Tcc Eletrotecnica

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Lâmpada de LEDs Escola Técnica Eléctra Madureira Douglas Eletrotécnica 4685 Rio de Janeiro, 14 de fevereiro de 2014

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Projeto Lampada de LED

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  • Lmpada de LEDs

    Escola Tcnica Elctra

    Madureira

    Douglas

    Eletrotcnica

    4685

    Rio de Janeiro, 14 de fevereiro de 2014

  • Douglas Melo Batalau

    Eletrotcnica

    4685

    Projeto para iluminao de ambientes com LEDs

    Escola Tcnica Elctra, Av. Edgard Romero, 345

    Madureira Rio de Janeiro RJ

    21360-201

    Rio de Janeiro, 14 de fevereiro de 2014

  • Aos meus pais,

    Pelo apoio e incentivo,

    a eles eterna gratido

  • Aos meus colegas

    e amigos pelo trabalho

    em equipe, e apoio de uns para

    com os outros.

  • Sumrio

    1. INTRODUO ......................................................................................................................... 5

    2. DESENVOLVIMENTO ............................................................................................................ 8

    3. TESTES E ANLISES DOS DADOS ...................................................................................... 9

    4. CONCLUSO ......................................................................................................................... 11

    5. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ..................................................................................... 12

    6. FOLHA DE APROVAO .................................................................................................... 13

    7. TEMPO UTILIZADO: ............................................................................................................. 14

    8. ANEXO A: ............................................................................................................................... 15

    9. ANEXO B: ............................................................................................................................... 16

    10. ANEXO C: ............................................................................................................................... 17

    11. ANEXO D: ............................................................................................................................... 18

    12. ANEXO E: ............................................................................................................................... 19

    13. ANEXO F: ............................................................................................................................... 20

    14. ANEXO G: ............................................................................................................................... 22

  • 5

    INTRODUO

    A luz um item primordial para a vida dos seres humanos. Porm, no incio do sculo XVIII,

    pesquisas evidenciam o uso da energia eltrica para gerao de luz, atravs de uma mquina

    de descarga incandescente em um vcuo imperfeito. E em 1879, foi criada a primeira lmpada

    eltrica considerada comercialmente vivel.

    O princpio de funcionamento destas lmpadas baseado no aquecimento de um filamento de

    tungstnio atravs da passagem de corrente eltrica. Enquanto houver corrente eltrica

    circulando pelos terminais da lmpada este filamento se mantm aquecido tornando-se

    incandescente. Estas lmpadas foram utilizadas durante muitos anos, principalmente em

    iluminao de interiores. No entanto, este um mtodo pouco eficaz, pois a maior parte da

    energia eltrica consumida convertida em calor (aproximadamente 92%), e apenas uma

    reduzida parte (aproximadamente 8%) convertida em luz visvel. Por isso foram

    introduzidas no mercado as lmpadas fluorescentes, que apresentam rendimento superior s

    lmpadas incandescentes.

    A lmpada fluorescente possui princpios de funcionamento diferente das lmpadas

    incandescentes. Ela est classificada entre as lmpadas de descarga. Nas lmpadas de

    descarga, a luz produzida pala passagem de corrente eltrica em um gs ou mistura de gases

    contidos em um tubo. Isso acontece quando uma tenso elevada aplicada em seus eletrodos,

    vencendo a rigidez dieltrica do meio gasoso, esse processo conhecido como ignio da

    lmpada.

  • 6

    Comparada s incandescentes, as fluorescentes apresentam vida til e eficcia luminosa

    superiores. No produzem calor excessivo (por isso so chamadas de lmpadas frias) e sua

    temperatura de cor elevada (apresentam luz branca), o que estimula a atividade fsica, sendo

    uma vantagem para aplicaes em ambientes como escritrios, cozinhas, oficinas, etc.

    Em 1957, o fsico Nick Holonyak comeou a trabalhar em uma empresa e conheceu Robert

    Hall, um outro cientista que at ento j havia desenvolvido pesquisas sobre o laser

    semicondutor. Foi ele quem desenvolveu o primeiro laser semicondutor capaz de transmitir

    dados e que hoje usado em CDs e DVDs.

    Durante seus estudos, Nick, Robert e outros cientistas notaram que os semicondutores

    emitiam radiao, incluindo luz visvel, quando atravessados por eletricidade. Cinco anos

    depois, em 1962, Nick Holonyak teve uma idia, artesanalmente, ele poliu e lapidou o

    primeiro semicondutor que converteu a corrente eltrica em luz visvel. Esse tipo de LED no

    era branco e sim vermelho.

    O LED um dispositivo semicondutor que tem como princpio de funcionamento a

    eletroluminescncia, emitindo luz atravs da combinao de eltrons e lacunas e um material

    slido. Possuem a caracterstica de emitir luz em uma faixa especfica do espectro visvel,

    principalmente na cores: azul, verde, vermelho, branco e suas combinaes. Tambm so

    encontrados LEDs operando na faixa de ultravioleta e infravermelho.

    Primeiramente, eram utilizados em iluminao indicativa (indicando quando os equipamentos

    eltricos e eletrnicos estavam ligados), mas o desenvolvimento de LEDs mais potentes e

    com maior luminosidade tornou possvel a sua utilizao em outras aplicaes como

  • 7

    semforos, iluminao de emergncia, lanternas, iluminao de ambientes. Atualmente, estes

    dispositivos apresentam maior eficcia luminosa agregada longa vida til comparados s

    lmpadas fluorescentes. Alm disso, o ndice de reproduo de cores e a temperatura de cor

    so satisfatrios para o uso em iluminao de interiores. Sua descrio outra vantagem na

    arquitetura por serem dispositivos de tamanho reduzido. Os LEDs normalmente so

    alimentados em corrente contnua, possuem tenso de conduo baixa, e no necessitam de

    ignio, diferentes das lmpadas fluorescentes. Estas caractersticas tornam-se vantajosas

    quando se deseja aliment-los atravs de uma bateria.

    O LED uma tecnologia limpa, de baixo consumo energtico e alta eficincia. Uma nova

    fonte de luz que aos poucos est revolucionando o sistema de iluminao, assim como as

    lmpadas incandescentes transformaram a sociedade no sculo passado. As lmpadas de LED

    so mais eficientes, mais durveis e no poluem o meio ambiente. E com o avano da

    tecnologia no final dos anos 90, apareceu o primeiro LED de potncia ou Super LEDs.

    Atualmente, os LEDs de potncia so responsveis por uma verdadeira revoluo nas

    tecnologias de iluminao, oferecem baixssimo consumo de energia, duram muito mais e so

    mais decorativos.

    As lmpadas de LED tambm se destacam por sua durabilidade. Sua vida til mdia de

    50.000 horas. Isso significa que durante toda a sua vida til, pode-se economizar, em

    substituio de lmpadas queimadas, a compra de 50 lmpadas incandescentes, 15 lmpadas

    halgenas e 5 lmpadas compactas fluorescentes.

    Essas lmpadas hoje so compradas por um valor muito elevado, quanto maior a potncia,

    mais alto o preo, e optamos em fazer uma lmpada de LEDs para ver se seria possvel

  • 8

    alcanar uma iluminao ideal com menor custo, tendo em vista a possibilidade de todos

    poderem compr-las.

    DESENVOLVIMENTO

    Foi feito um circuito ligado diretamente na rede eltrica em 127V comum fornecida pela

    concessionria de energia. Para isso utilizamos quatro diodos 1N4007, um capacitor

    eletroltico de 470F/250V, seis resistores de 3k9 / 10W e trinta LEDs de cor branca de alto

    brilho (2,5V/40mA), placa de fenolite virgem, ferro de solda, fio de solda, sugador de solda,

    alicate de bico, alicate de corte, alicate universal, chaves de fenda e philips, furador de placa,

    cortador de placa e percloreto de ferro.

    O diodo 1N4007 tem por finalidade retificar a corrente eltrica alternada transformando-a de

    corrente contnua. Sua tenso inversa de pico mxima (Vrrm) de 1000V e sua tenso

    mxima em circuito retificador de meia onda com carga capacitiva (Vef) de 500V.

    O capacitor tem por finalidade bsica apresentar uma capacitncia em um circuito, ou seja,

    armazenar cargas eltricas, e atravs desse armazenamento ter determinados efeitos sobre um

    circuito, que neste caso ser de segurar a tenso caso haja variao na rede.

    Um resistor pode ser definido como sendo um dispositivo eletrnico que tem duas funes

    bsicas: ora transforma energia eltrica em energia trmica (efeito joule), ora limita a

    quantidade de corrente eltrica em um circuito, ou seja, oferece resistncia passagem de

    eltrons. Que neste circuito sua funo foi de limitar a passagem de corrente eltrica,

    permitindo somente a passagem da corrente necessria para o acendimento dos LEDs.

  • 9

    O LED um componente eletrnico semicondutor, ou seja, um diodo emissor de luz ( L.E.D

    = Light emitter diode ), mesma tecnologia utilizada nos chips dos computadores, que tem a

    propriedade de transformar energia eltrica em luz, a transformao de energia eltrica em luz

    feita na matria, sendo, por isso, chamada de Estado slido ( Solid State ).

    O LED um componente do tipo bipolar, ou seja, tem um terminal chamado anodo e outro,

    chamado catodo. Dependendo de como for polarizado, permite ou no a passagem de corrente

    eltrica e, conseqentemente, a gerao ou no de luz.

    Hoje, no mercado existem diferentes tipos de LEDs, os de sinalizao (comum e alto-brilho) e

    os de potncia. Os LEDs de potncia so indicados para aplicaes que exigem maior maior

    eficincia, e intensidade luminosa. Cada LED de potencia de 1Watt gera mais luz que dezenas

    de LEDs de sinalizao. Com sua utilizao a economia na conta pode chegar a 90%. Um

    LED de 7W ilumina igualmente a uma lmpada fluorescente de 15 W, ou uma incandescente

    de 60W.

    TESTES E ANLISES DOS DADOS

    A montagem inicial do circuito foi em placa de teste (protoboard), com alimentao

    em 127V alternados, inserindo quatro diodos retificadores 1N4007 montados como

    ponte retificadora, o capacitor eletroltico de 470F/250V foi colocado em paralelo

    com as sadas da ponte retificadora nos plos positivo (+) e negativo (-), ligando em

    seguida um resistor de 3k9 / 10W no plo positivo do circuito e ento os trinta LEDs

    ligados em srie. Observou-se que o brilho obtido no era muito forte, ento retirou-se

    dez LEDS e o brilho aumentou pouqussimo. Nesse momento em que os trinta LEDs

  • 10

    foram ligados em srie apresentaram uma tenso 90.5V, e em cada LED marcava uma

    tenso de 2.9V.

    No momento em que foi retirado os dez primeiros LEDs a tenso passou para 60.3V e

    cada LED marcava 3.0V .

    Um novo teste foi realizado utilizando somente dez LEDs e observou-se que a

    intensidade cresceu um pouco mais, porm, ainda insuficiente. Enfim, reduziu-se para

    cinco LEDs e verificou que o brilho aumentou significativamente, sendo que seu

    campo de iluminao estava limitado a uma pequena rea. Com os dez LEDs somente

    a tenso variou para 32V, onde, cada LED consumia 3.2V. E retirando cinco a tenso

    passou para 90.7V e cada um marcava 3.3V.

    Com a intenso de aumentar esta rea de iluminao, foi acrescentado ao circuito mais

    cinco resistores com cinco leds em srie, totalizando trinta LEDs em seis grupos com

    cinco LEDs cada. Avaliou-se que a intensidade do brilho se manteve, porm,

    aumentou o campo de iluminao.

    Um teste feito com um LEDs de alta potncia com 01Watts, sendo alimentado por

    uma fonte de 6 Volts, percebemos que sua intensidade luminosa bem superior a

    qualquer um dos testes feitos anteriormente. Sua tenso foi de 4.5 V e sua corrente de

    220 mA

  • 11

    CONCLUSO

    Aps os testes e experimentos podemos verificar que ainda no possvel fazer uma

    lmpada de LED com resultados melhores e com custo baixo, pois nestes testes

    gastamos um valor de noventa reais e no usamos os LEDs com os quais teramos

    melhores resultados.

    Os LEDs de alto brilho no so indicados para criar lmpadas de iluminao para o

    nosso cotidiano. Sua eficincia luminosa no pode ser comparada com os LEDs de

    potncia. Podemos encontrar os LEDs de alto-brilho no valor entre R$ 0,50 (centavos)

    at R$ 1,50 (um real e cinqenta centavos), j os de potncia de 01Watts no valor

    entre R$ 2,50 (dois reais e cinqenta) at R$ 6,00 (seis reais).

  • 12

    REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

    http://www.ledobrasil.com.br/saiba-mais/tecnologia-led

    http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/ideias-dicas-e-informacoes-uteis/47-

    diodos/2687-ip253

    http://www.sabereletronica.com.br/artigos/2353-tudo-sobre-capacitores

    http://www.brasilescola.com/fisica/resistores.htm

    http://www.iar.unicamp.br/lab/luz/dicasemail/led/dica36.htm

    http://cascavel.cpd.ufsm.br/tede/tde_arquivos/7/TDE-2009-02-12T120630Z-

    1881/Publico/RAFAELADAIMEPINTO.pdf

  • 13

    FOLHA DE APROVAO

    ESCOLA TCNICA ELCTRA

    XA d r ia n o S a n t 'A n n a C a r v a lh o

    XD o u g la s M e lo B a t a la u

    X r ic k R a n g e l C a la b r ia

    XL e o n a r d o A lv e s M e r e n c io

    XL e o n a r d o S a n t o s P in t o

    XR a f a e l L im a d e S o u z a R a m o s

  • 14

    TEMPO UTILIZADO:

    Vinte e um dias

  • 15

    ANEXO A:

    Cronograma

    Cronograma feira tecnolgica Electra

    Data Descrio Observao

    16/11/2013 Deciso quanto ao projeto

    Mudana de

    projeto

    18/11/2013 desenho do circuito com o seria feito

    20/11/2013 Compra dos Materiais

    24/11/2013 incio da montagem em protoboard

    25/11/2013 Perodo de testes e

    experimentos

    em protoboard

    em protoboard

    01/12/2013 em protoboard

    02/12/2013

    Desenho e confeco do

    circuito

    em placa de

    fenolite

    03/12/2013 montagem do circuito

    em placa de

    fenolite

    04/12/2013 incio do relatrio para apresentao

    06/12/2013 trmino do relatrio para apresentao

    14/12/2013 exposio do projeto na expoelectra

  • 16

    ANEXO B:

    Custos do desenvolvimento do projeto.

    Produto Descrio

    Valor

    Unitrio Quantidade

    Valor

    Total

    Capacitor 470 / 250 V - Eletroltico R$ 9,51 1 R$ 9,51

    Diodo 1N4007 R$ 0,20 10 R$ 2,00

    LEDS LEDS Alto Brilho - Branco R$ 1,38 30 R$ 41,40

    Resistor 3K9 /10W - Resistor de Fio R$ 4,13 6 R$ 24,78

    Placa Placa de fenolite 10 x 15 cm R$ 12,07 1 R$ 12,07

    Total Geral R$ 89,76

  • 17

    ANEXO C:

    Lista de materiais

    01 - Placa de fenolite 10 x 15 cm

    01 - Capacitor eletroltico 470 / 250 V

    06 - Resistores de 3K9 / 10 W

    04 - Diodos 1N4007

    10 - LEDs de alto brilho de cor branca

  • 18

    ANEXO D:

    Esquema eltrico do circuito.

  • 19

    ANEXO E:

    Layout da placa de circuito.

  • 20

    ANEXO F:

    Fotos do projeto

  • 21

  • 22

    ANEXO G:

    Relatrio de prticas

  • 23

  • 24

  • 25