Samogradnja: Regulator za hlajenje z ventilatorjem

Samogradnja: Regulator temperature za akvarij Avtor: Bojan Jerina

Izhlapevanje vode je zelo učinkovit način hlajenja akvarija. Verjetno je vsem poznano, da lahko izhlapevanje vode iz akvarija zelo pospešimo z uporabo ventilatorjev. Potrebno je poudariti, da imajo ventilatorji pravzaprav dva učinka na temperaturo vode. 1.) Temperatura zraka nad akvarijem je zaradi luči skoraj vedno višja kot temperatura akvarijske vode. Ventilacija torej odvaja topel zrak in s tem zmanjšuje gretje akvarija. 2.) Ventilacija pa odvaja tudi vlago in s tem pospešuje izhlapevanje , kar učinkuje kot hlajenje vode. Nekaj teorije o izhlapevanju Ko voda izpari oziroma izhlapi, preide iz tekočega v plinasto agregatno stanje in pri tem porabi zelo veliko toplote. Pri običajnih temperaturah se porabi 2.350.000 J toplote pri izhlapevanju 1 litra vode. Izračunamo lahko , da za izhlapevanje enega litra vode porabimo približno 2.350.000 J = 2.350.000 Ws = 2.350 kWs = 650 Wh = 2210 BTU. Podatek je zelo zanimiv, če želimo narediti primerjavo s hladilnimi napravami za hlajenje akvarijske vode. Izhlapevanje 1 litra vode na dan hladi akvarij toliko kot naprava z 27 W hladilne moči, ki deluje s 100 % moči preko celega dneva. Sistem hlajenja z regulacijo vrtljajev ventilatorja ali ventilatorjev Regulator opisan v tem članku se lahko dodatno uporabi tudi za krmiljenje klimatskih naprav ali grelcev , ampak v pričujočem članku je podrobneje opisan le sistem za hlajenje z uporabo ventilatorjev na enosmerni tok. Število vrtljajev se lahko regulira z napetostjo, s katero napajamo ventilator. Takšni ventilatorji so običajno narejeni za nominalno napetost 12 V DC, je pa potrebno opozoriti, da obstajajo tudi modeli za drugačne nominalne napetosti. Pri nominalni napetosti se ventilator kar hitro vrti in je tudi precej glasen. Prav zaradi tega akvaristi ventilator običajno priklopijo na nižjo napetost, s čimer sicer zmanjšajo število vrtljajev , ampak tudi šumenje se na ta način zmanjša. S krmiljenjem napetosti, ki jo priklopimo na takšne ventilatorje, se torej lahko vpliva na hitrost vrtenja in s tem tudi na glasnost. Seveda pa število vrtljajev vpliva tudi na intenzivnost zračenja in posredno na temperaturo vode v akvariju ali na temperaturo v prostoru , kjer so žarnice. Na tej ideji temelji celoten sistem regulacije temperature opisan v tem članku. Celoten sistem se sestoji le iz: - napajalnika za ventilatorje (običajno 12 V DC) - regulatorja in - ventilatorjev. Blokovna priključna shema je prikazana na sledeči sliki. Ustrezen napajalnik in ventilatorje seveda lahko kupimo v trgovini. Potrebno je le paziti, da napajalnik zmore dovolj moči (toka) za vse priključene ventilatorje. Priporočam navaden napajalnik, ki omogoča s stikalom nastavljanje napetosti 3V, 4,5V,6V,7,5V,9V in 12V. Ventilatorje lahko tudi direktno priklopimo na tak napajalnik in ročno s stikalom nastavimo obrate. V tem članku je podrobno opisan le regulator, ki pa omogoča avtomatično nastavljanje obratov in s tem avtomatično regulacijo temperature. Regulator Regulator je torej naprava, na katero priključimo napajalnik z neko fiskno enosmerno napetostjo (primer 12 V), na izhodu pa dobimo napetost, ki je manjša od vhodne napetosti in odvisna od temperature (v akvariju). Regulator se lahko naredi na razne načine in z različnimi karakteristikami temperatura/napetost. V trgovini Conrad sem našel TEMPERATUR-SCHALTMODULE 220 TSM220 , ki je zelo primeren kot osnova za realizacijo regulatorja. Ta modul nima lastnih tipk in napajanja. Dodatno je torej potrebno kupiti in izdelati. - tri tipke za upravljanje z modulom - napajanje 3 V DC in - prilagoditev krmilnih izhodov modula na krmiljenje napetosti. TSM 220 in je temperaturno preklopni modul. Namenjen je za nadzorovanje dveh neodvisnih temperatur, ker ima dva senzorja. Senzorja sta na 3m dolgih kablih in naravnost idealna za merjenje temperature. Naj vam zaupam zelo zanimiv podatek. Te senzorje, za potrebe merjenja temperature akvariske vode, ni potrebno namakati v vodi, ampak jih enostavno nalepimo na zunanjo steno steklenih šip. Zadeva deluje naravnost odlično.Prav nobene razlike ni v meritvi temperature, če je senzor nalepljen na neko skrito mesto na zunanji strani šipe , namesto da je namočen v vodi. Lahko ga zalepimo kar na zadnjo steklo na dnu, kjer že pesek zastira pogled. Ker sta senzorja dva, lahko enega uporabimo za merjenje temperature vode, drugega pa recimo za merjenje temperature nad akvarijem , kjer so žarnice. Ker sta dva senzorja, ima tudi celoten modul TSM220 dva kanala CH1 in CH2, kar nam pravzaprav omogoča realizacijo dveh takšnih sistemov, kot je opisan v nadaljevanju članka. TSM 220 lahko prikaže tako aktualno temperaturo, kot tudi minimalno in maksimalno vrednost in sicer za oba kanala CH1 in CH2. Regulator izkorišča funkcijo modula, da ima programsko nastavljiv alarm pri visoki ali nizki temperaturi. Modul ima dva taka sistema alarmov za CH1 in CH2 in za vsak kanal dva alarma (preniska/previsoka) temperatura. Skupaj imamo 4 izhode, s katerimi lahko krmilimo releje ali pa recimo napetostni regulator, kot je opisano v nadaljevanju. Izhodi se imenujejo: OutHigh CH1, AL_HI_CH1= signalni izhod visoke temperature – alarm kanal 1 OutHigh CH2,AL_HI_CH2= signalni izhod visoke temperature – alarm kanal 2 OutLow CH1,AL_LO_CH1= signalni izhod nizke temperature – alarm kanal 1 OutLow CH1,AL_LO_CH2= signalni izhod nizke temperature – alarm kanal 2 V dokumentaciji modula so izhodi bolj slabo opisani, tako da naj kar tu pojasnim , da aktiviran alarm pomeni, da na izhodu dobimo 3V, drugače pa 0V. Za delovanje modul potrebuje 3V DC napajanje. Poraba modula je majhna 20µA, pa je najenostavneje uporabiti kar dve 1,5V bateriji tipa AA. V dokumentaciji modula je lepo označeno kam se prilota napajanje in tudi vse tri tipke. Modul torej najprej priklopimo na baterijo, priklopimo tipke in že je možno preverjati vse funkcije, razen krmilne. Za krmilno funkcijo pa je potrebno izdelati še adapter. Izdelava adapterja za dve hitrosti (napetosti) na kanalu CH1 Za krmiljenje napetosti ventilatorja z izhodi OutHigh CH1, OutHigh CH2, OutLow CH1 in OutLow CH1 priporočam sledeče vezje.Osebno sem za svoj nano akvarij uporabil prav to vezje, ki sicer uporablja le en krmilni izhod OutLow CH1 in omogoča dve hitrosti vrtenja regulatorja. N+ napajanje DC N- napajanje DC V+ priklop na ventilator V- priklop na ventilator Elementi C1=0,1microF, C2=1microF T3 BC338 Napetostni regulator LM317 upori R1 = 1K, R6= 47k trimer potenciometra R3 = 10k, R4 = 10k, Karakteristika regulatorja T => Tlow višji vrtljaji T < Tlow nižji vrtljaji Adapter je relativno enostavno vezje , tako da ga lahko sestavmo tudi na univerzalni ploščici.Vsi potrebni elementi za izdelavo regulatorja so vidni na sledeči sliki. Uporaba (nastavljanje) regulatorja S trimer potenciometroma R3 in R4 se nastavi vrtljaje pri normalni Tlow in T < Tlow temperaturi. Najprej nastavimo vrtljaje pri željeni temperaturi Tlow s trimer potenciometrom R3, nato pa še vrtljaje pri nizki temperaturi T < Tlow s trimer potenciometrom R4. S tipkami na modulu TSM220 pa nastavimo željeno temperaturo Tlow. Nastavimo jo kot LO alarm na kanalu CH1. Za nastavitev minimalne in maksimalne temperature morate najprej vstopiti v funkcijo alarma in sicer s pritiskom na tipko ALARM (tiščite jo ca 2 sekundi dolgo), dokler ne utripa prikaz minimalne temperature. S pritiskom na PLUS tipko lahko nastavite temperaturo v območju od –30°C do +69°C v korakih po 1 stopinjo. Ko ste nastavili željeno minimalno temperaturo pritisnite tipko ALARM in nastavite še zgornjo temperaturo. S ponovnim pritiskom na tipko ALARM se postavite nazaj v osnovni položaj. Primer uporabe Jaz sem željeno temperaturo Tlow (LO alarm na kanalu CH1) v nano akvariju nastavil na 27°C in temperatura je stalno 27°C. Vezje res odlično deluje. R4=0, tako da se ventilator pri 26,9°C ustavi, pri 27°C pa sem z R3 nastavil napetost 6 V. Pri tej napetosti je ventilator se povsem tih, obenem pa shladi vodo v akvariju na željenih 27°C, tudi če je temperatura v prostoru 29C in so prižgane vse luči nad akvarijem Izdelava adapterja za eno hitrost (napetost) na kanalu CH1 Slika desno ponazarja poenostavitev vezja brez R4 (R4=0), če želimo, da se ventilator ustavi pri nizki temperaturi. Kljub temu , da je to vezje malo enostvnejše priporočam izdelavo vezja za dve hitrosti (napetosti) na kanalu CH1. Res je en element več, imamo pa več možnosti. V vezju za dve hitrosti (napetosti) na kanalu CH1 lahko dobimo isto funkionalnost, če trimer R4 zavrtimo v tak položaj, da je R4=0. Izdelava adapterja za tri hitrosti (napetost)i na kanalu CH1 Z omenjenim vezjem lahko nastavimo tri hitrosti ventilatorja: T > Thigh največja hitrost Tlow <= T <= THigh srednja hitrost T < Tlow najnižja hitrost Obstaja pa še veliko možnosti. Tudi s tem vezjem za 3 hitrosti smo porabili šele dva krmilna izhoda od štirih , ki so na voljo. Komentarji na članek so možni na forumu

- ventilatorjev.

Blokovna priključna shema je prikazana na sledeči sliki.

Ustrezen napajalnik in ventilatorje seveda lahko kupimo v trgovini. Potrebno je le paziti, da napajalnik zmore dovolj moči (toka) za vse priključene ventilatorje. Priporočam navaden napajalnik, ki omogoča s stikalom nastavljanje napetosti 3V, 4,5V,6V,7,5V,9V in 12V. Ventilatorje lahko tudi direktno priklopimo na tak napajalnik in ročno s stikalom nastavimo obrate. V tem članku je podrobno opisan le regulator, ki pa omogoča avtomatično nastavljanje obratov in s tem avtomatično regulacijo temperature.

Regulator

Regulator je torej naprava, na katero priključimo napajalnik z neko fiskno enosmerno napetostjo (primer 12 V), na izhodu pa dobimo napetost, ki je manjša od vhodne napetosti in odvisna od temperature (v akvariju).

Regulator se lahko naredi na razne načine in z različnimi karakteristikami temperatura/napetost. V trgovini Conrad sem našel TEMPERATUR-SCHALTMODULE 220 TSM220 , ki je zelo primeren kot osnova za realizacijo regulatorja. Ta modul nima lastnih tipk in napajanja.

Dodatno je torej potrebno kupiti in izdelati.
- tri tipke za upravljanje z modulom
- napajanje 3 V DC in
- prilagoditev krmilnih izhodov modula na krmiljenje napetosti.

TSM 220 in je temperaturno preklopni modul. Namenjen je za nadzorovanje dveh neodvisnih temperatur, ker ima dva senzorja. Senzorja sta na 3m dolgih kablih in naravnost idealna za merjenje temperature. Naj vam zaupam zelo zanimiv podatek. Te senzorje, za potrebe merjenja temperature akvariske vode, ni potrebno namakati v vodi, ampak jih enostavno nalepimo na zunanjo steno steklenih šip. Zadeva deluje naravnost odlično.Prav nobene razlike ni v meritvi temperature, če je senzor nalepljen na neko skrito mesto na zunanji strani šipe , namesto da je namočen v vodi. Lahko ga zalepimo kar na zadnjo steklo na dnu, kjer že pesek zastira pogled. Ker sta senzorja dva, lahko enega uporabimo za merjenje temperature vode, drugega pa recimo za merjenje temperature nad akvarijem , kjer so žarnice. Ker sta dva senzorja, ima tudi celoten modul TSM220 dva kanala CH1 in CH2, kar nam pravzaprav omogoča realizacijo dveh takšnih sistemov, kot je opisan v nadaljevanju članka.

TSM 220 lahko prikaže tako aktualno temperaturo, kot tudi minimalno in maksimalno vrednost in sicer za oba kanala CH1 in CH2.

Regulator izkorišča funkcijo modula, da ima programsko nastavljiv alarm pri visoki ali nizki temperaturi. Modul ima dva taka sistema alarmov za CH1 in CH2 in za vsak kanal dva alarma (preniska/previsoka) temperatura. Skupaj imamo 4 izhode, s katerimi lahko krmilimo releje ali pa recimo napetostni regulator, kot je opisano v nadaljevanju.

Izhodi se imenujejo:

OutHigh CH1, AL_HI_CH1= signalni izhod visoke temperature – alarm kanal 1
OutHigh CH2,AL_HI_CH2= signalni izhod visoke temperature – alarm kanal 2
OutLow CH1,AL_LO_CH1= signalni izhod nizke temperature – alarm kanal 1
OutLow CH1,AL_LO_CH2= signalni izhod nizke temperature – alarm kanal 2

V dokumentaciji modula so izhodi bolj slabo opisani, tako da naj kar tu pojasnim , da aktiviran alarm pomeni, da na izhodu dobimo 3V, drugače pa 0V.

Za delovanje modul potrebuje 3V DC napajanje. Poraba modula je majhna 20µA, pa je najenostavneje uporabiti kar dve 1,5V bateriji tipa AA. V dokumentaciji modula je lepo označeno kam se prilota napajanje in tudi vse tri tipke. Modul torej najprej priklopimo na baterijo, priklopimo tipke in že je možno preverjati vse funkcije, razen krmilne. Za krmilno funkcijo pa je potrebno izdelati še adapter.

Izdelava adapterja za dve hitrosti (napetosti) na kanalu CH1

Za krmiljenje napetosti ventilatorja z izhodi OutHigh CH1, OutHigh CH2, OutLow CH1 in OutLow CH1 priporočam sledeče vezje.Osebno sem za svoj nano akvarij uporabil prav to vezje, ki sicer uporablja le en krmilni izhod OutLow CH1 in omogoča dve hitrosti vrtenja regulatorja.

N+ napajanje DC
N- napajanje DC
V+ priklop na ventilator
V- priklop na ventilator
Elementi
C1=0,1microF, C2=1microF
T3 BC338
Napetostni regulator LM317
upori R1 = 1K, R6= 47k
trimer potenciometra R3 = 10k, R4 = 10k,

Karakteristika regulatorja

T => Tlow višji vrtljaji
T < Tlow nižji vrtljaji

Adapter je relativno enostavno vezje , tako da ga lahko sestavmo tudi na univerzalni ploščici.Vsi potrebni elementi za izdelavo regulatorja so vidni na sledeči sliki.

Uporaba (nastavljanje) regulatorja

S trimer potenciometroma R3 in R4 se nastavi vrtljaje pri normalni Tlow in T < Tlow temperaturi. Najprej nastavimo vrtljaje pri željeni temperaturi Tlow s trimer potenciometrom R3, nato pa še vrtljaje pri nizki temperaturi T < Tlow s trimer potenciometrom R4.

S tipkami na modulu TSM220 pa nastavimo željeno temperaturo Tlow. Nastavimo jo kot LO alarm na kanalu CH1. Za nastavitev minimalne in maksimalne temperature morate najprej vstopiti v funkcijo alarma in sicer s pritiskom na tipko ALARM (tiščite jo ca 2 sekundi dolgo), dokler ne utripa prikaz minimalne temperature. S pritiskom na PLUS tipko lahko nastavite temperaturo v območju od –30°C do +69°C v korakih po 1 stopinjo. Ko ste nastavili željeno minimalno temperaturo pritisnite tipko ALARM in nastavite še zgornjo temperaturo. S ponovnim pritiskom na tipko ALARM se postavite nazaj v osnovni položaj.

Primer uporabe

Jaz sem željeno temperaturo Tlow (LO alarm na kanalu CH1) v nano akvariju nastavil na 27°C in temperatura je stalno 27°C. Vezje res odlično deluje. R4=0, tako da se ventilator pri 26,9°C ustavi, pri 27°C pa sem z R3 nastavil napetost 6 V. Pri tej napetosti je ventilator se povsem tih, obenem pa shladi vodo v akvariju na željenih 27°C, tudi če je temperatura v prostoru 29C in so prižgane vse luči nad akvarijem

Izdelava adapterja za eno hitrost (napetost) na kanalu CH1

Slika desno ponazarja poenostavitev vezja brez R4 (R4=0), če želimo, da se ventilator ustavi pri nizki temperaturi.

Kljub temu , da je to vezje malo enostvnejše priporočam izdelavo vezja za dve hitrosti (napetosti) na kanalu CH1. Res je en element več, imamo pa več možnosti. V vezju za dve hitrosti (napetosti) na kanalu CH1 lahko dobimo isto funkionalnost, če trimer R4 zavrtimo v tak položaj, da je R4=0.