PT116073B

PT116073B - Sensor resistivo para a deteção de gelo

Info

Publication number: PT116073B
Application number: PT116073A
Authority: PT
Inventors: Miguel De Figueiredo Dinis Oliveira Gaspar Pedro; Lima De Aguiar Martim; Nuno Dinho Pinto Da Silva Pedro
Original assignee: Univ Da Beira Interior
Priority date: 2020-01-23
Filing date: 2020-01-23
Publication date: 2024-01-17
Also published as: PT116073A

Abstract

A PRESENTE INVENÇÃO ESTÁ RELACIONADA COM UM SENSOR RESISTIVO, CAPAZ DE DISTINGUIR ENTRE AR, ÁGUA E GELO. DESTA FORMA, A PRESENTE INVENÇÃO É ÚTIL PARA DETETAR A DEPOSIÇÃO DE ÁGUA E FORMAÇÃO DE GELO, EM PERMUTADORES DE CALOR. O CORPO DO SENSOR (1) SEPARA DOIS OU MAIS ELÉTRODOS (2), ENTRE OS QUAIS É MEDIDA A QUEDA DE TENSÃO, QUE VARIA DE ACORDO COM A RESISTÊNCIA ELÉTRICA DO MATERIAL QUE SE ENCONTRE DEPOSITADO ENTRE OS ELÉTRODOS (2), SEJA AR, ÁGUA OU GELO. UM MATERIAL NÃO CONDUTOR POROSO (3), PODE SER UTILIZADO ENTRE OS DOIS ELÉTRODOS (2) PARA FACILITAR A CRIAÇÃO DE UMA PONTE DE ÁGUA OU GELO ENTRE OS ELÉTRODOS (2). ESTE SENSOR É CONECTADO A UM CONTROLADOR, ATRAVÉS DE UM CABO OU TERMINAIS (4).

Description

DESCRIÇÃO

Sensor resistivo para a deteção de gelo

Domínio técnico da invenção

A presente invenção diz respeito a um sensor resistivo para a deteção de gelo, capaz de distinguir entre ar, água e gelo.

sensor resistivo para a deteção de gelo é constituído por no mínimo dois elétrodos entre os quais é medida a queda de tensão, para calcular a resistência elétrica do material depositado entre estes elétrodos.

A deposição de água cria uma ponte de água entre os elétrodos do sensor, que irá resultar num valor baixo de resistência elétrica entre os elétrodos do sensor. Caso esta água congele, o valor da resistência elétrica irá aumentar para valores intermédios, e se esta água evaporar, o valor da resistência elétrica terá os valores mais altos.

Para evitar o contacto acidental entre os elétrodos do sensor, e para facilitar a criação de uma ponte de água entre os elétrodos do sensor, pode ser acrescentado um material não condutor poroso entre os dois elétrodos.

Sumário da invenção

É objetivo da presente invenção detetar no local onde se colocar o sensor resistivo para a deteção de gelo, a presença de ar, água ou gelo. Esta deteção é feita medindo a variação da resistência do material depositado entre os elétrodos do sensor, que tem valores diferentes para o ar, água ou gelo. Para melhorar a deteção e evitar o contacto acidental entre os elétrodos, pode ser acrescentado um material não condutor poroso, que facilita a conexão dos dois elétrodos através de uma ponte de água.

A presente invenção é útil para detetar a presença de gelo em locais onde se pretende a sua deteção, como permutadores de calor.

A presente invenção permite detetar a presença de gelo com um sensor fiável, resistente, simples, compacto e económico.

Estado da técnica documento Monitoring device of ice formation in evaporator surface of refrigeration systems,, dos autores P. D. Gaspar, P. D. Silva, J. Nunes e L. P. Andrade, apresentado no VI Ibero-American Refrigeration Sciences and Technologies, em Coimbra, em 2016 apresenta um sensor, também resistivo, para a deteção da formação de gelo, no entanto, distingue-se da presente invenção, por não possuir um material não condutor poroso, entre os elétrodos do sensor. Este material permite melhorar a formação de uma ponte de água entre os dois elétrodos, e evita o contacto acidental entre os dois elétrodos, aumentando a fiabilidade do sensor.

O documento Experimental testing of a resistive sensor for monitoring frost formation in refrigeration systems, dos autores D. Caetano, P. D. Gaspar e P. D. da Silva, apresentado no X Iberian Congress & VII congress on Ibero-American Refrigeration Sciences and Technologies, em Valência, em 2018 apresenta um sensor, também resistivo, para a deteção da formação de gelo, no entanto, distingue-se da presente invenção, por não possuir um material não condutor poroso, entre os elétrodos do sensor. Este material permite melhorar a formação de uma ponte de água entre os dois elétrodos, e evita o contacto acidental entre os dois elétrodos, aumentando a fiabilidade do sensor.

documento Further development and experimental testing of a resistive sensor for monitoring frost formation in refrigeration systems, dos autores Aguiar, M. L., Gaspar, P. D. & Silva, P. D., apresentado no International Congress of Refrigeration (ICR 2019), em Montreal, em 2019 apresenta um sensor, também resistivo, para a deteção da formação de gelo, no entanto, distingue-se da presente invenção, por não possuir um material não condutor poroso, entre os elétrodos do sensor. Este material permite melhorar a formação de uma ponte de água entre os dois elétrodos, e evita o contacto acidental entre os dois elétrodos, aumentando a fiabilidade do sensor.

O documento KR20120106195 A refere um sensor que usa a variação da frequência para detetar o material depositado no sensor, no entanto, distingue-se da presente invenção, por o sensor da presente invenção funcionar sem esta variação de frequência, podendo ser utilizado apenas um divisor de tensão para ler o sensor.

O documento WO9830922 AI refere um sensor capacitivo para deteção da humidade em para-brisas, a presente invenção distingue-se da deste documento por a presente invenção ser um sensor resistivo que mede a variação da resistência elétrica do material depositado, e não a variação da capacitância do material depositado como o sensor do documento WO9830922 AI.

O documento WO2016012685 AI apresenta um sistema para deteção da formação de gelo, mas distingue-se da presente invenção, porque utiliza uma resistência para fundir o gelo acumulado, e a presente invenção apenas mede a resistência elétrica do material acumulado entre os elétrodos do sensor.

Descrição geral da invenção

A presente invenção diz respeito a um sensor resistivo para a deteção de gelo, capaz de distinguir entre ar, água e gelo. Este sensor é composto por pelo menos dois elétrodos entre os quais se mede a resistência elétrica a partir da medição da queda de tensão. Esta resistência elétrica varia com o material depositado entre os dois elétrodos, e por isso, é possível distinguir entre ar (maior resistência elétrica) gelo (resistência elétrica intermédia) e água (baixa resistência elétrica).

Entre estes dois elétrodos pode ser acrescentado um material não condutor poroso, que evita o contacto acidental entre os elétrodos do sensor, e ao mesmo tempo facilita a formação de uma ponte de água entre os dois elétrodos do sensor.

Caso a superfície onde o sensor é colocado seja feita de um material condutor elétrico, e esta superfície não tenha nenhum tipo de isolamento elétrico, o corpo do sensor pode apenas possuir um elétrodo embutido, e usando a superfície onde o sensor é colocado como segundo elétrodo.

Também pode acontecer o oposto, e o corpo do sensor ter mais elétrodos embutidos, alternados, para aumentar a sua sensibilidade e área de deteção.

Dadas as suas características, este sensor pode ter dimensões muito reduzidas sem comprometer muito a sua sensibilidade, podendo assim ser aplicado em quantidade sem perturbar significativamente escoamentos, e em pequenos espaços. Dada a sua simplicidade, também se torna num sensor robusto e económico de produzir, dada a sua simplicidade.

Descrição das Figuras

Figura 1: Representação esquemática do sensor resistivo para a deteção de gelo, na qual (1) representa o corpo do sensor, (2) representa os elétrodos do sensor, (3) representa um material não condutor poroso aplicado entre os elétrodos do sensor e (4) representa os terminais através dos quais se liga o sensor ao controlador.

Descrição detalhada da invenção corpo do sensor (1) separa dois ou mais elétrodos (2), entre os quais é medida a queda de tensão, que varia de acordo com a resistência elétrica do material que se encontre entre os elétrodos (2).

Este sensor é conectado a um controlador, através de um cabo ou terminais (4) por intermédio de um divisor de tensão, que mede a variação dos valores da resistência elétrica do material que se encontra depositado entre os elétrodos do sensor.

Os elétrodos (2) deverão ser bons condutores elétricos para não afetar a leitura da queda de tensão, e bons condutores térmicos, para permitir a condução de calor e formação de gelo na sua superfície.

Um material não condutor poroso (3), pode ser utilizado entre os elétrodos (2) e deverá ser permeável à água, para que a deposição de água crie uma conexão entre os elétrodos (2) . 0 depositar da água, congelar da água ou a evaporação da água resulta numa variação da resistência elétrica entre os elétrodos (2), que quando medida indica a presença de água, gelo e ar.

material não condutor poroso (3), colocado entre os elétrodos (2) deverá ser menos condutor elétrico que o gelo, mas não deve impedir significativamente a condução térmica, quer pela sua espessura, densidade ou propriedades do material.

Este material também não pode ser muito rígido, como algumas cerâmicas, já que a água dilata quando muda de fase para o estado sólido (gelo) e por isso tem a tendência para quebrar materiais porosos de elevada rigidez.

Exemplos de aplicação sensor a que diz respeito a presente invenção, foi desenvolvido para aplicação em permutadores de calor, nomeadamente evaporadores de sistemas de refrigeração, onde a temperatura da superfície do permutador de calor é inferior à temperatura do ponto de orvalho, e de congelação da água. Isto causa a formação e acumulação de gelo na superfície do permutador de calor e resulta da perda de eficiência do sistema. Para colmatar este problema, muitos sistemas utilizam um método de degelo temporizado, que em intervalos de tempo programados utiliza um método como aquecimento por resistências elétricas para remover o gelo acumulado. Diferentes condições atmosféricas ao longo dos dias, e ao longo do ano resultam em quantidades diferentes de gelo acumulado, e por isso um sistema de degelo temporizado não é eficiente. 0 sensor da presente invenção, por ser um sensor simples, económico, fiável e resistente, que é compacto o suficiente para não perturbar o escoamento significativamente, e capaz de detetar a formação de gelo, pode ser colocado no permutador de calor e utilizado para controlar as operações de degelo, amentando a eficiência destes sistemas de refrigeração.

Também podem ser colocados vários sensores, distribuídos pelo permutador de calor, para estudar o padrão de formação de gelo nesse permutador de calor.

Covilhã, 26 de fevereiro de 2021.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Um sensor para deteção de ar/água/gelo, caracterizado por compreender dois elétrodos, unidos por um material poroso sendo que o ar, água ou gelo que se acumulem entre esses elétrodos faz variar a resistência elétrica entre eles, e a medição da resistência elétrica nesses elétrodos indica o que se encontra depositado entre os elétrodos.
2. Um sensor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender dois elétrodos, entre os quais existe um material com porosidade que facilita a condução elétrica entre os dois elétrodos quando se deposita água entre os dois elétrodos.
3. Um sensor, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por compreender dois elétrodos, entre os quais o material deve ser mais isolante elétrico que o gelo.
4. Um sensor, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por compreender dois elétrodos, entre os quais o material deve ser condutor térmico.
5. Um sensor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender dois elétrodos, que se encontram próximos o suficiente para que a água condensada absorvida pelo material poroso os conecte e que permita que a água acumulada evapore se as condições forem favoráveis à evaporação da água.

Covilhã, 13 de novembro de 2023.