Departamento de Engenharia Elétrica

Laboratório de Instalações de elétrica

Experiência 01: Lâmpadas - Parte 1

Ajahi dos Santos Faria RA: 101971

Eric Alves Teixeira RA: 101978

Farlem Giorni Morais RA: 100632

Marcos Felipe de Moura Pedroso RA: 101501

Sorocaba / SP

Fevereiro / 2012

Professores que colaboraram para o desenvolvimento deste material:

Eliana Morales Dib

André Vitor Bonora

Augusto Ferreira Brandão Junior

Alessandro Bogila

Thales Prini Franchi

Professores da disciplina:

Thales Prini Franchi

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INDICE

1. Objetivo..................................................................................................................6

2. Teoria.....................................................................................................................6

2.1. Lâmpadas.......................................................................................................6

2.1.1. Lâmpada incandescente.........................................................................6

2.1.2. Funcionamento........................................................................................7

2.1.3. Vida útil....................................................................................................8

2.1.4. Aplicações...............................................................................................8

2.2. Lâmpadas Mistas...........................................................................................8

2.2.1. Funcionamento........................................................................................9

2.2.2. Vida útil e eficiência luminosa.................................................................9

2.2.3. Aplicações...............................................................................................10

3. Material Utilizado...................................................................................................10

4. Procedimento Experimental...................................................................................10

4.1. Lâmpada Incandescente................................................................................10

4.2. Lâmpada Mista...............................................................................................12

4.3. Operação fora da tensão nominal – Lâmpada desligada...............................13

5. Referências Bibliográficas.....................................................................................13

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Lista de figuras

Figura 2.1: Lâmpada incandescente..........................................................................7

Figura 2.2: Lâmpada mista........................................................................................9

Fig. 4.1: Circuito para lâmpada incandescente..........................................................11

Figura 4.1.1:Triângulo de Potências..........................................................................12

Figura 4.2: Circuito para lâmpada mista....................................................................12

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Lista de tabelas

Tabela 4.1: Dados de tensão, corrente, potência, resistência e fator de potência......11

Tabela 3.2: Dados de tensão, corrente, potência, resistência e fator de potência......12

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1. Objetivo

Familiarização com lâmpadas incandescente e mista;

Curvas de potência e corrente em relação ao tempo na lâmpada mista;

Curva da potência em relação à tensão na lâmpada incandescente.

2. Teoria

2.1. Lâmpadas

A eficiência de um sistema de iluminação artificial esta diretamente

relacionada à eficiência luminosa (η) da fonte de luz, que é caracterizada pela

relação entre fluxo luminoso (φ) emitido e a potência (W) requerida. A eficiência das

fontes de luz, entre outros aspectos contribui diretamente para a eficiência

energética do sistema.

2.1.1. Lâmpada incandescente

As primeiras lâmpadas inventadas foram as de arco voltaico, como a vapor de

mercúrio e a de sódio. Como estas lâmpadas precisavam de muita energia para

gerar o arco, em 1879 o inventor norte-americano Thomas Alva Edison sugeriu um

filamento no lugar do arco e a ausência de gás ionizável no interior do bulbo da

lâmpada. Essa lâmpada consistia em um filamento de carvão colocado dentro de um

vidro fechado, onde era feito o vácuo e, que, quando percorrido por corrente elétrica,

se incandescia gerando luz, daí, o nome lâmpada incandescente. Uma lâmpada

incandescente (figura 2.1) é composta, entre outros, pelos seguintes elementos:

Bulbo: serve para isolar o filamento do meio externo, proteger o conjunto interno,

alterar a luminância da fonte de luz e decorar um ambiente. É constituído

normalmente por um vidro-cal, vidro-silicato, ou ainda de vidro pirex. Encontra-se em

vários tipos, formas e cores diferentes, cada qual com sua finalidade e aplicação

adequadas.

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Filamento: para que o filamento emita luz eficientemente, deverá possuir um

elevado ponto de fusão e baixa evaporação. Os filamentos são atualmente

construídos de tungstênio trefilado, pois apresentam um ponto de fusão de 3655K,

além de possuírem uma boa resistência mecânica e ductilidade. São utilizados três

tipos básicos de filamentos em lâmpadas incandescentes: reto, espiralado e duplo

espiralado.

Meio interno: para diminuir a evaporação e a oxidação do filamento das

lâmpadas incandescentes, antes era feito o vácuo no interior dessas, ou seja,

retirado todo o oxigênio. Hoje é utilizado como meio interno uma mistura de argônio

e nitrogênio e em alguns casos criptônio. Estes são gases inertes que criam certa

pressão interna no bulbo, diminuindo a evaporação do filamento com o aumento da

temperatura e, portanto, aumentando a vida útil e eficiência luminosa das lâmpadas.

Bases: têm como função fixar a lâmpada mecanicamente ao seu suporte e fazer a

ligação elétrica desta com seu circuito de alimentação. As bases são normalmente

construídas de latão, alumínio ou níquel e podem ser do tipo Edison (roscadas) ou

Baioneta (de encaixe). As bases são identificadas pelas letras E (Edison) e B

(Baioneta) e acompanhadas por um número que indica seu diâmetro em milímetros.

Figura 2.1: Lâmpada incandescente

2.1.2. Funcionamento

As lâmpadas incandescentes são radiadores térmicos. Elas consistem em um

filamento de tungstênio alojado no interior de um bulbo de vidro. O bulbo é

preenchido com gás inerte, uma mistura de um gás inerte com nitrogênio ou o

vácuo. A corrente elétrica que passa pelo filamento aquece fazendo-o atingir

temperaturas de até 3.000°C. Quando da passagem da corrente pelo filamento os

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elétrons se chocam com os átomos de tungstênio liberando uma energia que se

transforma em luz e calor.

2.1.3. Vida útil

A vida útil de uma lâmpada é considerada com a mesma trabalhando em

condições nominais, ou seja, na tensão nominal, temperatura ambiente, número de

acendimentos normal e ambiente adequado ao tipo de lâmpada. Nessas condições,

uma lâmpada incandescente para uso geral possui, de acordo com a ABNT

(Associação Brasileira de Normas Técnicas), uma vida média de 750 horas.

2.1.4. Aplicações

As lâmpadas incandescentes são ainda hoje muito utilizadas, com algumas

das suas aplicações sendo citadas abaixo:

Aparelhos domésticos (máquinas de costura, geladeiras, etc);

Painéis de sinalização;

Infravermelhos;

Lâmpadas miniatura (automóveis, aviões, rádios, lanternas, etc);

Fotografia, projeção e cinema;

Decorativas.

2.2. Lâmpadas Mistas

As lâmpadas mistas (fig.2.2) consistem de um bulbo ovóide preenchidas com

gás e cobertas com fósforo. Elas contêm um tubo de quartzo com mercúrio à alta

pressão conectado em série com um filamento de tungstênio que atua tanto como

fonte de luz e como instrumento de limitação de corrente. Elas oferecem a

combinação de alto fluxo luminoso e boa reprodução de cores.

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Figura 2.2: Lâmpada mista

O bulbo externo é preenchido com uma mistura de argônio e uma

porcentagem de nitrogênio. As lâmpadas mistas emitem um espectro contínuo de

fonte incandescente e um espectro de linha de fonte de mercúrio de alta pressão.

Essas lâmpadas não podem ser dimerizadas.

2.2.1. Funcionamento

Seu funcionamento é similar ao da lâmpada vapor de mercúrio, porém a

lâmpada mista não necessita de reator para funcionar, pois o filamento além de

emitir energia luminosa, funciona também como elemento de estabilização da

lâmpada. A luz produzida por essa lâmpada é de cor branca difusa derivada da

lâmpada de vapor de mercúrio de alta pressão e da luz de cor quente da

incandescente, o que dá uma aparência agradável.

2.2.2. Vida útil e eficiência luminosa

A vida útil de uma lâmpada mista é superior a 6.000 horas com 30% de

depreciação do fluxo luminoso no período e sua eficiência luminosa.

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2.2.3. Aplicações

Por apresentarem boa reprodução de cores podem ser usados em vias

públicas, jardins, praças, estacionamentos, comércio em geral e na modernização

de instalações feitas com lâmpadas incandescentes.

Quanto à altura de montagem, tem a mesma restrição das lâmpadas a vapor

de mercúrio de alta pressão, ou seja, devem ser instaladas em locais onde o pé

direito for superior a 4m.

3. Material Utilizado

01 Módulo de lâmpadas;

01 Lâmpada incandescente 100W/220V;

01 Lâmpada mista 160W/220V;

01 Multimedidor digital;

01 Variac;

01 Cronômetro digital;

10 Cabos de conexão banana banana.

4. Procedimento Experimental

4.1. Lâmpada Incandescente

Monte o circuito da figura 4.1 utilizando a lâmpada incandescente e complete

a tabela 3.1 variando a tensão no variac de 20 em 20V até 230V.

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Fig. 4.1: Circuito para lâmpada incandescente

Tabela 4.1: Dados de tensão, corrente, potência, resistência e fator de potência

Tensão (V) Corrente (A) Potência (W) Resistência () FP

20 0,14 2,91 148,47 1

40 0,19 7,69 213,02 1

60 0,23 14,00 264,65 1

80 0,27 21,20 290,81 1

100 0,30 30,50 338,89 1

120 0,33 39,70 364,55 1

140 0,36 50,00 385,80 1

160 0,38 60,50 418,97 1

180 0,41 74,50 443,19 1

200 0,43 86,20 466,20 1

220 0,45 99,4 490,86 1

Com os dados da tabela construa a curva de P x I e R x I para esta lâmpada;

Grafico P x I e R x I

Em corrente alternada tem-se a potência aparente (S) em VA, a potência

ativa (P) em W e a potência reativa (Q) em Var.

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Normalmente os cálculos e avaliações em corrente alternada são feitos com

essas unidades, para poder expressar, fisicamente, a existência de resistência,

indutância e capacitância em um circuito. A unidade de medida de resistência e

reatância é o Ohm, símbolo  .

O conjunto resistência-reatância tem o nome de impedância.Circuitos com

resistências e reatâncias têm as senóides de tensão e corrente defasadas.

Ao co-seno do ângulo de defasagem ( ) entre a corrente e a tensão dá-se o

nome de fator de potência do circuito.

O Triângulo de potências reflete a relação entre as potências aparente, ativa e

reativa. Onde o fator de potencia é determinado pelo cosseno do ângulo entre a

potência ativa e aparente.

Fig. 4.1.1: Triângulo de potências

Para um circuito puramente resistivo o fator de potência é igual a um o que

compreende o ângulo entre as potências igual a zero, nesse caso as potências ativa

e aparente são iguais por não haver potencia reativa.

Assim a potência pode ser calculada como:

P=V.I.cos( )

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Como o cosseno é igual a um.

P=V.I

4.2. Lâmpada Mista

Monte o circuito da figura 4.2, aplique diretamente 220V na lâmpada e inicie o

cronômetro, anote na tabela 3.2 os valores de P, V, I e FP a cada 20 segundos até o

acendimento total da lâmpada. Desligue a lâmpada.

Figura 4.2: Circuito para lâmpada mista

Tabela 3.2: Dados de tensão, corrente, potência, resistência e fator de potência

Tempo (s) Potência (W) Tensão (V) Corrente (A) FP

0 189 218 0,87 1

20 190 218 0,87 1

40 188 218 0,86 1

60 184 219 0,85 1

80 181 219 0,83 1

100 176 218 0,82 0,99

120 172 218 0,80 0,99

140 168 218 0,78 0,99

160 165 218 0,77 0,98

180 163 218 0,76 0,98

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200 160 218 0,75 0,98

220 159 219 0,75 0,98

240 159 219 0,74 0,98

Com os dados da tabela 3.2 construa os gráficos: P x t e I x t

Grafico PxT e I x T

Com o valor de tensão nominal (220V), calcule:

Não tenho o valor nominal da lampada

Corrente nominal: In = Pn/Vn

Fator de potência: FP = P/(V.I)

4.3. Operação fora da tensão nominal – Lâmpada desligada

Aplique uma tensão de 200V, aguarde a lâmpada acender totalmente, meça

os valores de P e I. Aumente para 220V, aguarde a lâmpada acender totalmente e

meça os valores de P e I, desligue e ligue a lâmpada, marque o tempo que a

lâmpada leva para atingir potência nominal.

Para 200v os valores obtidos pelos equipamentos foram de:

Corrente = 0,83 A

Potência = 164 W

Para 220v os valores obtidos pelos equipamentos foram de:

Corrente = 0,85 A

Potência = 184 W

O tempo marcado para a lâmpada atingir a potência nominal foi de

aproximadamente 50 segundos.

Por se tratar de uma lâmpada mista o fator de potência se alterou de maneira

desprezível podendo ser arredondado para um onde a potência reativa é inexistente,

caso fosse uma lâmpada fluorescente e utilizasse reator, nesse caso seriam obtidos

valores consideráveis para o fator de potência que abaixo de 0,92 já pode causar

danos ao circuito.

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5. Referências Bibliográficas

MAMEDE, JOÃO. Instalações Elétricas Industriais. LTC, 2002

MAMEDE, JOÃO. Manual de Equipamentos Elétricos Vol. 1 e 2, LTC, 1993

http://pt.wikipedia.org/wiki/L%C3%A2mpada_incandescente

http://www.fazfacil.com.br/reforma_construcao/iluminacao_incandecentes.html

http://www.catep.com.br/dicas/TIPOS%C2%A0DE%C2%A0LAMPADAS.htm

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