Circuitos para enfrentar a crise de energia (ART252)

A crise de energia com a possibilidade de termos cortes em momentos inoportunos e além disso a necessidade de reduzirmos o consumo leva os leitores da área eletrônica a pensar como suas habilidade neste setor poderiam ser úteis. De fato, existem circuitos relativamente simples que tanto podem ajudar na redução do consumo de energia como também atuar como sistemas de emergência no momento em que ocorrerem o corte. Neste artigo descrevemos alguns projetos que podem ser de utilidade para quem deseja empregar tecnologia eletrônica para enfrentar a crise.

Existem circuitos relativamente simples que utilizados no momento certo e de forma apropriada podem ajudar muito a reduzir o consumo de energia elétrica em residências ou mesmo instalações comerciais e industriais. Da mesma forma, circuitos relativamente simples podem ser úteis para enfrentar os cortes em momentos mais críticos, como por exemplo quando estiver escuro.
Os projetos dados a seguir são idéias práticas básicas que podem ser perfeitamente alteradas conforme a aplicação de cada um, e dependendo de como isso for feito podem realmente resultar em uma boa redução no consumo de energia.

 


Redutor de Consumo Com Diodo
As lâmpadas incandescentes e dispositivos de aquecimento são grandes vilões no consumo de energia. Produzir luz pelo aquecimento de um filamento é um desperdício já eu para cada 100 W de energia consumida apenas 20 a 25 W são convertidos em luz. O restante, perde-se em calor.
A recomendação básica é trocar as lâmpadas incandescentes por equivalentes de menor potência fluorescentes ou eletrônicas. No entanto, as instalações fluorescentes e as lâmpadas eletrônicas são bem mais caras que as lâmpadas incandescentes comuns o que pode significar um problema para as pessoas de menor poder aquisitivo.
Uma solução que propomos para o caso das lâmpadas incandescentes sem a necessidade de troca é a redução de sua potência nos momentos em que a potência máxima não é necessária. Assim, numa sala de estar em que exista uma lâmpada de 100 W, pode-se perfeitamente no caso de ninguém estar lendo ou praticando alguma atividade que não necessite de máxima luz, reduzir a luminosidade e com isso o consumo para pouco mais de 50 W. (50% de redução é bem mais do que o exigido pelo programa do governo!).
Isso pode ser feito com pouco investimento: um diodo e um interruptor duplo, conforme mostra a figura 1.



O interruptor S1 continua a controlar o acendimento da lâmpada (liga/desliga). O interruptor S2 controla o consumo e a luminosidade em dois níveis. Quando fechado deixa passar os dois semiciclos e a lâmpada acende com máxima potência. Quando aberto, a lâmpada passa para a condição de “baixo consumo” com o diodo deixando passar apenas metade dos semiciclos da alimentação. A lâmpada acende com brilho reduzido e consome menos energia.
Com o diodo 1N4004 (110 V) ou 1N4007 (220 V) pode aplicar este circuito à  lâmpadas de até 100 W.
O mesmo circuito pode ser usado para reduzir o consumo de eletrodomésticos que produzam calor a partir de energia, levando-os a uma condição de espera de baixo consumo. Basta então instalar o diodo e os interruptores numa caixinha conforme mostra a figura 2 e usar a posição de menor potência quando necessário.


Podemos usar este circuito para manter o ferro de soldar em condição de “meio consumo” mas quente ou ainda aquecedores de mamadeiras, cafeteiras, etc desde que seu consumo não ultrapasse 100 W. Para maior potência, até 500 W troque o diodo pelo 1N5404 (110 V) ou 1N5407 (220 V).
Observamos que este circuito não pode ser usado com aparelhos eletrônicos, lâmpadas fluorescentes ou eletrônicas.

Material:
D1 – Diodo 1N4004 (110 V) ou 1N4007 (220 V) – para o caso de potências até 100 W
S1, S2 – Interruptores simples

 


Não às lâmpadas Incandescentes!
As lâmpadas incandescentes têm uma eficiência muito baixa quando convertem energia elétrica em luz. De fato, apenas 25% da energia é aproveitada na forma de luz e 75% é convertida em calor. Desta forma, quando usamos este tipo de lâmpada além de desperdiçarmos quase 75% da energia ainda temos o agravante de que ela contribui para aquecer o ambiente. Se possível, nos locais em que a iluminação deve ser constante, troque lâmpadas incandescentes comuns por lâmpadas fluorescentes ou eletrônicas.

 




Dimmer
O controle linear da potência aplicada a uma carga alimentada pela rede de energia pode ajudar muito a ecnomizar energia. Aplicando apenas a potência necessária à aplicação eliminamos o desperdício de energia.
Os dimmers são controles lineares de potência e podem ser usados com motores, lâmpadas, aquecedores e outros equipamentos que admitem uma tensão variável para seu funcionamento.
Podemos perfeitamente reduzir o brilho de uma lâmpada ou a temperatura de um elemento de aquecimento quando necessário, economizando assim energia.
Na figura 3 damos o diagrama de um dimmer usando um Triac TIC226 para 8 ampères.

 


Este dimmer pode ser usado para reduzir a velocidade de ventiladores, a temperatura de aquecedores até 800 W ou o brilho de lâmpadas incandescentes.
A montagem pode ser feita numa pequena placa de circuito impresso conforme mostrado na figura 4 e o Triac deve ser dotado de um radiador de calor.


O Triac deve ser sufixo B se a rede for de 110 V e D se for 220 V. O capacitor eventualmente precisará ter seu valor alterado de modo a compensar as tolerâncias dos demais componentes no sentido de obter a regulagem da potência na faixa de 0 a aproximadamente 100%.
Este circuito também não deve ser usado com eletro-eletrônicos sensíveis à variações de tensão, lâmpadas fluorescentes e eletrônicas. Seu uso deve limitar-se a eletrodomésticos com motores, lâmpadas incandescentes e elementos de aquecimento.

Material:
Triac – TIC226B (110 V) ou TIC226D (220 V) – Triac com radiador de calor
NEON – Lâmpada neon comum
R1 – 4,7 k Ohms x ½ W – resistor
P1 – 220 k ohms – potenciômetro
C1 – 150 nF/250 V – capacitor de poliéster
Placa de circuito impresso, fios, solda, etc.

 

 


 

Lâmpadas Eletrônicas
As lâmpadas eletrônicas possuem um circuito interno que gera um sinal de frequência relativamente e alta tensão o qual é aplicado a um tubo de gás. Com o sinal de alta frequência e alta tensão o gás ioniza emitindo luz com grande rendimento. Com estas lâmpadas a maior parte da energia é convertida em luz e apenas uma pequena parcela em calor. Podemos obter com uma lâmpada deste tipo de 20 W de consumo a mesma quantidade de luz que uma lâmpada comum incandescente de 75 W gera.

 




Luz automática – Inibidor de consumo
Manter uma lâmpada acesa num ambiente claro representa um evidente desperdício de energia. Isso pode ocorrer perfeitamente em nossa própria casa.
O circuito que descrevemos pode ser usado em qualquer parte e simplesmente desliga uma lâmpada incandescente ou outro tipo se o nível de iluminação natural de um local for considerado suficiente para dispensar a luz artificial. Desta forma, evita-se que uma luz seja deixada acesa sem necessidade ou mesmo acionada sem necessidade.
O que temos é um circuito com um sensor que corta a alimentação de uma lâmpada se o nível de iluminação natural no local superar um certo valor. A ação deste circuito pode fazer com que o desligamento da lâmpada seja automatico.
Se a iluminação ambiente for considerada elevada mesmo que se tente acionar o interruptor que liga a lâmpada ela não acenderá.
Evidentemente, à noite o circuito é desabilitado e o interriptor geral passa a atuar normalmente.
Na figura 5 temos o diagrama completo deste circuito inteligente que pode ajudar a economizar energia.

 


A montagem do aparelho pode ser feita numa pequena placa de circuito impresso, conforme mostra a figura 6.


O sensor é um LDR (Foto-Resistor) que deve ser montado num tubo opaco e apontado para uma direção em que ele possa receber apenas a iluminação ambiente.
O trimpot faz o ajuste de sensibilidade de modo a se poder escolher o nível exato de iluminação ambiente a partir do qual a lâmpada pode ser acionada normalmente.
Este circuito é indicado para ser usado com lâmpadas incandescentes já que o circuito usa um Triac. Para outros tipos de instalações deve-se empregar um relé de corrente alternada. Isso ocorre no caso do uso de lâmpadas fluorescentes ou mesmo eletrônicas.

Material:
Triac – TIC226B ou TIC226D (conforme a rede de energia) com radiador de calor
R1 – 10 k ohms x ½ W – resistor
P1 – 220 k ohms – potenciômetro
LDR – LDR comum redondo
S1 – Interruptor simples
X1 – Lâmpada incandescente de 5 a 400 W
Placa de circuito impresso, fios, solda, etc.

 


 

Energias Alternativas
Não precisamos apenas da eletricidade fornecida pela empresa distribuidora para alimentar muitos de nossos equipamentos. Um caso importante a ser analisado em termos de energia alternativa é o da energia solar. Num país tropical como o nosso dispomos de perto de 1 kW de energia solar por metro quadrado.
Se bem que esta energia não possa ser convertida com facilidade em energia elétrica (as foto-células são caras e têm baixo rendimento servindo apenas como fontes de baixa potência) existem outras formas racionais de se fazer o seu aproveitamento.
Os maiores vilões no consumo de energia elétrica são os equipamentos que geram calor (ferros de passar, chuveiros, aquecedores de ambiente, torneiras elétricas, etc). Podemos pensar perfeitamente em utilizar para o aquecimento da água em nossas casas ou estabelecimentos comerciais e industriais a energia solar.

 


 

 


Luz temporizada
Muitas vezes precisamos da iluminação artificial de um local apenas por alguns segundos. É o caso do saguão de entrada de prédios e residências. Nestes casos é desperdício deixar uma lâmpada permanentemente acesa.
A melhor solução é uma lâmpada que possa ser acionada apenas pelo tempo que precisamos para achar a chave e abrir a porta ou então para fechar a porta e sair do local sem problemas.
A maioria dos edificios de apartamentos usa este tipo de recurso: na entrada dos apartamentos existe um interruptor que é pressionado por um instante e que faz a lâmpada que ilumina o local acender por um tempo que pode variar entre 30 e 50 segundos.
Este circuito pode ser facilmente implementado em sua casa e com isso ajudar na ecnomia de consumo de energia.
Na figura 7 temos o circuito completo de uma luz temporizada simples usando um SCR.


A montagem do circuito numa placa de circuito impresso é mostrada na figura 8.


Como o SCR é um interruptor de meia onda a lâmpada acenderá com brilho reduzido (para maior economia). Optamos pelo do SCR pela maior sensibilidade facilitando assim a elaboração do circuito de tempo.
O tempo de acionamento depende do capacitor C1 e do resistor R1. O leitor pode fazer alterações nestes componente para alcançar os valores desejados.
O SCR deve ser montado num radiador de calor.

Material:
SCR – TIC106B (110 V) ou TIC106D (220 V) – diodo controlado de silício em radiador de calor
D1 – 1N4004 (110 V) ou 1N4007 (220 V) - diodo
R1 – 10 ohms x ½ W - resistor
R2 – 100 k ohms a 470 k ohms x 1/8 W - resistor
R3 – 100 k ohms x ‘8 W - resistor
C1 – 10 uF a 100 uF x 200 V (110 V) ou 400 V (220 V) – capacitor eletrolítico
S1 – Interruptor de pressão
X1 – Lâmpada incandescente de 40 a 100 W
Placa de circuito impresso, fios, solda, etc.

 


Luz de Emergência (I)

Nosso primeiro circuito é bastante simples e ajudar a evitar o perigo de haver um corte de luz à noite mantendo todos os locais de uma casa completamente às escuras. O circuito faz uso de duas pilhas pequenas e uma lâmpada de lanterna.  Mantido ligado na rede de energia ele simplesmente deixa a lâmpada desativada quando há energia na rede. No momento em que a energia é cortada a lâmpada acende alimentada pelas pilhas comuns.
Trata-se de uma montagem ideal para ser deixada principalmente em quartos de crianças que podem se assustar com a repentina escuridão.
O circuito, em sua versão mais simples é mostrado na figura 9.


Neste circuito o trimpot é ajustado para manter apagada a lâmpada quando o circuito é ligado à rede de energia. Quando o circuito for desconectado, simulando um corte na energia a lâmpada deve acender.
Na figura 10 temos a montagem do circuito numa pequena placa de circuito impresso.


Recomendamos o uso de quatro pilhas pequenas ou médias alcalinas e uma lâmpada de lanterna de 6 V de no máximo 100 mA de corrente para maior autonomia. De tempos em tempos o estado das pilhas deve ser verificado.
O circuito funciona tanto na rede de 110 V como na de 220 V sem qualquer alteração nos valores dos componentes.

Material:
Q1 – BD136 – transistor NPN de uso geral
R1 – 4k7 ohms x 1/8 W – resistor
R2 – 10 k ohms x 1/8 W – resistor
P1 – 47 k ohms x 1/8 W – trimpot
C1 – 10 uF x 16 V – capacitor eletroítico
D1 – 1N4004 (110 V) ou 1N4007 (220 V) – diodo
X1 – lâmpada de 6 V x 100 mA
B1 – 4 pilhas pequenas ou médias
Placa de circuito impresso, fios, solda, etc.


Luz de Emergência (II)
Uma versão mais sofisticada do sistema anterior faz uso de pilhas recarregáveis de Nicad pequenas ou médias e mantém estas pilhas em cargas constante até o momento do corte. Neste momento, o circuito entra em ação e a lâmpada acende.
O circuito completo para esta versão é dado na figura 11.



A montagem numa pequena placa de circuito impresso é mostrada na figura 12.

O trimpot deve ser ajustado para que ao ser desligado da rede de energia o transistor entre em condução fazendo com que a lâmpada acenda.
Para este caso, como as pilhas são recarregáveis e possuem uma capacidade de armazenamento de energia maior, pode-se empregar lâmpadas de um pouco mais de potência. Lâmpadas de 6 V de até 200 mA são as recomendadas neste caso.
O circuito funciona tanto na rede de 110 V como de 220 V sem necessidade de alteração nos valores dos componentes.

Lista de Material:
D1 – 1N4002 – diodo de silício
R1 – 470 ohms x 1 W – resistor
C1 – 470 uF/25 V – capacitor eletrolítico
K1 – Relé de 12 V – 50 a 100 mA de bobina
B1 – Bateria de Nicad
F1 – Fusível de 500 mA
T1 – Transformador com primário conforme a rede local e secundário de 12 V com 150 mA ou mais de corrente
X1 – Lâmpadas de acordo com a bateria
Placa de circuito impresso, caixa para montagem, cabo de força, fios, solda, suporte de fusível, etc

 


No Brake
Os no-brake usados para impedir que o computador desligue imediatamente uando a energia é cortada não são fontes de energia que podem alimentar estes equipamentos por muito tempo. Assim, tão logo haja um corte, o uso do no-brake deve limitar-se a alguns minutos no máximo, o tempo suficiente para que se salvem os dados de um computador na sua memória. Não devemos continuar a trabalhar normalmente só porque o computador possui um no-brake.
Estes equipamentos podem também funcionar alimentando uma lâmpada de emergência.


 

Luz de Emergência (III)
Este circuito é mais sofisticado pois faz uso de uma bateria de carro ou moto de maior capacidade. A bateria é mantida constantemente em carga lenta (com baixo consumo de energia). Quando ocorre o corte de energia o circuito comuta e a bateria passa a alimentar um conjunto de pequenas lâmpadas de 12 V.
Uma bateria de 10 Ah por exemplo, pode alimentar 5 lâmpadas de 12 V x 200 mA como as usadas no interrior de carros por 10 horas seguidas.
Uma possibilidade é empregar um inversor e alimentar uma lâmpada fluorescente.
O circuito completo desta versão de sistema de iluminação de emergência é mostrada na figura 13.

A montagem dos componentes numa pequena placa de circuito impresso é mostrada na figura 11.
O relé pode ser de qualquer tipo de baixa corrente para 12 V e o transformador deve ter um enrolamento primário de acordo com a rede de energia e secundário de 12 V com corrente entre 100 e 250 mA. Um pequeno transformador como este não consome mais do que uns 5 W o que é irrisório se considerarmos que ele deve ficar permanentemente ligado.
Este circuito é “inteligente” no sentido de que o sensor de luz faz com que o relé somente seja acionado se o ambiente ficar no escuro. O ajuste do ponto de disparo em função da luz ambiente é feito no trimpot.

Material:
T1 – Transformador com primário de acordo com a rede de energia e secundário de 300 a 500 MA x 12 V
Q1 – BC548 – transistor NPN de uso geral
D1 – 1N4002 – diodo de silício
C1 -  470 uF/25 V
LDR – LDR redondo comum
P1 – 100 k ohms – potenciômetro
R1 – 470 ohms x 1 W – resistor
R2 – 10 k ohms x 1/8 W – resistor
K1 – Relé de 12 V com 50 mA de bobina
B1 – Bateria de carro ou modo
F1 – 500 mA – fusível
T1 – Transformador com primário de acordo com a rede local e secundário de 12 V com 300 a 500 mA
X1 – Lâmpadas de 12 V

 



Obs: Este artigo foi escrito em  2001 quando passamos por uma crise de fornecimento de energia. O artigo é atual, pois ele visa melhor aproveitamento da energia e menor consumo, o que é um tema que se discute bastante em nossos dias.

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