Nesta semana pretendemos realizar o projeto e execução da iluminação da casa com fonte de tensão convencional e com bateria carregada pelo painel solar. Utilizaremos como lâmpadas de iluminação os LED's estudados na primeira semana de atividades.

Parte das atividades planejadas é estudar o processo de alimentação da casa com energia solar, armazenada em baterias recarregáveis. Como o processo de carga da bateria é demorado, aconselha-se preparar o circuito de carga da bateria antes da montagem do projeto de iluminação.

Carga da bateria com o painel solar

Começar carregando a bateria com o painel solar exatamente como fez na aula passada. Medir um intervalo de corrente que permita caracterizar toda a curva. Anote a corrente a cada minuto, durante 60 minutos. A distância da lâmpada ao painel não deve ser inferior a 15 cm. Se o painel aquecer, a geração de corrente se modifica. Ao final do processo de carga, calcule a quantidade de carga transferida à bateria, tanto em Coulombs quanto em Ampère x hora.

Enquanto a bateria carrega, pode-se começar a montar o circuito de iluminação da casa.

Iluminação da casa com fonte de corrente contínua

Na figura 1 é mostrada a planta baixa que representa a casa que iremos construir o projeto de iluminação.

Figura 1 - Planta baixa da casa para o projeto de iluminação.

Projetos de iluminação são sempre com corrente alternada, porque o transporte é muito mais econômico. Neste experimento, por razões práticas e de segurança no laboratório didático, o circuito da casa vai ser alimentado por uma fonte de corrente contínua de 30V que dispõe de 3 saídas, duas fases e um neutro. As duas fases e o neutro serão simuladas usando a saída de 3 pinos da fonte, sendo o central (zero) o neutro e os outros 2 terão a mesma ddp (contínua) em relação ao pino central, com sinais invertidos.

O projeto de iluminação

O projeto será realizado da seguinte forma:

  • A alimentação da casa se dará em duas fases e um neutro.
  • As lâmpadas nos cômodos serão dispostas da seguinte maneira:

    • Banheiro com 1 lâmpada e 1 interruptor

    • Quarto com 2 lâmpadas que acendem ao mesmo tempo e são controlados por 1 interruptor

    • Cozinha com 1 lâmpada e 1 interruptor

    • Sala com 2 lâmpadas que acendem ao mesmo tempo. O conjunto é controlado por 2 interruptores em paralelo, de maneira que a iluminação na sala pode ser acesa ou apagada por qualquer um dos interruptores.

  • O sistema de iluminação de cada aposento deve ser independente de todos os outros.

  • As duas fases devem ter mais ou menos a mesma carga: significa que a potência fornecida deve estar igualmente distribuída (ou próximo disso).

  • Deve haver uma chave geral, que desliga toda a energia da casa.

O layout com o posicionamento das lâmpadas, interruptores e fases é mostrado na figura 2.

Figura 2 - Layout com o posicionamento das lâmpadas e interruptores.

Importante: use a fonte com uma tensão de 3,6 V FIXA nos dois ramos do circuito. LEDS funcionam com tensões baixas e não pode queimar nenhum.

As atividades consistem em:

  • Faça o esquema do circuito elétrico a ser montado, de acordo com as especificações acima. Represente corretamente as fontes de tensão, interruptores, LED's, etc.
  • Monte o circuito projetado na planta baixa.

  • Demonstre o funcionamento do circuito para o professor ou monitor que estiver na sala com você (Ele vai anotar e enviar a seu professor.)

  • O circuito deve funcionar como especificado e não queimar nenhum LED.

  • Medir a tensões e corrente em cada ramo do circuito e demonstrar que a potência gasta em cada ramo é a mesma.

Iluminação da casa com bateria carregada pelo painel solar

Após montado o circuito de iluminação e demonstrado o seu funcionamento de acordo com as especificações, passaremos a iluminar a casa com a energia armazenada na bateria, carregada com a célula solar. Neste ponto você deve ter uma boa medida da quantidade de carga acumulada nesta bateria. Retire a bateria do circuito com o painel solar e ligue-a num dos ramos do circuito da casa. 

  • Determine a carga acumulada na bateria durante a sua carga e compare com a especificação da bateria.

  • Determine a energia acumulada na bateria durante o processo de carga.

A bateria não tem potência para iluminar os 2 ramos da casa, então estudaremos apenas o seu efeito em um destes ramos. Após a bateria ser instalada, ligue as lâmpadas correspondentes ao ramo no qual ela foi conectada e:

  • Meça a corrente no circuito e a tensão na bateria em função do tempo de 1 em 1 minuto até a corrente cair para 15 mA. Essas são as curvas de descarga da mesma: idesc x t e Vdesc x t, faça os gráficos.
  • Determine, através de integração numérica, a energia consumida pelo circuito durante o seu período de funcionamento.
  • Utilizando as curvas características dos LED's, medidas na primeira semana, e o layout do circuito, faça o cálculo de quanto estes LED's consumiriam de energia durante o tempo em que ficaram ligados. Compare com a energia consumida pelo circuito no item anterior.
  • Compare os resultados com os dos seus colegas. Discuta-os.

Após montado o circuito ele não necessariamente fica muito "bonito" de se ver, como mostrado na figura 3. Não se desespere. É mais simples do que parece.

Figura 3 - Iluminação da casa montada.

Última atualização: terça-feira, 5 ago. 2014, 15:21