é o menor deslocamento angular possível que pode ser
executado. Desta forma, existem diversas resoluções para eles como por exemplo:
1,8º, 3,6º, 7,5º, 15º e até 90º, ou seja, 200, 100, 48, 24 e 4 passos por rotação
respectivamente. Entretanto, dependendo do controle, é possível fazer com que o
motor opere executando meio-passo e micro-passo diminuindo ainda mais sua
resolução.
Os dois tipos de motores de passo mais comuns são os motores
unipolares e os bipolares. A Figura 2.6 ilustra o esquema dos enrolamentos dos dois
tipos de motores, bipolar e unipolar.
Figura 2.6 – Esquema dos enrolamentos dos dois tipos de motores, bipolar (à
esquerda) e unipolar (à direita). (ATMEL, 2006).
26
De acordo com a nota de aplicação “AVR446: Linear speed control of
stepper motor”, o motor bipolar necessita de corrente elétrica em ambas as direções
dos enrolamentos e uma ponte completa (Full Bridge) para o seu controle. O fio
central no enrolamento do motor unipolar permite a utilização de um circuito de
controle mais simples, limitando o fluxo de corrente em apenas uma direção. A
principal vantagem do motor bipolar é o maior torque devido à sua capacidade de
energizar todos os enrolamentos de uma só vez.
Neste trabalho, foi utilizado um motor de passo bipolar de 4 fios que opera
sob tensão de 12 V e com corrente elétrica de 0,5 A. O motor de passo bipolar
necessita de alimentação com polaridade invertida. No caso deste trabalho, o
circuito L298 é responsável por fornecer este tipo de polarização.
2.7 Ciclo de Refrigeração por Adsorção
O equipamento de refrigeração por adsorção é formado por três
componentes básicos: evaporador, condensador e adsorvedor. O ciclo por adsorção
opera em regime intermitente e é caracterizado por duas fases: uma de resfriamento
(adsorção) e outra de aquecimento (dessorção).
A fase de resfriamento ocorre com a evaporação parcial do adsorbato
(fluido refrigerante) contido no evaporador, devido à remoção de calor da vizinhança.
Ao ser evaporado, o adsorbato flui do evaporador para o adsorvedor e é adsorvido
(fixado) nas cavidades porosas do material adsorvente, devido às forças
intermoleculares formadas entre o adsorbato e o adsorvente (sólido poroso). Com a
evaporação, o líquido que cedeu calor (resfriado) no evaporador pode ser utilizado
em refrigeração e/ou condicionamento de ar.
Na fase seguinte do ciclo (fase de aquecimento), um sistema térmico
cede calor ao adsorvedor e promove a regeneração do leito adsortivo. O adsorbato é
desprendido das cavidades porosas do adsorvente e flui do adsorvedor para o
condensador onde passa para a fase líquida por transferência de calor latente ao
meio condensante. Na fase líquida, o fluido retorna para o evaporador. Ao final desta
fase é possível o reinício do ciclo de adsorção. A Figura 2.4 mostra o ciclo básico de
refrigeração por adsorção.
27
Figura 2.7 - Ciclo básico de refrigeração por adsorção
Espera-se que a temperatura no tubo coletor do concentrador permaneça
superior a 80ºC durante a fase de aquecimento do ciclo de adsorção.
28
3 MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 Visão Geral
Este projeto trata-se do desenvolvimento de um sistema de controle de
baixo custo para rastreamento de concentradores cilíndrico-parabólicos aplicados à
refrigeração.
Além do posicionamento do coletor solar para captação dos melhores
níveis de radiação, o sistema é responsável pela automação do coletor, de forma
que não seja necessária nenhuma intervenção humana para o seu funcionamento
ao longo do dia, como operações de desligamento no período noturno e o seu
acionamento ao amanhecer. Outro aspecto importante é o baixo consumo de
energia elétrica do sistema de controle e do atuador.
O sistema é composto por dois sensores de luminosidade, dois sensores
limitadores de movimento, uma placa de controle com um microcontrolador em seu
núcleo e um motor de passo.
3.2 Ferramentas de Hardware e Software Utilizadas
Durante o desenvolvimento deste trabalho, duas placas de controle foram
projetadas. A primeira, em virtude do seu desenvolvimento no início do trabalho,
apresentava algumas limitações e custo mais elevado. Posteriormente, optou-se
pelo desenvolvimento de outra placa mais simples e menor, porém, com mais
recursos. Esta placa é apresentada no Apêndice A.
Duas ferramentas de hardware foram utilizadas no desenvolvimento deste
projeto. Inicialmente, foi utilizada uma placa de simulação e gravação através da
porta paralela de um microcomputador para o microcontrolador. A Figura 3.1 mostra
o kit de simulação e gravação para o AT89S52.
29
Figura 3.1 - Placa de simulação e gravação de microcontroladores AT89S52.
Para a programação do microcontrolador AT89S52 utilizou-se o software
gratuito SDCC (Small Device C Compiler). O SDCC é um compilador de códigos
editados em Linguagem C e está disponível no endereço eletrônico
Posteriormente, após estudos de comparação de custo e simplificação da
placa de controle optou-se pela substituição do microcontrolador AT89S52 por um
AVR ATmega8 com mais recursos, menor custo e menor número de pinos. Devido a
esta substituição, teve-se que utilizar outra ferramenta para gravação do código
hexadecimal no microcontrolador através da porta serial de um microcomputador. A
Figura 3.2 mostra o gravador de microcontroladores AVR ATmega8 e ATmega16.
Figura 3.2 - Gravador de Microcontroladores AVR’s ATmega8 e ATmega16
Foram utilizados dois softwares para o desenvolvimento da placa de
controle. Para o projeto e simulação da placa de controle utilizou-se o software
Proteus Isis v6.7 que dispõe de uma grande variedade de componentes eletrônicos
de diversos fabricantes em sua biblioteca. Para construção automática do layout da
placa de circuito impresso utilizou-se o software Proteus Ares v6.7.
Para a edição, compilação, depuração e simulação do código de
programa do microcontrolador AVR ATmega8 foi utilizado o software BASCOM-AVR
30
que dispõe de vários microcontroladores da família AVR em sua biblioteca. A função
mais importante deste software é a de compilador de códigos editados na linguagem
BASIC para microcontroladores. O arquivo .hex gerado por este software resultante
da compilação foi gravado no microcontrolador através do software gratuito
PonyPorg2000 Serial Device Programmer versão 2.05a beta. Além de ser gravado
no próprio microcontrolador, o arquivo em formato hexadecimal é utilizado pelo
Porteus Isis para realizar a simulação do circuito eletrônico.
3.3 Módulo de Sensores de Luminosidade
O módulo de sensores de luminosidade é responsável por enviar à placa
de controle as informações necessárias para realizar o rastreamento dos melhores
níveis de radiação solar e, junto com os sensores limitadores de movimento,
automatizar toda operação do concentrador parabólico durante o dia. Este módulo é
composto por dois sensores LDR (Light Dependent Resistors).
Havia a possibilidade da utilização de dois tipos de dispositivos para
integrar o módulo de sensores de luminosidade. A primeira opção era pequenas
células fotovoltaicas que geram corrente elétrica proporcionalmente ao nível de
radiação incidente sobre as suas superfícies. A vantagem da utilização destes
sensores é a qualidade da fabricação dos mesmos que faz com que estes
dispositivos apresentem o mesmo comportamento ou pequenas diferenças quando
submetidos às mesmas condições de luminosidade. Como desvantagens têm-se a
magnitude do sinal, que exige a utilização de amplificadores para adequar o sinal
fornecido pelo sensor para ser recebido pelo microcontrolador, e o alto custo de
aquisição do produto que inviabiliza a sua utilização em projetos objetivando o baixo
custo. O outro tipo de dispositivo é conhecido por fotoresistor ou LDR. Este
dispositivo é constituído de dois terminais externos e uma superfície fotossensível.
Estes sensores têm uma resistência elétrica interna variável em função da
intensidade luminosa incidente sobre sua superfície. Com estes resistores variáveis
podem ser obtidas resistências elétricas da ordem de 100 M no escuro até a ordem
de 100 quando são expostos à radiação solar direta.
Apresentam-se como vantagens dos LDR o custo muito baixo de
31
aquisição, a facilidade de encontrá-los nos estabelecimentos de venda de produtos
eletrônicos e a geração do sinal na magnitude da tensão de referência do
microcontrolador, dependendo apenas da tensão de alimentação do módulo de
sensores, dispensando o uso de amplificadores. Como desvantagem dos LDR, tem-
se a diferença nas resistências elétricas apresentadas quando estes são submetidos
aos mesmos níveis de luminosidade. Tal diferença é agravada quando há o mínimo
de desnivelamento entre os sensores já que estes são muito sensíveis a pequenas
variações de luminosidade. Estas desvantagens dos LDR apresentavam-se como
problemas que foram solucionados através de experimentos com os sensores e os
resultados foram transformados em informações, que foram introduzidas no código
de programação do microcontrolador.
Segundo Dally et al (1993), o LDR é fabricado a partir de materiais
semicondutores, normalmente sulfeto de cádmio (CdS) ou seleneto de cádmio
(CdSe), pois estes apresentam uma excelente resposta fotocondutora. Quando um
fóton de luz colide com uma molécula de CdSe (ou CdS), um elétron recebe energia
do fóton e evolui para a banda de condução da molécula, caso receba energia
suficiente do fóton. Na banda de valência surge uma lacuna em razão da ausência
do elétron. Tanto a lacuna quanto o elétron são portadores de carga, e o aumento do
fluxo luminoso incidente no LDR aumenta os portadores de carga no semicondutor.
Este processo aumenta a condutividade do dispositivo.
A Figura 3.3 e a Figura 3.4 ilustram respectivamente a superfície
fotossensível e a composição de um LDR.
Figura 3.3 - Superfície fotossensível de um LDR (adaptado de Dally et al, 1993).
32
Figura 3.4 - Composição de um LDR (adaptado de Dally et al, 1993).
A Figura 3.5 mostra o esquema do circuito elétrico, conhecido por circuito
divisor de tensão, para leitura de apenas um LDR.
Figura 3.5 - Esquema do circuito elétrico para leitura de apenas um sensor LDR.
A tensão elétrica de entrada no circuito é de 5V e a tensão de saída é
dada pela seguinte equação:
ent
LR
L
saida
U
RR
R
U
+
=
(3.1)
no qual:
saida
U
é o valor da tensão em Volts que sai do circuito dos sensores e é analisada
pelo microcontrolador;
R
R
é o valor da resistência elétrica em do resistor R;
L
R
é o valor da resistência elétrica instantânea oferecida pelo LDR;
ent
U
é o valor da tensão de alimentação em Volts do circuito dos sensores.
33
Observa-se por este circuito que quanto maior for a intensidade da
radiação solar sobre o LDR, menor será a sua resistência elétrica e também menor
será a tensão elétrica de saída correspondente a este sensor. Durante a noite, por
exemplo, a tensão de saída correspondente a qualquer um dos LDR ficará muito
próxima da tensão de entrada do circuito, já que a resistência elétrica desses
sensores estará na ordem de 100 M e para esta aplicação pode ser considerada
infinita. Por outro lado, durante um dia de céu claro, a tensão de saída se encontrará
bem abaixo da tensão de entrada do circuito, mas nunca será zero visto que a
resistência dos LDR permanece, nessas condições, próxima de 100 .
A Figura 3.6 mostra como os sensores LDR’s foram dispostos de tal
forma que recebessem os mesmos níveis de radiação quando a base fosse
perpendicular à radiação solar direta.
Figura 3.6 – Disposição dos LDR’s
3.4 A Placa de Controle
A placa de controle do sistema de rastreamento contém um
microcontrolador em seu núcleo que recebe as informações dos sensores
limitadores de movimento e de luminosidade. Para se fazer o tratamento desses
sinais é necessário um dispositivo interno ou externo ao microcontrolador conhecido
por conversor analógico-digital (analog-to-digital converter – ADC) que transforma os
sinais analógicos das tensões que saem do circuito elétrico do módulo de sensores
34
de luminosidade em dados digitais. Esses dados são analisados e com base neles é
feito o acionamento do atuador posicionando o concentrador parabólico
adequadamente em relação aos raios solares. Outros dois circuitos controladores de
motor de passo compõem a placa de controle.
Para o controle do motor de passo foram utilizados os circuitos integrados
L297 e o L298. O integrado L297 foi desenvolvido para controle de motor de passo
bipolar, unipolar e motores CC e pode gerar sinais para duas fases bipolares ou
quatro fases unipolares. Este circuito integrado possibilita a utilização do motor de
passo nos modos meio-passo ou passo-completo, possui inibidor de corrente que
possibilita um rápido decaimento da carga elétrica na alternância de energização
das bobinas do motor e facilita bastante o controle do motor, visto que não é
necessário programar no código do microcontrolador a seqüência de sinais a ser
enviada ao motor, proporcionando um código mais leve e reduzindo o tempo de
execução do programa do microcontrolador. O Anexo B mostra a pinagem do
circuito integrado L297 com informações adicionais.
O circuito integrado L298 é ideal para aplicações que exigem tensão e
corrente elevadas, além de proporcionar simplificação à placa de controle já que
todos os transistores de potência necessários para o controle do motor estão
integrados em um só chip. Este circuito foi projetado para suportar tensões de até
46V e correntes de até 2A por fase. O Anexo C mostra a pinagem detalhada do CI
L298 e informações adicionais. A Figura 3.7 mostra esquema de controle do motor
de passo.
35
Figura 3.7 - Esquema de controle do motor de passo.
A utilização deste conjunto proporciona certa flexibilidade ao sistema já
que com a mesma placa de controle, sem alteração do layout, é possível controlar
motores de passo unipolar, bipolar e motor CC.
3.4.1 A Placa de Controle com o Microcontrolador ATmega8 em seu Núcleo
Com o objetivo de reduzir o custo do sistema, simplificação da placa de
controle e utilização de um display LCD para analisar os sinais dos sensores, foi
desenvolvida outra placa com o microcontrolador AVR ATmega8 em seu núcleo.
O ATmega8 é um microcontrolador de 8 bits de tecnologia CMOS
(Complementary Metal Oxide Semiconductor) e arquitetura RISC (Reduced
Instruction Set Computer). Uma característica interessante deste dispositivo é sua
capacidade de executar uma instrução por ciclo de clock. Esta taxa de execução de
instruções foi possível de ser alcançada em virtude da conexão direta de seus 32
36
registradores de propósito geral com a unidade lógica aritmética (ALU). Esta
característica o deixa em vantagem quando comparado com os concorrentes da
família PIC. Além do mais, apesar de ser RISC, possui um grande número de
instruções (130), o que permite a melhoria de código de alto nível.
Com o objetivo de maximizar o desempenho e o paralelismo, o AVR
segue arquitetura Harvard, em que os barramentos associados às memórias de
dados e do programa são distintos. Além disso, utiliza-se a técnica do pipeline, em
que, enquanto uma instrução começa a ser executada, outra já é buscada na
memória de programa para que a mesma possa ser executada no próximo ciclo de
relógio (Atmel, 2004).
A Figura 3.8 mostra a pinagem do microcontrolador e o Anexo A exibe a
arquitetura do ATmega8.
Figura 3.8 - Pinagem do microcontrolador Atmega8.
A seguir, são listadas algumas características importantes do
microcontrolador ATmega8.
a) 8K bytes de memória Flash com método ISP(In-System Programmable)
de programação, o que capacita a leitura da memória enquanto se
escreve o código;
b) 1 kbyte de memória SRAM interna;
c) dois Timer/Counters de 8 bits e um Timer/Counter de 16 bits;
37
d) seis canais de conversão analógico-digital, com a possibilidade da
utilização da tensão de referência de 2,56V fornecida internamente
pelo próprio microcontrolador. Quatro destes canais de conversão
possuem resolução de 10 bits e os outros dois de 8 bits. O ADC utiliza
o método de aproximações sucessivas para realizar conversão;
e) dois pinos de interrupção externa INT0 e INT1;
f) cinco modos de operação sleep: Idle, ADC Noise reduction, Power-
save, Power-down e Standby;
g) resistores pull-up internos.
Em modo de operação Idle, a memória interna SRAM, os
Timers/Counters, a porta SPI e as interrupções do sistema permanecem
funcionando. No modo Power-down salva-se o conteúdo dos registradores, mas
congela-se o oscilador, desabilitando-se todas as outras funções do chip até a
próxima interrupção ou operação de reset por hardware. O modo Power-save
permite a execução do timer possibilitando ao usuário manter um tempo base
enquanto o resto do dispositivo continua “dormindo”. O modo ADC Noise Reduction
Mode pára a CPU e todos os módulos de I/O exceto o timer e o conversor analógico-
digital, para minimizar ruídos durante as conversões. Com relação ao modo
Standby, o oscilador continua executando enquanto o resto do dispositivo
permanece “dormindo” (Atmel, 2004).
O AVR ATmega8 é suportado com um completo conjunto de softwares e
ferramentas de desenvolvimento de sistemas, incluindo compiladores C, programas
depuradores e simuladores, gravadores e kits de desenvolvimento (Atmel, 2004).
A Figura 3.9 mostra o diagrama de blocos da placa com o
microcontrolador ATmega8.
Figura 3.9 – Diagrama de blocos da placa controladora com o microcontrolador.
38
A Figura 3.10 e a Figura 3.11 mostram, respectivamente, o esquema de
simulação com o novo microcontrolador AVR ATmega8 em seu núcleo e a placa de
controle montada.
Figura 3.10 – Esquema de simulação da placa com o microcontrolador Atmega8.
Figura 3.11 - Placa de controle montada.
39
A Tabela 3.1 mostra uma comparação de custos das placas utilizando-se o
microcontrolador AT89S52 e o AVR Atmega8.
Tabela 3.1 - Comparação do Custo das placas com diferentes microcontroladores
em seu núcleo.
Componentes
Placa com AT89S52
(R$)
Placa com ATmega8
(R$)
Microcontrolador 5,50 6,00
ADC externo 9,00 -
Conjunto controlador de motor
de passo
15,00 15,00
Placa e outros componentes 21,00 19,50
TOTAL 50,00 40,50
A tabela 3.1 mostra que a substituição do microcontrolador proporcionou
uma redução de custo no sistema de 23,5%.
3.5 Análises dos Sensores de luminosidade
A análise do comportamento dos dois sensores LDR foi essencial para
introduzir no código de programação do microcontrolador informações necessárias
para o funcionamento adequado do concentrador parabólico.
3.5.1 Experimento para Análise da Resposta do LDR às Variações da
Intensidade da Radiação Solar.
Inicialmente, foi analisado o comportamento de apenas um dos dois
sensores LDR em dia de céu claro e em dia de céu com muitas nuvens apenas para
40
verificar que tipo de curva era gerada com valores de resistência elétrica.
A Figura 3.12 mostra a forma como os dados foram coletados e
armazenados em um equipamento data logger. Os dados referentes à radiação solar
foram medidos com um piranômetro plano com a mesma inclinação do sensor LDR.
Figura 3.12 - Coleta de dados para verificação do comportamento do LDR em
função da radiação solar.
A Figura 3.12 mostra o gráfico da primeira análise do comportamento de
um LDR em relação à radiação solar em dia de céu claro. Foram coletados dados no
dia 9 de janeiro de 2009 no período de 14h49min as 17h00min referentes à
resistência elétrica dos LDR e dados dos níveis de radiação solar próximos ao
sensor. A declinação utilizada foi de aproximadamente -20º.
41
Figura 3.13 – Gráfico do comportamento do LDR em relação à radiação solar em dia de céu claro.
0
100
200
300
400
500
600
700
100
120
140
160
180
200
220
14:49:35
14:53:35
14:57:35
15:01:35
15:05:35
15:09:35
15:13:35
15:17:35
15:21:35
15:25:35
15:30:35
15:34:35
15:39:35
15:43:35
15:47:35
15:51:35
15:55:35
15:59:35
16:03:35
16:07:35
16:11:35
16:15:35
16:19:35
16:23:35
16:27:35
16:31:35
16:35:35
16:39:35
16:43:35
16:47:35
16:51:35
16:55:35
Radiação Solar [W/m2]
Resistência Elétrica [ohm]
Resistência Elétrica do LDR x Radiação Solar
LDR Radiação solar
42
Observa-se pelo gráfico da Figura 3.12 que para altos níveis de radiação
solar a resistência elétrica do LDR apresenta um comportamento linear. À medida
que a intensidade de radiação vai reduzindo, a curva da resistência elétrica vai
perdendo seu caráter linear e tende rapidamente a valores infinitos de resistência
elétrica. Nota-se também no mesmo gráfico que o LDR é pouco sensível a pequenas
variações da radiação solar quando esta está em níveis muito altos. Por outro lado,
pequenas variações da radiação solar quando esta está em níveis baixos pode ser
percebida pelo LDR. A Figura 3.14 mostra outra análise feita em dia de céu com
muitas nuvens. As medições foram feitas no dia 15 de janeiro de 2009 durante o
período de 10h40min às 17h55min com o piranômetro com a mesma inclinação do
sensor LDR.
43
Figura 3.14 – Gráfico do comportamento do LDR em relação à radiação solar em dia com muitas nuvens no céu.
0
200
400
600
800
1000
1200
0
50
100
150
200
250
10:40
10:55
11:10
11:25
11:40
11:55
12:10
12:25
12:40
12:55
13:10
13:25
13:40
13:55
14:10
14:25
14:40
14:55
15:10
15:25
15:40
15:55
16:10
16:25
16:40
16:55
Radiação Solar [W/m2]
Resistência Elétrica [ohm]
Resistência Elétrica - LDR x Radiação Solar
LDR Radiação solar
44
Novamente, observa-se que a sensibilidade do sensor LDR aumenta à
medida que a radiação solar diminui. O gráfico da Figura 3.13 deixa bem clara esta
característica do LDR. Na primeira parte do gráfico, de 10h40min as 13h40min,
observa-se que a magnitude da variação da radiação solar é maior que a magnitude
da variação da resistência elétrica. Por outro lado, na segunda parte do gráfico, de
13h40min as 17h00min, observa-se que a relação se inverte. Maiores variações de
resistência elétrica do LDR são causadas por pequenas variações da radiação solar.
Devido a esta característica, em relação ao tempo de resposta do LDR, o gráfico
anterior mostra que para altos níveis de radiação solar, o tempo de resposta do LDR
é pequeno já que a escala de variação da resistência elétrica, também é pequena.
Em relação aos sensores de radiação, conclui-se que no início do dia e ao
anoitecer o rastreador pode se apresentar instável em virtude das condições de
luminosidade e devido ao aumento no seu tempo de resposta nestes períodos.
Durante o restante do dia, caso o céu esteja com poucas nuvens ou nenhuma, o
sensor oferece estabilidade ao concentrador considerando-se o pequeno tempo de
resposta em relação à velocidade do deslocamento relativo do sol e o caráter linear
da curva para altos níveis de radiação.
3.5.2 Compensação dos Sinais dos Sensores de Luminosidade
Devido às diferenças apresentadas entre dois sensores LDR e
imperfeições na montagem dos mesmos, foi necessário verificar o sinal fornecido
por cada sensor quando estes estavam sob os mesmos níveis de luminosidade.
A resolução do sinal fornecido pelo sensor é dada pela seguinte equação:
n
REF
V
r
2
=
(3.2)
Em que,
r = é a resolução do sinal fornecido pelo sensor em Volts;
V
REF
é a tensão de referência do conversor ADC;
45
n é o número de bits do conversor ADC.
Considerando que a capacidade do conversor analógico-digital é de 10
bits, o maior valor que pode ser fornecido por este dispositivo é o número inteiro
1023 (2
10
= 1024 incluindo o inteiro 0). Logo, todos os valores de tensão lidos nos
sensores são convertidos para valores inteiros entre 0 e 1023. Por exemplo, o valor
de tensão de 0 V corresponde ao número inteiro 0 após a conversão e o valor de
referência, que é o maior valor de tensão que pode ser lido pelo dispositivo,
corresponde ao valor inteiro 1023.
Tendo-se a tensão de referência de +5V, a resolução do sinal fornecido
pelo sensor, calculada pela Equação 3.2, é de 4,88 mV, ou seja, a variação de
tensão de 4,88 mV corresponde à variação de uma unidade na escala de 0 a 1023.
Para definição da diferença entre os sinais dos dois sensores LDR em
que o concentrador permanecesse parado, foi utilizado um display LCD de
dezesseis colunas e duas linhas. Através deste display foi mostrada a magnitude do
sinal de cada LDR no instante em que os raios chegavam perpendicularmente ao
módulo de sensores de luminosidade. O valor mostrado no display corresponde ao
valor de 0 a 1023 referente ás tensões de 0 a +5V.
Para se comprovar que a radiação solar direta estava incidindo
igualmente sobre os dois sensores LDR foi colocada uma haste metálica
perpendicular à base onde os sensores estavam montados e foram coletados dados,
instantaneamente a cada 10 minutos, correspondentes às tensões fornecidas pelos
sensores. A Figura 3.15 e a Figura 3.16 mostram imagens do experimento para
coleta de dados através de um display LCD. O código do microcontrolador para
leitura dos LDR é apresentado no Apêndice B.
46
Figura 3.15 - Coleta de dados para determinação da diferença dos sinais fornecidos
pelo sensor em que o concentrador deve permanecer parado.
Figura 3.16 - Exibição dos valores lidos através de um display LCD.
A Figura 3.17 mostra o gráfico dos valores inteiros das tensões nos
sensores, após a conversão analógico-digital.
47
Figura 3.17 - Gráfico dos valores inteiros adimensionais correspondentes as tensões elétricas fornecidas pelos sensores de
luminosidade em função do tempo.
1212
14
12
11
14
1212
13
12
11
12
11
12
13
12
13
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1111
121212
11
1212
14
121212
13
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13
12121212
11
12121212
14
13
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1212
11
1212
14
1212
8
9
10
11
12
13
14
15
0
200
400
600
800
1000
1200
8:30
9:00
9:30
10:00
10:30
11:00
11:30
12:00
12:30
13:00
13:30
14:00
14:30
15:00
15:30
16:00
16:30
17:00
17:30
Diferença entre os sinais dos
sensores
Radiação solar [W/m
2
]
Radiação [W/m2] Diferença entre os sinais dos sensores
48
Dois valores foram definidos a partir das informações do gráfico anterior e
introduzidos no código de programação do microcontrolador.
Como foi constatado que o sinal do sensor LDR2 apresentava-se com
maior freqüência 12 unidades menor que o sinal do sensor LDR1 para mesmos
níveis de radiação devido a imperfeições entre eles, então, logo após a conversão
dos sinais pelo ADC foi feita essa compensação no código de programação do
microcontrolador. Desta forma, logo após a conversão dos sinais foram somadas 12
unidades ao sinal do sensor LDR2 para se fazer a compensação.
Como além do valor de 12 unidades também foram observadas
diferenças de 11, 13 e 14 unidades, foi definida uma constate D = 2 referente à
diferença entre os sinais dos sensores para que o concentrador permanecesse
parado e proporcionando desta forma estabilidade ao equipamento.
Esta análise é específica para estes dois sensores. Portanto, sempre que
novos sensores forem utilizados uma nova análise deve ser feita para a definição
dos parâmetros para a compensação na diferença nos sinais.
3.6 Funcionamento do Concentrador Cilíndrico-Parabólico
O método de rastreamento ativo do sol exige a utilização de sensores
para se buscar os maiores níveis possíveis de radiação solar. Para se realizar este
trabalho, optou-se pela utilização de dois resistores que variam sua resistência
elétrica à medida que se varia a intensidade da luminosidade sobre eles. Estes
resistores são LDR ou fotoresistores. A Figura 3.18 mostra o módulo de sensores de
luminosidade utilizado neste trabalho.
49
Figura 3.18 - Módulo de sensores de luminosidade.
Outros dois sensores limitadores de movimento colocados no início e no
fim do deslocamento do concentrador ao longo do dia foram utilizados neste projeto.
Estes sensores foram chamados de FDC1 e FDC2. A Figura 3.19 mostra os
sensores limitadores de movimento.
Figura 3.19 - Sensores limitadores de movimento.
Os dois sensores de luminosidade, chamados de LDR1 e LDR2, são
responsáveis por determinar para qual direção o concentrador deve se deslocar de
50
acordo com os níveis de radiação solar.
A superfície fotossensível do LDR1 encontra-se inclinada para a mesma
direção onde se encontra instalado o sensor FDC1 (nascente) e a superfície
fotossensível do sensor LDR2 encontra-se inclinada para o poente assim como com
o sensor fim-de-curso FDC2.
Em dias de céu claro, ao final do dia, o concentrador toca o sensor
limitador de movimento FDC2. Ao acontecer o toque, o microcontrolador avalia os
níveis de radiação solar presentes. Considerando que no circuito divisor de tensão o
nível de radiação é inversamente proporcional à tensão elétrica, definiu-se o valor
máximo de tensão, ou seja, a tensão de referência do microcontrolador (1023 após a
conversão analógico-digital) para o período noturno.
Constatando-se a ausência de radiação solar, o concentrador é
posicionado na posição horizontal (posição de meio-dia). Optou-se pela
permanência do concentrador nesta posição durante a noite porque desta forma, a
superfície refletora não impede que o vento atinja o tubo adsorvedor aumentando a
transferência de calor. Outro motivo para a permanência nesta posição é que os
esforços na estrutura metálica do concentrador e na caixa de redução do motor
devido à ação do vento e do próprio peso do concentrador são reduzidos. Após ser
feito este posicionamento, o microcontrolador permanece no modo standby.
Ao amanhecer, o sistema torna-se ativo ao constatar que o valor da
tensão lida no circuito divisor de tensão é menor que o valor da tensão de referência
(1023 após a conversão analógico-digital). A partir desse momento já se inicia o
rastreamento solar, não sendo necessária uma programação específica para
posicionar o concentrador.
Chegando na posição inicial do rastreamento, a superfície refletora toca o
sensor fim-de-curso FDC1. Ao acontecer o toque, é acionada a rotina de interrupção
para este comando no código de programação do microcontrolador para fazer com
que o concentrador pare de girar, embora permaneça lendo as tensões fornecidas
pelos sensores de luminosidade. Neste caso, ele permanece parado até que a
tensão lida no LDR2 seja menor do que a tensão lida no LDR1.
A Figura 3.20 mostra o fluxograma da rotina do código de programação
do microcontrolador responsável apenas por realizar o rastreamento.
Figura 3.
responsável apenas por realizar o rastreamento.
leituras dos LDR tem a função de verificar se já anoiteceu através dos níveis de
radiação nos sensores LDR1 e do LDR2. Neste momento, a tensão de saída lida no
circuito divisor de tensão dos s
O valor de N = 1023, referente à ausência de radiação solar, foi definido
anteriormente através de experimento.
Figura 3.
20 -
Fluxograma da rotina do código de programação do microcontrolador
responsável apenas por realizar o rastreamento.
No
leituras dos LDR tem a função de verificar se já anoiteceu através dos níveis de
radiação nos sensores LDR1 e do LDR2. Neste momento, a tensão de saída lida no
circuito divisor de tensão dos s
O valor de N = 1023, referente à ausência de radiação solar, foi definido
anteriormente através de experimento.
Fluxograma da rotina do código de programação do microcontrolador
responsável apenas por realizar o rastreamento.
No
fluxograma anterior, o primeiro bloco condicional que sucede às
leituras dos LDR tem a função de verificar se já anoiteceu através dos níveis de
radiação nos sensores LDR1 e do LDR2. Neste momento, a tensão de saída lida no
circuito divisor de tensão dos s
O valor de N = 1023, referente à ausência de radiação solar, foi definido
anteriormente através de experimento.
Fluxograma da rotina do código de programação do microcontrolador
responsável apenas por realizar o rastreamento.
fluxograma anterior, o primeiro bloco condicional que sucede às
leituras dos LDR tem a função de verificar se já anoiteceu através dos níveis de
radiação nos sensores LDR1 e do LDR2. Neste momento, a tensão de saída lida no
circuito divisor de tensão dos s
ensores está muito próxima da tensão de referência.
O valor de N = 1023, referente à ausência de radiação solar, foi definido
anteriormente através de experimento.
Fluxograma da rotina do código de programação do microcontrolador
responsável apenas por realizar o rastreamento.
fluxograma anterior, o primeiro bloco condicional que sucede às
leituras dos LDR tem a função de verificar se já anoiteceu através dos níveis de
radiação nos sensores LDR1 e do LDR2. Neste momento, a tensão de saída lida no
ensores está muito próxima da tensão de referência.
O valor de N = 1023, referente à ausência de radiação solar, foi definido
anteriormente através de experimento.
Fluxograma da rotina do código de programação do microcontrolador
responsável apenas por realizar o rastreamento.
fluxograma anterior, o primeiro bloco condicional que sucede às
leituras dos LDR tem a função de verificar se já anoiteceu através dos níveis de
radiação nos sensores LDR1 e do LDR2. Neste momento, a tensão de saída lida no
ensores está muito próxima da tensão de referência.
O valor de N = 1023, referente à ausência de radiação solar, foi definido
Fluxograma da rotina do código de programação do microcontrolador
fluxograma anterior, o primeiro bloco condicional que sucede às
leituras dos LDR tem a função de verificar se já anoiteceu através dos níveis de
radiação nos sensores LDR1 e do LDR2. Neste momento, a tensão de saída lida no
ensores está muito próxima da tensão de referência.
O valor de N = 1023, referente à ausência de radiação solar, foi definido
Fluxograma da rotina do código de programação do microcontrolador
fluxograma anterior, o primeiro bloco condicional que sucede às
leituras dos LDR tem a função de verificar se já anoiteceu através dos níveis de
radiação nos sensores LDR1 e do LDR2. Neste momento, a tensão de saída lida no
ensores está muito próxima da tensão de referência.
O valor de N = 1023, referente à ausência de radiação solar, foi definido
51
Fluxograma da rotina do código de programação do microcontrolador
fluxograma anterior, o primeiro bloco condicional que sucede às
leituras dos LDR tem a função de verificar se já anoiteceu através dos níveis de
radiação nos sensores LDR1 e do LDR2. Neste momento, a tensão de saída lida no
ensores está muito próxima da tensão de referência.
O valor de N = 1023, referente à ausência de radiação solar, foi definido
51
Fluxograma da rotina do código de programação do microcontrolador
fluxograma anterior, o primeiro bloco condicional que sucede às
leituras dos LDR tem a função de verificar se já anoiteceu através dos níveis de
radiação nos sensores LDR1 e do LDR2. Neste momento, a tensão de saída lida no
ensores está muito próxima da tensão de referência.
O valor de N = 1023, referente à ausência de radiação solar, foi definido
52
A partir do segundo bloco condicional inicia-se o rastreamento
propriamente dito através de comparações feitas entre as tensões fornecidas pelos
sensores LDR1 e LDR2. A variável D = 2 que aparece em alguns blocos
condicionais foi definida anteriormente através de experimento.
No código de programação do microcontrolador, além da rotina de
rastreamento, existem as rotinas de interrupções dos dois sensores limitadores de
movimento FDC1 e FDC2 e a rotina para posicionar o concentrador na posição
horizontal ao anoitecer colocando-se o sistema no modo Standby.
A Figura 3.21 mostra o fluxograma da rotina das interrupções externas do
sistema provocadas pelos sensores FDC1 e FDC2.
Figura 3.21 - Fluxograma da rotina das interrupções externas do sistema provocadas
pelos sensores FDC1 e FDC2.
Observa-se no fluxograma da rotina de interrupção do FDC1 que há um
bloco condicional que engloba apenas a leitura dos sensores de luminosidade. Esse
loop tem a função de evitar que o motor continue girando quando o sensor FDC1 for
tocado e quando o nível de radiação do LDR1, que está inclinado para o mesmo
lado, permanecer maior que no LDR2. Uma rotina semelhante é utilizada para o
sensor FDC2 associado ao LDR2.
A Figura 3.22 mostra o fluxograma da rotina de posicionamento do
concentrador durante a noite.
53
Figura 3.22 - Fluxograma da rotina de posicionamento do concentrador durante a
noite.
Considerando o passo do motor de 1,8º, a caixa de redução de 750:1 e a
redução que há também entre a engrenagem do motor e a polia fixa na estrutura
parabólica, teve-se que fazer a contagem do número de passos necessários para
colocação da parábola na posição horizontal partindo-se da posição de poente. Esta
contagem foi feita utilizando-se mais uma vez o display LCD. Foi então definido o
número n = 37000 de passos necessários para realização desta tarefa.
Para o período de permanência no modo standby de funcionamento do
microcontrolador, foi definido o tempo de 10 horas considerando que a ausência
total de radiação solar sobre os sensores inicia-se ás 19h00min e a detecção de
algum nível de radiação solar, ocorre ás 5h00min.
54
4. APARATO EXPERIMENTAL
Anderson (1983) apresenta algumas equações para determinação da
razão de concentração do concentrador cilíndrico-parabólico
A orientação de um elemento refletivo localizado em uma posição geral
(x,y) e a distância L do ponto focal podem ser encontradas através da geometria da
Figura 4.1.
Figura 4.1 – Um típico elemento refletivo em um concentrador parabólico. (Fonte:
adaptado de ANDERSON, 1983).
Considerando o caso bidimensional onde os raios solares incidem
formando um ângulo com o eixo y, a distância L pode ser determinada por:
(4.1)
No qual,
L é a distância do elemento refletivo ao ponto focal;
x e y são os valores da coordenada (x,y) do elemento refletivo;
f é a altura do ponto focal.
55
Uma vez que o Sol não é um ponto e os raios solares ao atingirem a
superfície refletora formam um ângulo de 32’’ (0,0093 radianos), a imagem
produzida pelo concentrador terá uma largura de w
i
como mostrado na figura 4.2.
Como o ângulo é pequeno, a aproximação é válida, então a
largura da imagem em função da coordenada y é dada por:
(4.2)
Figura 4.2 – Imagem formada por um concentrador parabólico. (Fonte: adaptado de
ANDERSON, 1983).
Um elemento refletivo da parábola localizado no ponto
!
produz
uma imagem de largura
!
!
"
" #
, em que "
!
$
(4.3)
Para o coletor de tubo circular, a razão de concentração % &
'
&
!
$
é
igual a (
!
!
$
, ou
%
)
***+,-
.
/
)/0
/1
2
3
(4.4)
56
Utilizando-se os valores das dimensões reais do concentrador cilíndrico-
parabólico como visto na Figura 4.3 na qual foi anexado o sistema de rastreamento,
obteve-se a razão de concentração igual a 36.
Figura 4.3 – Dimensões reais do concentrador cilíndrico-parabólico necessárias para
determinação da razão de concentração.
4.1 Montagem do Concentrador Cilíndrico-Parabólico
Para verificar a eficiência do sistema de rastreamento, o concentrador
parabólico do Laboratório de Energia Solar e Gás natural – LESGN, que antes era
operado manualmente, foi adaptado para receber o sistema de rastreamento. A área
de abertura da superfície refletora é de 3,6m
2
. A Figura 4.4 mostra o concentrador
parabólico utilizado neste projeto.
57
Figura 4.4 - Concentrador Parabólico adequado para receber o sistema de
rastreamento.
O mecanismo utilizado para mover o concentrador foi desenvolvido por
Ebert (2004), e é formado por uma polia fixa, uma corrente e duas molas de tração.
O uso das molas neste caso é fundamental para amortecer os esforços causados
pelo vento e agravados pelo peso do concentrador, evitando o rápido desgaste das
engrenagens da caixa de redução acoplada ao motor de passo.
A Figura 4.5 mostra o módulo de sensores de luminosidade fixado na
parte superior, paralelo ao plano da abertura da superfície refletora.
Figura 4.5 - Fixação do módulo de sensores de luminosidade.
58
A Figura 4.6 mostra os sensores limitadores de movimento fixados na
estrutura parabólica do concentrador.
Figura 4.6 - Sensores limitadores de movimento fixados na estrutura do
concentrador.
A Figura 4.7 e a Figura 4.8 mostram, respectivamente, o esquema do
mecanismo de acionamento e o mecanismo já montado no concentrador solar
parabólico.
59
Figura 4.7 – Esquema do mecanismo de acionamento.
Figura 4.8 - Mecanismo de acionamento com as duas molas de tração, a polia fixa e
uma corrente.
A Figura 4.9 mostra o motor de passo bipolar acoplado a um conjunto de
60
redução para aumento do torque. As informações relativas a este motor encontram-
se no Anexo F.
Figura 4.9 - Motor de passo bipolar acoplado a um conjunto de redução para
aumento do torque.
4.2 Código de Programação do Microcontrolador ATmega8 em Linguagem
Basic
a) Declaração de variáveis:
Dim X As Integer , Y As Integer , D1 As Integer , D2 As Integer, A As
Integer:
variável X: valor da tensão no sensor LDR1 após a conversão AD;
variável Y: valor da tensão no sensor LDR2 após a conversão AD;
variável D1: valor da diferença entre X e Y se X > Y
variável D2: valor da diferença entre Y e X se Y > X.
variável A: variável utilizada em loops ao longo do código;
b) Processo de leitura dos sinais dos sensores de luminosidade e
atribuição de valores às variáveis:
Start Adc: inicia-se o processo de conversão analógico-digital;
61
X = Getadc(0): X recebe o valor da tensão no sensor LDR1. A leitura
deste sensor é feita através do canal ADC0 do conversor AD;
Y = Getadc(1) + 12: Y recebe o valor da tensão no sensor LDR2. A leitura
deste sensor é feita através do canal ADC1 do conversor AD e faz a
compensação dos sinais;
Stop Adc: finalize o processo de conversão analógico-digital.
c) Comparação entre as tensões nos sensores LDR1 e LDR2:
If X And Y < 1023: o rastreamento permanece ativo apenas enquanto
houver radiação solar incidindo sobre os sensores;
If X > Y Then: compara os valores;
D1 = X – Y: a variável D1 recebe o valor da diferença dos sinais se a
tensão em LDR1 for maior do que em LDR2;
d) Verificação da magnitude da diferença entre os sinais dos sensores de
luminosidade:
If D1 <= 2 Then: verifica se as diferenças entre os sinais dos sensores é
menor ou igual a 2. Caso a condição seja satisfeita, o motor permanece
parado;
Habilita_motor = 0: motor permanece desabilitado;
e) Habilitação e giro do motor:
Else: caso a diferença entre os sinais após a compensação seja maior
que 2, o motor é habilitado;
Habilita_motor = 1: motor é habilitado para executar o número de passos
definidos pelo oscilador;
Passo = 0: motor gira em modo de passo completo
Sentido = 0: motor gira no sentido direto
For I = 0 To 20: loop para execução de 20 passos consecutivos antes da
próxima leitura dos sensores;
Clock = 1: pino do oscilador é colocado em nível alto;
Waitus 100: geração de onda quadrada com período de 100s;
Clock = 0: pino do oscilador é colocado em nível baixo;
Waitus 100
62
Next A: fecha o loop.
A rotina para o valor de tensão de LDR2 maior que LDR1 é similar ao que
foi apresentado anteriormente.
f) Subrotina de interrupção causada pelo toque no sensor fim-de-curso
FDC1:
While Y > X: enquanto os níveis de radiação em LDR1 for maior do que
em LDR2 o motor permanece parado e a execução do programa
permanece dentro do loop while até que ;
Start Adc
X = Getadc(0)
Y = Getadc(1) + 12
Stop Adc
Wend
Return
A subrotina de interrupção para o sensor fim-de-curso FDC2 é similar ao
que foi apresentado anteriormente para o sensor FDC1. O código de programação
em linguagem Basic completo para o microocntrolador ATmega8 se encontra
disponível no Apêndice B.
5
RESULTADOS
distribuição de temperatura na superfície externa do tubo adsorvedor. Termopares
foram
substância
B.1.
entre
radiação solar concentrada refletida pela superfície parabólica. Outros três
termopares foram colocados na parte superior do tubo que não recebem a radiação
solar concentrada. Os termo
Figura 5.1 e a Figura 5.2 mostram, respectivamente, a forma como os termopares
foram dispostos axialmente e radialmente em uma seção transversal do adsorvedor.
Figura 5.1
RESULTADOS
A operação
distribuição de temperatura na superfície externa do tubo adsorvedor. Termopares
foram
fixados
substância
utilizada para fixação dos termopares encontra
Os termopares utilizados são do tipo K (níquel
entre
-
270°C e 1.372°C, com saída analógica entre 6,458mV e 54,886mV.
Cinco termopares foram colocados na parte inferior do tubo que recebe a
radiação solar concentrada refletida pela superfície parabólica. Outros três
termopares foram colocados na parte superior do tubo que não recebem a radiação
solar concentrada. Os termo
Figura 5.1 e a Figura 5.2 mostram, respectivamente, a forma como os termopares
foram dispostos axialmente e radialmente em uma seção transversal do adsorvedor.
Figura 5.1
-
Disposição dos termopares
RESULTADOS
A operação
do sistem
distribuição de temperatura na superfície externa do tubo adsorvedor. Termopares
fixados
radialmente e axialmente no tubo.
utilizada para fixação dos termopares encontra
Os termopares utilizados são do tipo K (níquel
270°C e 1.372°C, com saída analógica entre 6,458mV e 54,886mV.
Cinco termopares foram colocados na parte inferior do tubo que recebe a
radiação solar concentrada refletida pela superfície parabólica. Outros três
termopares foram colocados na parte superior do tubo que não recebem a radiação
solar concentrada. Os termo
Figura 5.1 e a Figura 5.2 mostram, respectivamente, a forma como os termopares
foram dispostos axialmente e radialmente em uma seção transversal do adsorvedor.
Disposição dos termopares
do sistem
a de rastreamento foi
distribuição de temperatura na superfície externa do tubo adsorvedor. Termopares
radialmente e axialmente no tubo.
utilizada para fixação dos termopares encontra
Os termopares utilizados são do tipo K (níquel
270°C e 1.372°C, com saída analógica entre 6,458mV e 54,886mV.
Cinco termopares foram colocados na parte inferior do tubo que recebe a
radiação solar concentrada refletida pela superfície parabólica. Outros três
termopares foram colocados na parte superior do tubo que não recebem a radiação
solar concentrada. Os termo
pares foram calibrados para a temperatura de 100ºC. A
Figura 5.1 e a Figura 5.2 mostram, respectivamente, a forma como os termopares
foram dispostos axialmente e radialmente em uma seção transversal do adsorvedor.
Disposição dos termopares
a de rastreamento foi
distribuição de temperatura na superfície externa do tubo adsorvedor. Termopares
radialmente e axialmente no tubo.
utilizada para fixação dos termopares encontra
Os termopares utilizados são do tipo K (níquel
270°C e 1.372°C, com saída analógica entre 6,458mV e 54,886mV.
Cinco termopares foram colocados na parte inferior do tubo que recebe a
radiação solar concentrada refletida pela superfície parabólica. Outros três
termopares foram colocados na parte superior do tubo que não recebem a radiação
pares foram calibrados para a temperatura de 100ºC. A
Figura 5.1 e a Figura 5.2 mostram, respectivamente, a forma como os termopares
foram dispostos axialmente e radialmente em uma seção transversal do adsorvedor.
Disposição dos termopares
axialmente no tubo adsorvedor.
a de rastreamento foi
distribuição de temperatura na superfície externa do tubo adsorvedor. Termopares
radialmente e axialmente no tubo.
utilizada para fixação dos termopares encontra
Os termopares utilizados são do tipo K (níquel
-
cromo) com faixa de operação
270°C e 1.372°C, com saída analógica entre 6,458mV e 54,886mV.
Cinco termopares foram colocados na parte inferior do tubo que recebe a
radiação solar concentrada refletida pela superfície parabólica. Outros três
termopares foram colocados na parte superior do tubo que não recebem a radiação
pares foram calibrados para a temperatura de 100ºC. A
Figura 5.1 e a Figura 5.2 mostram, respectivamente, a forma como os termopares
foram dispostos axialmente e radialmente em uma seção transversal do adsorvedor.
axialmente no tubo adsorvedor.
a de rastreamento foi
verificada
distribuição de temperatura na superfície externa do tubo adsorvedor. Termopares
radialmente e axialmente no tubo.
As propriedades físicas da
utilizada para fixação dos termopares encontra
m-
se disponível na Tabela
cromo) com faixa de operação
270°C e 1.372°C, com saída analógica entre 6,458mV e 54,886mV.
Cinco termopares foram colocados na parte inferior do tubo que recebe a
radiação solar concentrada refletida pela superfície parabólica. Outros três
termopares foram colocados na parte superior do tubo que não recebem a radiação
pares foram calibrados para a temperatura de 100ºC. A
Figura 5.1 e a Figura 5.2 mostram, respectivamente, a forma como os termopares
foram dispostos axialmente e radialmente em uma seção transversal do adsorvedor.
axialmente no tubo adsorvedor.
verificada
analisando
distribuição de temperatura na superfície externa do tubo adsorvedor. Termopares
As propriedades físicas da
se disponível na Tabela
cromo) com faixa de operação
270°C e 1.372°C, com saída analógica entre 6,458mV e 54,886mV.
Cinco termopares foram colocados na parte inferior do tubo que recebe a
radiação solar concentrada refletida pela superfície parabólica. Outros três
termopares foram colocados na parte superior do tubo que não recebem a radiação
pares foram calibrados para a temperatura de 100ºC. A
Figura 5.1 e a Figura 5.2 mostram, respectivamente, a forma como os termopares
foram dispostos axialmente e radialmente em uma seção transversal do adsorvedor.
axialmente no tubo adsorvedor.
63
analisando
-
se a
distribuição de temperatura na superfície externa do tubo adsorvedor. Termopares
As propriedades físicas da
se disponível na Tabela
cromo) com faixa de operação
Cinco termopares foram colocados na parte inferior do tubo que recebe a
radiação solar concentrada refletida pela superfície parabólica. Outros três
termopares foram colocados na parte superior do tubo que não recebem a radiação
pares foram calibrados para a temperatura de 100ºC. A
Figura 5.1 e a Figura 5.2 mostram, respectivamente, a forma como os termopares
foram dispostos axialmente e radialmente em uma seção transversal do adsorvedor.
63
se a
distribuição de temperatura na superfície externa do tubo adsorvedor. Termopares
As propriedades físicas da
se disponível na Tabela
cromo) com faixa de operação
Cinco termopares foram colocados na parte inferior do tubo que recebe a
radiação solar concentrada refletida pela superfície parabólica. Outros três
termopares foram colocados na parte superior do tubo que não recebem a radiação
pares foram calibrados para a temperatura de 100ºC. A
Figura 5.1 e a Figura 5.2 mostram, respectivamente, a forma como os termopares
foram dispostos axialmente e radialmente em uma seção transversal do adsorvedor.
64
Figura 5.2 - Disposição dos termopares radialmente no duto adsorvedor.
A Figura 5.3 mostra os termopares do tipo K fixados na superfície externa
do tubo adsorvedor.
Figura 5.3 - Termopares fixados na superfície externa do tubo adsorvedor.
O comportamento do concentrador foi analisado em duas situações
diferentes: rastreamento ativo em dia de céu aberto e rastreamento ativo em dia com
muitas nuvens no céu.
Através de análise visual observou-se que a temperatura medida através
de um equipamento data logger Datatrap v1.0 no tubo adsorvedor caía bastante à
65
medida que a velocidade do vento aumentava. Em virtude disto, além dos níveis de
radiação, a análise de distribuição de temperatura no tubo adsorvedor foi feita
levando-se em consideração os dados relativos à velocidade do vento.
5.1 Medição de temperatura no tubo com rastreamento
A Figura 5.4 mostra um gráfico com a curva de velocidade do vento, de
distribuição de temperatura no tubo adsorvedor e de radiação com rastreamento
ativo em dia de céu com muitas nuvens. Os dados apresentados são médias de dois
minutos.
66
Figura 5.4 - Curva de velocidade do vento, de distribuição de temperatura no tubo adsorvedor e de radiação com rastreamento
ativo em dia de céu com muitas nuvens.
1
2
3
4
5
11:00
11:20
11:40
12:00
12:20
12:40
13:00
13:20
13:40
14:00
14:20
14:40
15:00
15:20
15:40
16:00
16:20
16:40
Velocidade do
vento[m/s]
0
200
400
600
800
1000
1200
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
11:00
11:20
11:40
12:00
12:20
12:40
13:00
13:20
13:40
14:00
14:20
14:40
15:00
15:20
15:40
16:00
16:20
16:40
Radiação solar [W/m
2
]
Temperatura [ºC]
T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 Radiação solar
67
No gráfico de distribuição de temperatura no tubo adsorvedor, dois grupos
de curvas de temperatura são observadas. O primeiro grupo, com valores mais
elevados, é formado por curvas de temperatura referente aos termopares colocados
em posições no tubo que estão sob influência direta da radiação solar concentrada.
Neste grupo foram medidas temperaturas de até 186ºC, obtendo-se temperatura
média até 182ºC. Este grupo é formado pelas curvas de temperatura T1, T2, T3, T4
e T8.
O segundo grupo, com valores mais baixos, é formado por curvas de
temperatura referente aos termopares colocados em posições no tubo que não são
alcançados pela radiação solar concentrada. Neste grupo foram medidas
temperaturas de até 137ºC, obtendo-se temperatura média até 135ºC. Este grupo é
formado pelas curvas de temperatura T5, T6 e T7.
A partir de 14h20min, aproximadamente, verifica-se a influência da
velocidade do vento na redução da temperatura em todos os pontos de medição. A
velocidade do vento não se reduz muito, porém, à medida que a superfície refletora
vai virando para o Oeste, o vento vai sendo impedido cada vez mais de atingir
diretamente o tubo adsorvedor, diminuindo a perda de calor por convecção.
Com a redução da radiação solar devido à passagem de nuvens observa-
se que todas as curvas de temperatura ficam muito próximas. Isto acontece porque
todos os pontos de medição de temperatura passam a estar sob influência apenas
da radiação solar difusa.
A Figura 5.5 mostra um gráfico com a curva de velocidade do vento e de
distribuição de temperatura no tubo adsorvedor em função do tempo. Os dados
apresentados são médias de dois minutos.
68
Figura 5.5 - Velocidade do vento, radiação solar e distribuição temperatura em função do tempo com parte do dia com céu claro.
1
2
2
3
3
4
10:16
10:36
10:56
11:16
11:36
11:56
12:16
12:36
12:56
13:16
13:36
13:56
14:16
14:36
14:56
15:16
15:36
15:56
16:16
16:36
16:56
Velocidade do vento
[m/s]
0
200
400
600
800
1.000
1.200
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
10:16
10:36
10:56
11:16
11:36
11:56
12:16
12:36
12:56
13:16
13:36
13:56
14:16
14:36
14:56
15:16
15:36
15:56
16:16
16:36
16:56
Radiação solar [W/m
2
]
Temperatura [ºC]
Tempo
T8 T4 T7 T6 T5 T1 T2 T3 Radiação solar
69
No gráfico da Figura 5.5, de 13h15min as 14h45min, aproximadamente, o
céu esteve nublado com níveis de radiação solar em torne de 400W/m
2
. Depois de
14h45min o céu permaneceu claro com níveis de radiação acima de 600W/m
2
.
Neste período observa-se claramente a redução da influência do vento devido à
barreira formada pela parábola.
Analisando-se a diferença entre as medições de temperaturas realizadas
por meio de termopares colocados ao longo da superfície externa do tubo
adsorvedor radialmente e axialmente. E, considerando-se que nos pontos que
estavam sob influência direta da radiação solar concentrada foram constatadas
diferenças de mais de 50ºC em alguns momentos durante o dia de céu claro em
relação aos pontos não atingidos diretamente pela concentração da radiação,
conclui-se que o sistema de rastreamento dos melhores níveis de radiação solar
mostra-se operante para captação da radiação solar direta.
70
6. CONCLUSÃO
O objetivo do projeto de fabricação da placa de controle e a montagem do
módulo de sensores de luminosidade foram alcançados satisfatoriamente, visto que
o custo deste sistema é apropriado para o concentrador parabólico de pequeno
porte e de baixo custo no qual ele foi instalado. Além disso, a temperatura máxima
obtida de 186 ºC supera a temperatura de dessorção do sistema de refrigeração
sílica-água.
Em relação aos sensores fotoresistores pode-se concluir que, através da
análise do tipo de curva de resistência elétrica em função da radiação solar, do
tempo de resposta às mudanças dos níveis de radiação solar devido à passagem de
nuvens e da compensação necessária para os sinais dos sensores, estes
dispositivos podem substituir outros de custo mais elevado como pequenas células
fotovoltaicas.
Quanto ao microcontrolador AVR ATmega8 utilizado, apesar de oferecer
mais recursos do que o necessário para este projeto pode-se dizer que o seu uso é
aceitável dado o seu baixo custo, tamanho reduzido, implicando na simplificação da
placa de controle, e velocidade de processamento.
Quanto ao sistema de transmissão de movimento, deve-se ressaltar que
este sistema de controle foi desenvolvido por EBERT (2004) para ser utilizado com
um dispositivo auto-travante. Neste caso, a caixa de engrenagem acoplada ao motor
de passo bipolar é capaz, devido à elevada relação de redução, de evitar que a
parábola deslize enquanto o motor permanece desabilitado.
Através das medições de velocidade do vento de Leste para o Oeste
juntamente com as medições de radiação solar pode-se concluir que, embora haja
altos níveis de radiação solar presentes, o vento é um fator determinante para
limitação de temperatura na superfície externa do tubo. Por outro lado, quando a
superfície refletora começa a girar para o Oeste, ela vai funcionando como uma
barreira que não permite que boa parte do vento atinja a superfície externa do tubo
adsorvedor fazendo com que a temperatura permaneça elevada mesmo ao
entardecer como é mostrado nos gráficos dos resultados.
71
Portanto, pode-se concluir que é possível utilizar os dispositivos e
equipamentos utilizados para se desenvolver um sistema de controle para
concentradores parabólicos de baixo custo aplicados à refrigeração cujo adsorvedor
é o próprio tubo de foco da parábola.
72
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ACKERMAN, A. S. E. - Journal of the Royal Society of Arts, abril, 538p, 1915.
apud FRAIDENRAICH, N.; LYRA, F. Energia Solar – Fundamentos e Tecnologias
de Conversão Heliotermelétrica e Fotovoltaica. Recife: Editora Universitária –
UFPE, 1995
ACKERMAN, A. S. E. - The Society of Engineering, Transactions, 81p, 1914.
apud FRAIDENRAICH, N.; LYRA, F. Energia Solar – Fundamentos e Tecnologias
de Conversão Heliotermelétrica e Fotovoltaica. Recife: editora Universitária –
UFPE, 1995
ANDERSON, Edward E., Fundamentals of Solar Energy Conversion. Lincoln,
Nebraska. 1983
ATMEL, ATmega8 and ATmega8L 8-bit with 8K Bytes In-System Programmable
Flash, Datasheet, 2004.
ATMEL, AVR446: Linear speed control of stepper motor, Application Note, 2006.
COOPER, P. L. The Absorption of Solar Radiation in Solar Stills. Solar Energy,
12, 3, 1969. Apud DUFFIE, J. A.; BECKMAN, W. A. Solar Engineering of Thermal
Processes. 2. Madison: John Wiley e Sons, Inc. 1980.
DALLY, J. W., RILLEY, W. F., McCONNEL, K. G., Instrumentation for Engineering
Measurements, 2ª. ed. John Wiley & Sons, Inc., 1993.
Drehtalente mit Wertschöpfung. Schrittmotores – Elektronil. Catálogo, 2006.
DUFFIE, J. A.; BECKMAN, W. A. Solar Engineering of Thermal Processes. 2.
Madison: John Wiley e Sons, Inc. 1980
EBERT, M., Entwicklung eines modularen Parabolrinnenkollektors,
Diplomarbeit, Fachhochschule Aachen. Abteilung Jülich, Solar-Institut Jülich. 2004.
FRAIDENRAICH, N.; LYRA, F. Energia Solar – Fundamentos e Tecnologias de
Conversão Heliotermelétrica e Fotovoltaica. Editora Universitária – UFPE, 1995.
73
GADRE, D. V. Programming And Customizing The Avr Microcontroller. McGraw-
Hill, Pune, Índia 2001.
IBRAHIM, D. Avanced PIC Microcontroller Projects in C: from USB to RTOS
with the PIC18F series. Londres: editora Newnes. 2007.
IQBAL, M. An Introduction to Solar Radiation, Academic Press, Toronto, 1983.
Apud DUFFIE, J. A.; BECKMAN, W. A. Solar Engineering of Thermal Processes.
2. Madison: John Wiley e Sons, Inc. 1980
KLEIN, S. A. Calculation of Monthly Average Isolation on Tilted Surfaces. Solar
Energy 19, 325, 1977.
MEINEL, A. B.; MEINEL, M. P. Applied Solar Energy. Reading, Mass-USA,
AdisonWesley Pub. Co. 1976. Apud FRAIDENRAICH, N.; LYRA, F. Energia Solar –
Fundamentos e Tecnologias de Conversão Heliotermelétrica e Fotovoltaica.
Editora Universitária – UFPE, 1995.
NICOLOSI, D. E. C.; BRONZERI, R. B., Microcontrolador 8051 com Linguagem C
- Prático e Didático. São Paulo: editora Érical. 2005.
PARAB J. S.; SHELAKE, V. G.; RAJANISH, K. K.; NAIK, G. M. Exploring C for
Microcontrollers: A Hands on Approach. Dordrecht. Editora Springer, 2007.
RABL, A. Active Solar Collectors and Their Applications. New York. Oxford
University Press. 1985.
STMicroelectronics. Stepper Motor Controller L297. Datasheet. 2001
STMicroelectronics. Dual Full-Bridge Driver L298. Datasheet. 2000
THEKAEKARA, M. P. Solar Irradiance, Total and Spectral. Solar Energy
Engineering. Editado por Sayigh, A. A. M. New York: Academic Press. 1977.
74
APÊNDICES
75
APÊNDICE A - Primeira Placa de Controle com o Microcontrolador AT89S52
Figura A.1 - Primeira Placa de Controle com o Microcontrolador AT89S52.
76
APÊNDICE B - Código do Microcontrolador para Leitura dos LDR e Exibição dos
Dados no Display LCD.
$regfile = "m8def.dat"
$crystal = 16000000
Config Adc = Single , Prescaler = Auto , Reference = Avcc
Dim X As Integer , Y As Integer, I As Byte
Config Lcdmode = Port
Config Lcd = 16 * 2
Config Lcdbus = 4
Config Lcdpin = Pin , Db4 = Portd.0 , Db5 = Portd.1 , Db6 = Portd.5 , Db7 = Portd.6 ,
E = Portb.0 , Rs = Portb.1
Enable Adc
Do
Start Adc
X = Getadc(0)
Y = Getadc(1)
Stop Adc
Lcd "LDR 1=" ; X
Lowerline
Lcd "LDR 2=" ; Y
Wait 2
Cls
Loop
77
APÊNDICE C - Código de Programação em Linguagem Basic completo do
microcontrolador ATmega8
$regfile = "m8def.dat"
$crystal = 16000000
Config Adc = Single , Prescaler = Auto , Reference = Avcc
Dim X As Integer , Y As Integer , D1 As Integer , D2 As Integer
Dim A As Byte , Cont As Byte , T As Integer
Declare Sub Posicao_noite
Config Portb = Output
Habilita_motor Alias Portb.2
Reset_motor Alias Portb.3
Passo Alias Portb.4
Sentido Alias Portb.5
Clock Alias Ddrd.7
Config Portd.2 = Input
Config Portd.3 = Input
Enable Interrupts
Config Int0 = Low Level
Config Int1 = Low Level
On Int0 Fdc1
On Int1 Fdc2
Enable Adc
Do
Enable Int0
78
APÊNDICE C (Cont.)
Enable Int1
Mcucr = 10010000
Start Adc
X = Getadc(0)
Y = Getadc(1) + 12
Stop Adc
Mcucr = 00010000
If X < 1023 And Y< 1023 Then
Cont = 0
If X > Y Then
D1 = X - Y
If D1 < 2 Then
Habilita_motor = 0
Reset_motor = 1
Else
Habilita_motor = 1
Reset_motor = 1
Passo = 0
Sentido = 0
For I = 0 To 20
Clock = 1
Waitus 100
Clock = 0
Waitus 100
Next A
End If
Elseif X < Y Then
D2 = Y - X
If D2 < 2 Then
Habilita_motor = 0
Reset_motor = 1
79
APÊNDICE C (Cont.)
Else
Habilita_motor = 1
Reset_motor = 1
Passo = 0
Sentido = 1
For I = 0 To 20
Clock = 1
Waitus 100
Clock = 0
Waitus 100
Next A
End If
Loop
End
Fdc2:
Cont = 1
Habilita_motor = 0
Reset_motor = 1
While X < Y
Mcucr = 10010000
Start Adc
X = Getadc(0)
Y = Getadc(1) + 12
Stop Adc
Mcucr = 00010000
Wend
Return
Fdc1:
Habilita_motor = 0
80
APÊNDICE C (Cont.)
Reset_motor = 1
While X > Y
Start Adc
X = Getadc(0)
Y = Getadc(1) + 12
Stop Adc
Wend
Return
Sub Posicao_noite
T = 10
Habilita_motor = 1
Sentido = 0
If Cont = 1 Then
For I = 0 To 50
Clock = 1
Waitus 100
Clock = 0
Waitus 100
Next I
Habilita_motor = 0
Mcucr = 11100000
Wait T
Mcucr = 01100000
Cont = 0
Else
End If
End Sub
81
ANEXOS
82
ANEXO A - Variação da constante em função da variação da declinação solar e da
passagem do Sol pelo Plano Meridional.
Tabela A.1 - Variação da constante em função da variação da declinação solar e da
passagem do Sol pelo Plano Meridional
DATA
Distância Terra
-
Sol
em unidades
astronômicas
Constante
solar
Declinação solar
Passagem pelo
Plano Meridiano
W/m
2
grau
min. seg. h. min. seg.
JAN. 1 0,983 34 1339 -23 05 11 12 03 16
4 0,983 32 1399 -22 49 45 12 04 41
FEV. 1 0,985 31 1393 -17 24 08 12 13 32
12 0,987 03 1389 -14 02 51 12 14 17
MAR 1 0,990 97 378 -7 37 00 12 12 21
20 0,995 94 1364 0 11 42 12 07 27
ABR. 1 0,999 41 1355 +4 30 26 12 03 50
4 0,999 98 1353 +5 39 32 12 02 57
MAI. 1 1,007 70 1332 +15 02 57 11 57 03
14 1,010 72 1324 +18 36 18 11 56 17
JUN 1 1,014 13 1316 +22 02 27 11 57 47
21 1,016 30 1310 +23 26 24 12 01 77
JUL. 1 1,016 72 1309 +23 06 54 12 03 49
3 1,016 73 1309 +22 58 07 12 04 12
26 1,015 66 1312 +19 27 28 12 06 27
AGO. 1 1,014 95 1313 +18 02 30 12 06 15
SET. 1 1,009 14 1329 +8 18 55 11 59 54
23 1,003 37 1344 0 02 08 11 52 17
OUT. 1 1,001 07 1350 -3 09 00 11 49 36
5 0,999 89 1353 -4 41 46 11 48 22
NOV. 1 0,992 39 1347 -14 24 01 11 43 37
3 0,991 87 1375 -15 02 01 11 43 36
DEZ. 1 0,98598 1392 -21 47 19 11 49 09
22 0,983 68 1398 -23 26 22 11 58 44
Fonte: THEKAEKARA (1977).
83
ANEXO B – Propriedades Físicas da Substância Utilizada para Fixação dos
Termopares ao Tubo Coletor.
Tabela B.1 - Propriedades da substância responsável pela fixação dos termopares
ao tubo coletor.
Cor incolor
Viscosidade após a mistura 12.000 cps
Tempo de trabalho após a mistura 6-12 mins.
Isolamento elétrico
#
ohms
Coeficiente de expansão térmica (in/in/ºF)
4#
5
#
1
6
Fonte: OMEGABOND
®
Epox Adhesive User’s Guide.
84
ANEXO C – Informações Gerais sobre a Tinta Semi-seletiva Utilizada sobre o Tubo
Coletor.
Tabela C.1 - Propriedades físicas da tinta semi-seletiva utilizada sobre o tubo
coletor.
Volume específico 1,04 g/cm
3
Massa específica 6 m
2
/kg
Absortividade 95%
Emissividade 86%
Temperatura de trabalho -60ºC a +250ºC
Fonte: <http://www.transfer-electric.de/solarlack/index.html>
Figura C.2 – Gráfico da Absortividade versus comprimento de onda da tinta semi-
seletiva utilizada sobre o tubo coletor.
Fonte: <http://www.transfer-electric.de/solarlack/index.html>
85
ANEXO D – Informações Gerais sobre o CI L297
Figura D.1 – Pinagem do circuito integrado L297.
Figura D.2 – Diagrama de blocos do CI L297.
86
ANEXO E – Informações Gerais sobre o CI L298
Figura E.1 – Pinagem do CI L298
Figura E.2 – Diagrama de blocos do CI L298.
87
ANEXO F – Informações Gerais sobre o Motor de Passo Bipolar
Tabela F.1 – Especificações técnicas do Motor de Passo Bipolar
Motor de Passo Bipolar SAM 39/200
Modelo
Modo de
Operação
Holding
Torque
(mNm)
Corrente
por fase
(A)
Resistência
por fase
(Ohm)
Indução
por fase
(mH)
Torque
inercial
(gcm
2
)
2200 Bipolar 120 0,50 6 8 30
Livros Grátis
( http://www.livrosgratis.com.br )
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