UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL REI

DISSIPAÇÃO DE CALOR EM LÂMPADAS INCANDESCENTES.

São João Del Rei, Julho de 2011.

ALEXANDRE JOSÉ RAMOS COSTA

DISSIPAÇÃO DE CALOR E LÂMPADAS INCANDESCENTES.

Trabalho apresentado como pré-requisito para o

obtenção de créditos na disciplina Metodologia

Científica e Tecnológica sob a orientação da

professora Fernanda Melo.

São João Del Rei, Julho de 2011.

ALEXANDRE JOSÉ RAMOS COSTA

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Considerações da professora:

Nota:

“Dentre todos os estudos das

causas naturais e do raciocínio,a

Luz é o que mais encanta o

observador”

(Leonardo da Vinci)

Resumo:

No ano de 1879 Thomaz Alva Edison criou a primeira lâmpada elétrica

comercializável, e que recebeu o nome de lâmpada incandescente pelo fato de

possuir um filamento que ao passar corrente elétrica por ele, se aquece e fica com

uma aparência incandescente emitindo então luz visível ao olho humano.

Este modelo de lâmpada e usado até hoje, apesar de ter sido aprimorado

por alguns estudiosos ainda não é considerada uma lâmpada econômica em relação

as outras presentes no mercado pois, grande parte da energia é perdida em forma

de calor.

Este projeto tem como objetivo principal o aprimoramento do modelo de

Thomas Edison, para que a lâmpada passe a ter menos perda energética, ou seja,

fique mais econômica e tenha uma vida útil maior.

Sumário:

Introdução...................................................................................................7

Justificativa.................................................................................................8

Hipóteses e Objetivos.................................................................................8

Cronograma de atividades.........................................................................11

Referências Bibliográficas.........................................................................12

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1. Introdução:

Por volta do ano 600 a.C um filósofo chamado Tales de Mileto observa

que ao esfregar um âmbar1 a um pedaço de pele de carneiro, filetes de palha e

pequenos fragmentos de madeira passam a ser atraídos pelo próprio âmbar,então

começa ai a descoberta da eletricidade, que recebe esse nome a partir da palavra

âmbar que em grego significa élektron.

Com o conhecimento sobre a existência da energia elétrica, surgem

vários estudiosos interessados no assunto, dentre eles: Otto Von Guericke, Ewald

Georg von Kleist, Benjamin Franklin, Michael Faraday, e o resultado dos seus

estudos facilitaram o entendimento e incentivaram novos estudiosos como Thomas

Alva Edison, que em 1879 criou a primeira lâmpada incandescente comercializável.

A lâmpada de Edison é comercializada até hoje, apesar de ter sofrida algumas

modificações manteve o mesmo principio de funcionamento.

A invenção de Edison possuía um filamento de algodão carbonizado, que era

colocado no interior de uma ampola de vidro da qual havia sido retirado todo o ar, a

fim de evitar a queima do filamento e, consequentemente, um incêndio.Em 1903 a

lâmpada foi aperfeiçoada com a substituição do filamento por um de Tungstênio que

é um metal resistente a altas temperaturas.

Em ambos filamentos o funcionamento são iguais: a energia elétrica sai de

uma fonte geradora, percorre os fios condutores até uma das hastes da lâmpada

passa pelo filamento aquecendo-o e gerando luz visível, e volta para a fonte

geradora.

Fig-1 .Esquema de funcionamento de uma lâmpada incandescente. Elaborado por mim.

1 Âmbar é uma resina fóssil muito usada para a manufatura de objetos ornamentais. Sabe-se que as árvores (principalmente os pinheiros) cuja resina se transformou em âmbar viveram há milhões de anos em regiões de clima temperado. Nas zonas cujo clima era tropical, o âmbar foi formado por plantas leguminosas.

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O objetivo desta proposta de pesquisa é justamente melhorar o modelo

de lâmpadas incandescentes criado por Thomas Edison, pois apesar das

aprimoramentos já executados por outros estudiosos a lâmpada ainda aquece muito,

o que causa diminuição da vida útil e alto consumo de energia. Por meio de análises

de materiais e correntes elétricas, pretendo desenvolver um novo modelo de

filamento que perde menos calor, economizando assim energia e aumentando a vida

útil da lâmpada.

Não é como objetivo da pesquisa recriar o modelo de Thomas Edison, e

sim aprimorar o filamento que é o local onde se perde mais energia, até porque

estudiosos concordam que os demais componentes da lâmpada não interferem na

sua longevidade e consumo energético, e sim o filamento.

O material mais usado para a confecção da resistência ou filamento é o

Tungstênio, que já é um material bastante resistente a altas temperaturas em

relação ao carvão que era usado nos primeiros modelos, mas com esses estudos

pretende-se desenvolver um novo modelo capaz de melhorar o funcionamento da

lâmpada.

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2. Justificativa:

No Brasil a lâmpada incandescente esta presente na maioria das casas,

algumas não possuem mais essas pois a trocaram por lâmpadas mais econômicas e

com maior duração que são as fluorescentes. O problema das lâmpadas

fluorescentes e a presença de gases no seu interior, o que as torna ecologicamente

inviáveis e mais complicadas de manusear, então, a partir da realização deste

projeto surgirão novos modelos de filamentos que farão com que as incandescentes

sejam tão econômicas e duradouras quanto as fluorescentes, porem com a

vantagem de não estar manuseando gases.

O projeto trará benefícios econômicos pois diminuirá o consumo de quem

as usa atualmente, científicos pois serão novos avanços na comunidade cientifica e

até ecológicos pois as lâmpadas fluorescentes tem substancias nocivas ao meio

ambiente, e com a incandescente sendo mais econômica será mais vantajoso o uso

dela.

Esse tipo de estudo foi deixado um pouco de lado pela comunidade

cientifica a partir a invenção da lâmpada fluorescente, mas este campo e amplo e

ainda tem muito a oferecer, basta ser explorado.

3. Hipóteses e Objetivos:

A energia elétrica e a fonte de vários outros meios energéticos, um

ventilador em movimento é um exemplo, pois no ato está transformando a energia

elétrica em mecânica, se considerarmos a sua rotação. Como dito por Geraldo Teles

de Souza :

A energia elétrica serve apenas como meio de transporte, mas não

como energia diretamente utilizável. Assim sendo, devemos converter a energia elétrica em

outra forma de energia que efetivamente estamos precisando, podendo ser do tipo térmica,

luminosa, mecânica, etc..2

É necessário converter a energia elétrica de acordo com as necessidades

do utilizador.

Para o funcionamento da lâmpada incandescente a energia entra na

lâmpada como elétrica e passa pelo filamento onde é convertida em luminosa,

porém, nesse tipo de conversão se perde muita energia em forma de calor, o que 2 SOUZA, Geraldo Teles. Máquinas e Motores Elétricos, p. 218.

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não é desejado. Tal perda de calor se deve a um efeito elétrico chamado Efeito

Joule, que diz que quando um condutor é percorrido por corrente por um

determinado tempo ele é aquecido, isso ocorre pelo fato da resistência interna do

condutor que interrompe a passagem de alguns elétrons gerando assim calor.

Como afirma o professor do pré-vestibular impacto, Carlos Farias: “ Num

dado intervalo de tempo, a energia elétrica que o resistor consome é dissipada

exclusivamente na forma de calor ”3 , esse intervalo de tempo nas lâmpadas

incandescentes ocorre quando a corrente elétrica encontra dificuldades para

percorrer o seu caminho natural, ou seja, quando passa pelo filamento.

A partir de análises de novos materiais, é possível criar uma liga que seja

resistente a altas temperaturas, e ao mesmo tempo com menor coeficiente de

resistividade. No modelo atual, o núcleo da lâmpada pode chegar a 3000º Celsius,

que é uma temperatura muito alta provenientes de um gasto alto de energia elétrica,

se criada, a nova liga deve diminuir esse valor tornando assim a lâmpada mais

econômica. Outro fator que pode diminuir esse gasto desnecessário é aumentar a

seção e diminuir o comprimento do filamento, pois de acordo com a fórmula:

R = ρ x L

A

Em que R representa o valor da resistência, ρ representa o coeficiente de

resistividade do material do filamento, L é o comprimento do filamento e A é o

diâmetro, o valor da Resistência é diretamente proporcional ao do comprimento do

filamento e inversamente proporcional ao diâmetro do filamento, e quanto maior o

valor da resistência maior o Efeito Joule ocorrido neste local.

Fig-2. Esquema do Efeito Joule. Elaborado por mim.

Quando elaborado o novo modelo de filamento, este devera diminuir o

consumo de energia da lâmpada incandescente em aproximadamente 20%, o que

comparado com a fluorescente em termos de potência passa a ser mais viável,

3 FARIAS, Carlos. Resistores Elétricos-2, p. 2.

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porém a luminosidade da fluorescente ainda é melhor. Se em cada residência onde

se utiliza esse tipo de lâmpada for empregada o novo modelo, resultara em uma

diminuição considerável no consumo de energia.

4. Cronograma de atividades:

O projeto será realizado no tempo de um ano, sendo dividido em partes

seguindo o cronograma:

Atividades Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez

Passo 1 * * *

Passo 2 * * *

Passo 3 * * * *

Passo 4 * * *

Passo 5 *

a. Passo 1:

Pesquisar obras sobre o assunto visando adquirir conhecimentos e

técnicas sobre o funcionamento das lâmpadas incandescentes e propriedades

elétricas afim de que sejam úteis nas realizações dos próximos passos.

b. Passo 2:

Análise de materiais, com a finalidade de encontrar uma liga que seja

maleável, resistente a altas temperaturas e com baixa resistividade.

c. Passo 3:

Ensaios experimentais de eficiência da nova liga, e desenvolvimento de

novas dimensões para o modelo de filamento, diminuindo o comprimento e

aumentando o diâmetro, a fim de diminuir a resistência e não perder mito a

potencia luminosa.

d. Passo 4:

Análise e Discussão dos resultados obtidos. Redige do relatório completo

do.projeto.

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e. Passo 5:

Publicação e Apresentação dos resultados e do Relatório final.

5. Referencias Bibliográficas:

SOUZA, Geraldo Teles. Máquinas e Comandos Elétricos.p. 218. São Paulo: Centro

Paula e Souza, 2004. v . 1.

FARIAS, Carlos.Resistores elétricos-2. v. 1. p. 2.

MÁXIMO, Antônio e ALVARENGA, Beatriz. Física. Vol Único. 2ª ed. São Paulo:

Scipione. 2008.

WILLIAMS, Jasmin. A cidade das luzes de Edison, Nova Iorque: New York Post.

2007.