Lâmpada de LEDs

Escola Técnica Eléctra

Madureira

Douglas

Eletrotécnica

4685

Rio de Janeiro, 14 de fevereiro de 2014

Douglas Melo Batalau

Eletrotécnica

4685

Projeto para iluminação de ambientes com LEDs

Escola Técnica Eléctra, 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 gratidão

Aos meus colegas

e amigos pelo trabalho

em equipe, e apoio de uns para

com os outros.

Sumário

1. INTRODUÇÃO ......................................................................................................................... 5

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

3. TESTES E ANÁLISES DOS DADOS ...................................................................................... 9

4. CONCLUSÃO ......................................................................................................................... 11

5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................... 12

6. FOLHA DE APROVAÇÃO .................................................................................................... 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

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INTRODUÇÃO

A luz é um item primordial para a vida dos seres humanos. Porém, no início do século XVIII,

pesquisas evidenciam o uso da energia elétrica para geração de luz, através de uma máquina

de descarga incandescente em um vácuo imperfeito. E em 1879, foi criada a primeira lâmpada

elétrica considerada comercialmente viável.

O princípio de funcionamento destas lâmpadas é baseado no aquecimento de um filamento de

tungstênio através da passagem de corrente elétrica. Enquanto houver corrente elétrica

circulando pelos terminais da lâmpada este filamento se mantém aquecido tornando-se

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

iluminação de interiores. No entanto, este é um método pouco eficaz, pois a maior parte da

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

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

introduzidas no mercado as lâmpadas fluorescentes, que apresentam rendimento superior às

lâmpadas incandescentes.

A lâmpada fluorescente possui princípios de funcionamento diferente das lâmpadas

incandescentes. Ela está classificada entre as lâmpadas de descarga. Nas lâmpadas de

descarga, a luz é produzida pala passagem de corrente elétrica em um gás ou mistura de gases

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

vencendo a rigidez dielétrica do meio gasoso, esse processo é conhecido como ignição da

lâmpada.

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Comparada às incandescentes, as fluorescentes apresentam vida útil e eficácia luminosa

superiores. Não produzem calor excessivo (por isso são chamadas de lâmpadas frias) e sua

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

uma vantagem para aplicações em ambientes como escritórios, cozinhas, oficinas, etc.

Em 1957, o físico Nick Holonyak começou a trabalhar em uma empresa e conheceu Robert

Hall, um outro cientista que até então já havia desenvolvido pesquisas sobre o laser

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

dados e que hoje é usado em CDs e DVDs.

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

emitiam radiação, incluindo luz visível, quando atravessados por eletricidade. Cinco anos

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

primeiro semicondutor que converteu a corrente elétrica em luz visível. Esse tipo de LED não

era branco e sim vermelho.

O LED é um dispositivo semicondutor que tem como princípio de funcionamento a

eletroluminescência, emitindo luz através da combinação de elétrons e lacunas e um material

sólido. Possuem a característica de emitir luz em uma faixa específica do espectro visível,

principalmente na cores: azul, verde, vermelho, branco e suas combinações. Também são

encontrados LEDs operando na faixa de ultravioleta e infravermelho.

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

elétricos e eletrônicos estavam ligados), mas o desenvolvimento de LEDs mais potentes e

com maior luminosidade tornou possível a sua utilização em outras aplicações como

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semáforos, iluminação de emergência, lanternas, iluminação de ambientes. Atualmente, estes

dispositivos apresentam maior eficácia luminosa agregada à longa vida útil comparados às

lâmpadas fluorescentes. Além disso, o índice de reprodução de cores e a temperatura de cor

são satisfatórios para o uso em iluminação de interiores. Sua descrição é outra vantagem na

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

alimentados em corrente contínua, possuem tensão de condução baixa, e não necessitam de

ignição, diferentes das lâmpadas fluorescentes. Estas características tornam-se vantajosas

quando se deseja alimentá-los através de uma bateria.

O LED é uma tecnologia limpa, de baixo consumo energético e alta eficiência. Uma nova

fonte de luz que aos poucos está revolucionando o sistema de iluminação, assim como as

lâmpadas incandescentes transformaram a sociedade no século passado. As lâmpadas de LED

são mais eficientes, mais duráveis e não poluem o meio ambiente. E com o avanço da

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

Atualmente, os LEDs de potência são responsáveis por uma verdadeira revolução nas

tecnologias de iluminação, oferecem baixíssimo consumo de energia, duram muito mais e são

mais decorativos.

As lâmpadas de LED também se destacam por sua durabilidade. Sua vida útil média é de

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

substituição de lâmpadas queimadas, a compra de 50 lâmpadas incandescentes, 15 lâmpadas

halógenas e 5 lâmpadas compactas fluorescentes.

Essas lâmpadas hoje são compradas por um valor muito elevado, quanto maior a potência,

mais alto o preço, e optamos em fazer uma lâmpada de LEDs para ver se seria possível

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alcançar uma iluminação ideal com menor custo, tendo em vista a possibilidade de todos

poderem comprá-las.

DESENVOLVIMENTO

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

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

eletrolítico de 470µF/250V, seis resistores de 3k9Ω / 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 elétrica alternada transformando-a de

corrente contínua. Sua tensão inversa de pico máxima (Vrrm) é de 1000V e sua tensão

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

O capacitor tem por finalidade básica apresentar uma capacitância em um circuito, ou seja,

armazenar cargas elétricas, e através desse armazenamento ter determinados efeitos sobre um

circuito, que neste caso será de segurar a tensão caso haja variação na rede.

Um resistor pode ser definido como sendo um dispositivo eletrônico que tem duas funções

básicas: ora transforma energia elétrica em energia térmica (efeito joule), ora limita a

quantidade de corrente elétrica em um circuito, ou seja, oferece resistência à passagem de

elétrons. Que neste circuito sua função foi de limitar a passagem de corrente elétrica,

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

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O LED é um componente eletrônico 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 elétrica em luz, a transformação de energia elétrica em luz

é feita na matéria, sendo, por isso, chamada de Estado sólido ( Solid State ).

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

chamado catodo. Dependendo de como for polarizado, permite ou não a passagem de corrente

elétrica e, conseqüentemente, a geração ou não de luz.

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

os de potência. Os LEDs de potência são indicados para aplicações que exigem maior maior

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

de LEDs de sinalização. Com sua utilização a economia na conta pode chegar a 90%. Um

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

de 60W.

TESTES E ANÁLISES DOS DADOS

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

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

ponte retificadora, o capacitor eletrolítico de 470µF/250V foi colocado em paralelo

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

seguida um resistor de 3k9Ω / 10W no pólo positivo do circuito e então os trinta LEDs

ligados em série. Observou-se que o brilho obtido não era muito forte, então retirou-se

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

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foram ligados em série apresentaram uma tensão 90.5V, e em cada LED marcava uma

tensão de 2.9V.

No momento em que foi retirado os dez primeiros LEDs a tensão 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, porém, ainda insuficiente. Enfim, reduziu-se para

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

campo de iluminação estava limitado a uma pequena área. Com os dez LEDs somente

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

passou para 90.7V e cada um marcava 3.3V.

Com a intensão de aumentar esta área de iluminação, foi acrescentado ao circuito mais

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

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

aumentou o campo de iluminação.

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

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

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

220 mA

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CONCLUSÃO

Após os testes e experimentos podemos verificar que ainda não é possível fazer uma

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

gastamos um valor de noventa reais e não usamos os LEDs com os quais teríamos

melhores resultados.

Os LEDs de alto brilho não são indicados para criar lâmpadas de iluminação para o

nosso cotidiano. Sua eficiência luminosa não pode ser comparada com os LEDs de

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

até R$ 1,50 (um real e cinqüenta centavos), já os de potência de 01Watts no valor

entre R$ 2,50 (dois reais e cinqüenta) até R$ 6,00 (seis reais).

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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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

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FOLHA DE APROVAÇÃO

ESCOLA TÉCNICA ELÉCTRA

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

XÉ 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

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TEMPO UTILIZADO:

Vinte e um dias

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ANEXO A:

Cronograma

Cronograma feira tecnológica Electra

Data Descrição Observação

16/11/2013 Decisão quanto ao projeto

Mudança de

projeto

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

20/11/2013 Compra dos Materiais

24/11/2013 início da montagem em protoboard

25/11/2013 Período de testes e

experimentos

em protoboard

à em protoboard

01/12/2013 em protoboard

02/12/2013

Desenho e confecção do

circuito

em placa de

fenolite

03/12/2013 montagem do circuito

em placa de

fenolite

04/12/2013 início do relatório para apresentação

06/12/2013 término do relatório para apresentação

14/12/2013 exposição do projeto na expoelectra

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ANEXO B:

Custos do desenvolvimento do projeto.

Produto Descrição

Valor

Unitário Quantidade

Valor

Total

Capacitor 470µ / 250 V - Eletrolítico 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 3K9Ω /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

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ANEXO C:

Lista de materiais

01 - Placa de fenolite 10 x 15 cm

01 - Capacitor eletrolítico 470µ / 250 V

06 - Resistores de 3K9Ω / 10 W

04 - Diodos 1N4007

10 - LEDs de alto brilho de cor branca

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ANEXO D:

Esquema elétrico do circuito.

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ANEXO E:

Layout da placa de circuito.

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ANEXO F:

Fotos do projeto

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ANEXO G:

Relatório de práticas

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