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ISSN: 1984-3151
CARREGADOR DE CELULAR PORTÁTIL
ALIMENTADO POR MATRIZ MULTI ENERGÉTICA.
FED PORTABLE MOBILE CHARGER
FOR MOT...
1. INTRODUÇÃO
Vive-se em um país de dimensões territoriais
continentais onde segundo IBGE (2010), 2.749.243
habitantes não...
resume em absorvição da radiação solar, por parte
do material constituinte da célula.
FIGURA 1. . EFEITO FOTOVOLTAICO
Font...
- Baterias Primárias: Não recarregáveis
(alcalinas)
- Baterias Secundárias: Recarregáveis e, portanto
podem ser reutilizáv...
de carga e consumo e possuem ainda a função de
reduzir a corrente de carga entregue à bateria.
Segundo Taveira, (2006), ba...
MOSFETs (dispositivos semicondutores utilizados
para realizar o chaveamento), que aplicam pulsos de
corrente em alta frequ...
5.8.5. Eletricidade x áudio x eletricidade
A tecnologia pode pegar eletricidade, converter em
som e enviar esse áudio por ...
TABELA 2. Características do CI 7805
características
Variação
Unidade
Min. Tipo Max
Tensão de
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4,8 5,0 5,2
Regulagem ...
sai de A passa pelo diodo D2, pela RL, pelo
diodo D4 e chega ao ponto A.
FIGURA 11. RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA EM
PONTE
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É composto por:
- Um transformador que converte uma tensão
alternada de 127 V em uma tensão contínua
desejada.
- Um retifi...
Então tem-se a faixa de carregamento entre:
- Corrente máxima de 0,043 Ah e mínima de
0,0172 Ah;
- Tensão máxima de 4,218 ...
Faixa de carregamento atendida
Encontrou-se então a faixa de carregamento:
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TABELA 5. Celulares de mercado - especifica...
Calculo do capacitor:
Cálculo da resistência equivalente envolvida
na Saída
Calcula-se um resistor equivalente, segundo a ...
Circuito proposto
FIGURA 14. CIRCUITO RETIFICADOR
Fonte: MSc. Mario Henrique Pereira Santos, (2014)
Cálculo do transformad...
6. PROJETO EXECUTADO
6.1. Circuito idealizado
6.1.1. Circuito da bateria
FIGURA 15. PROJETO CIRCUITO DA BATERIA
Fonte: Ada...
6.1.3.1. Croqui sobre a Lógica de controle:
FIGURA 18. PROJETO CIRCUITO GERAL COM LÓGICA DE CONTROLE
Fonte: Adaptação Bren...
6.1.4. Circuito projetado com demultiplexador.
FIGURA 19. CIRCUITO COMPLETO OPCIONAL CHAVEADO POR DEMULTIPLEXADOR
Fonte: A...
DESCRIÇÃO DE FUNCIONAMENTO
o circuito funciona a partir da:
- Obrigatoriamente pela conexão de um celular através da porta...
7. CUSTO
Segundo Rangel (2004), citando: (apud
Vasconcellos, 2002), que a verticalização produtiva
se justifica somente se...
com conjuntos o que muda as variáveis de
dimensionamento.
Os autores invocam o fato de que este projeto ser
uma inovação n...
10. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA
IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística; (2011); "Censo Demográfico 2010 - Car...
OLIVEIRA, LUÍS (2005); “Estratégias de controle de carga e descarga em sistemas fotovoltaicos
domiciliares"; Disponível em...
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Carregador de celular portátil alimentado por matriz multi energética

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Projeto acadêmico de um carregador de celular alimentado por célula fotovoltáica, pilha e energia eletrica.
Fase 1 - iniciação

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Carregador de celular portátil alimentado por matriz multi energética

  1. 1. ISSN: 1984-3151 CARREGADOR DE CELULAR PORTÁTIL ALIMENTADO POR MATRIZ MULTI ENERGÉTICA. FED PORTABLE MOBILE CHARGER FOR MOTHER MULTI ENERGY. André Ribeiro1 ; Autran, Bernardo2 ; Guimarães, David3 ; Galvão, Hely4 ; Silvestre, Laís5 , Vieira, Pollyana6 ; Raphaela Martins7 ; Leite, Leonardo8 (Orientador) Centro Universitário de Belo Horizonte, Belo Horizonte, MG. 1 andre.r3m@hotmail.com;2 bautran@hotmail.com; 3 davidguimaraeslamarca@gmail.com; 4 helygalvaojr@gmail.com; 5 laisdyanna@hotmail.com ; 6 pollynico@gmail.com; 7 raphaela_martins@hotmail.com 8 leonardo.leite@prof.unibh.br Resumo: Por sua portabilidade e raio de alcance, o celular é uma alternativa vantajosa, a sofisticação e multifuncionalidade de uma parelho celular (fotografar, comunicar, gravar e armazenar dados, imagem e voz, documentar, cronometrar e apontar as horas e datas, acessar a internet, receber sinal de rádio e TV digital, dentre outras utilidades) leva os usuários a uma maior utilização, contudo todos eles sofrem da mesma limitação: a necessidade de recarga de carga das suas baterias. Os autores buscam estudar e simular um circuito de um carregador de celular que funcione a partir de mais de uma fonte de energia. Palavras-chave: conversor, bateria, carregador, celular, solar, fotovoltaico. Abstract: For its portability and range, the cell phone is an attractive alternative, sophistication and multi-functionality of a cellular evenly-matched (shoot, communicate, record and store data, voice and image, document, time and point out the times and dates, access the internet and receive radio signal and digital TV, among other utilities) takes users to an increased use, but they all suffer from the same limitation: the need to load recharge your batteries. The authors seek to study and simulate a circuit of a mobile phone charger that works from more than one source of energy .. Keywords: converter, battery, charger, mobile solar photovoltaic.
  2. 2. 1. INTRODUÇÃO Vive-se em um país de dimensões territoriais continentais onde segundo IBGE (2010), 2.749.243 habitantes não possuem acesso ao serviço de rede elétrica podendo-se escalonar esta informação em: - 396.294 pessoas em cidades - 2.352.949 moram na zona rural, - 1,3% ou 728.672 do total de domicílios - 133.237 domicílios na zona urbana; - 595.435 domicílios na área rural. Além da estatística citada, salienta-se a questão da constante possibilidade dos usuários de celulares não disporem de acesso momentâneo à rede eletrica padrão, mesmo dentro de centros urbanos desenvolvidos. Por sua portabilidade e raio de alcance, o celular é, nestas áreas, uma alternativa vantajosa, pela possibilidade de se utilizar, uma energia alternativa, limpa, eficaz, renovável e barata, de modo a aumentar a qualidade de vida de todos os usuários. A sofisticação e multifuncionalidade de uma parelho celular (fotografar, comunicar, gravar e armazenar dados, imagem e voz, documentar, cronometrar e apontar as horas e datas, acessar a internet, receber sinal de rádio e TV digital, dentre outras utilidades) leva os usuários a uma maior utilização, contudo todos eles sofrem da mesma limitação: a necessidade de recarga de carga das suas baterias. 2. OBJETIVOS Estudo e simulação de circuito elétrico "carregador de baterias de celulares" que permita a mobilidade e a multiplicidade de matrizes energéticas. 3. JUSTIFICATIVA Estudar e simular um circuito de um carregador de celular que funcione a partir de mais de uma fonte de energia, no caso deste estudo energia elétrica e fotovoltaica. 4. METODOLOGIA Em função da amplitude do estudo, abordou-se especificamente o conhecimento funcional de um sistema de carga e recarga e suas possibilidades aplicativas, adotando-se, além dos requisitos técnicos de pesquisa bibliográfica e referencial teórico, visitas técnicas e consulta aos profissionais do mercado. 4.1. CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO Segundo GIL, (2010), diante dos objetivos propostos, a pesquisa desse estudo se classifica como experimental, por apresentar um objeto de estudo, que permite seleção de variáveis capazes de influenciá-lo e a definição de formas de controle e de observação dos efeitos que tais variáveis produzam neste objeto estudado. 5. REFERENCIAL TEÓRICO 5.1. MATRIZ ENERGÉTICA SOLAR 5.2. EFEITO FOTOVOLTAICO Segundo Prado, Daniel (2008), este efeito é uma conversão de radiação eletromagnética em energia eletrica que ocorre através da geração e separação de cargas elétricas através da interação de radiação no meio material que constitui a célula solar. O autor
  3. 3. resume em absorvição da radiação solar, por parte do material constituinte da célula. FIGURA 1. . EFEITO FOTOVOLTAICO Fonte: Adaptação dos autores (2014) Segundo Prado, Daniel (2008), na descrição de Albert Einstein através do efeito de fóton, explica-se de outra forma o efeito fotovoltaico, pois o mesmo se dá através da geração de pares de elétron-lacuna no interior do material da célula solar, pela absorvição de fótons incidentes, tendo como consequência a fotocondução onde cargas elétricas livres são geradas pelos fótons da luz incidente fotoionizando os átomos ou íons constituintes do material semicondutor da célula solar. 5.2.1. Efeito fotoelétrico. Segundo Pereira, Arthur (2012), este efeito foi relatado, inicialmente, por Edmond Becquerel em 1839, através do aparecimento de uma diferença de potencial nos extremos de uma estrutura de um material semicondutor quando submetido à irradiação da luz do sol. 5.3. CÉLULAS SOLARES. Segundo Prado, Daniel (2008), células solares são dispositivos usados para executar o efeito fotoelétrico. FIGURA 2. . CÉLULA FOTOVOLTAICA LEGENDA 1 - Elétrodo Negativo 2 - Elétrodo Positivo 3 - Camada tipo n ("n-type silicon") 4 - Camada tipo p ("p-type silicon") 5 - Camada de limite ("boundary layer") Fonte: Adaptação dos autores (2014) 5.4. BATERIAS Segundo NBR7039 (1987), uma pilha pode ser definida como um gerador eletroquímico de energia elétrica, mediante conversão geralmente irreversível de energia química. E podem-se definir baterias como um sistema que refere se ao um conjunto de pilhas agrupado em série ou em paralelo. Para Nerilso Bocchi, et al, (2000), o princípio básico de uma pilha seria como um dispositivo constituído unicamente de dois eletrodos e um eletrólito, arranjados de maneira a produzir energia elétrica. O eletrólito pode ser líquido, sólido, pastoso, mas deve ser sempre um condutor iônico. Quando os eletrodos são conectados a um aparelho elétrico uma corrente flui pelo circuito, pois o material de um dos eletrodos oxida-se espontaneamente liberando elétrons, enquanto o material do outro eletrodo reduz-se usando esses elétrons. Toda a bateria atende a princípios básicos de “construção”, sendo eles:
  4. 4. - Baterias Primárias: Não recarregáveis (alcalinas) - Baterias Secundárias: Recarregáveis e, portanto podem ser reutilizáveis (baterias de celular). Dentro das definições já citadas, as baterias ainda são divididas em grupos que referem a sua aplicação. Elas podem ser: - Veiculares - utilizadas como fonte de energia para motores de diversos segmentos; - Industriais – destinadas a aplicações estacionárias; - Portáteis – utilizadas em telefonia e equipamentos eletrônicos, sendo a última utilizada neste projeto. 5.5. DIODOS Segundo Sedra e Smith, (1998), é um dispositivo eletrônico bloqueador de corrente constituído por uma junção PN, isto é, pela união física de material dopado do tipo P (cujo há mais portadores positivos) com um material dopado do tipo N (cujo há mais portadores negativos). FIGURA 3. IDENTIFICAÇÃO DA POLARIDADE DE DIODOS Fonte: Adaptação dos autores (2014) 5.6. CAPACITORES Segundo Mussoi e Villaça, (2000), também chamado de condensador, é um dispositivo eletro eletrônico que armazena energia elétrica no campo elétrico existente no seu interior, pois forma um bipolo elétrico que estabelece uma diferença de potencial (tensão) entre as placas carregadas. FIGURA 4. CAPACITOR - IDENTIFICAÇÃO DOS COMPONENTES Fonte Notas de aula Mussoi e Villaça; Pág. 6, (2000), Segundo Mussoi e Villaça, (2000), existem tipos de capacitores para as mais diversas aplicações e estes são classificados, normalmente em relação ao material do seu dielétrico. Os tipos mais comuns são: - Capacitores Cerâmicos (disco cerâmico, tipo “plate” e multicamadas); - Capacitores de Filme Plástico (de poliéster, policarbonato, polipropileno e poliestireno); - Capacitores Eletrolíticos de Alumínio; - Capacitores Eletrolíticos de Tântalo; - Capacitores Variáveis; - Etc. 5.7. CONTROLADORES DE CARGA Segundo Taveira, (2006), são circuitos eletrônicos gerenciadores da energia que entra e sai das baterias, visando protegê-las contra os efeitos da sobrecarga e da descarga profunda. Funcionam por meio do ajuste dos pontos de atuação dos circuitos
  5. 5. de carga e consumo e possuem ainda a função de reduzir a corrente de carga entregue à bateria. Segundo Taveira, (2006), basicamente dividem-se em dois tipos de configuração física: série e paralelo. Segundo Oliveira, (2005), utilização duas estratégias de controle de carga, para as possíveis configurações físicas: - “ON/OFF” - Tensão constante. Segundo Taveira, (2006), diferenciam-se apenas no que diz respeito a seus circuitos elétricos, ou seja, quando a bateria estiver próxima de sua capacidade total, o controlador de carga com configuração em: - Série desconectará a fonte (painel fotovoltaico) do circuito de carga. - Em paralelo, será causado um curto circuito no ramo de produção de energia. 5.7.1. O tipo: “On/Off” Segundo Oliveira, (2005), este controlador compara- se a uma chave “liga/desliga” onde sua atuação de controle do carregamento da bateria consiste em permitir a entrega de toda a corrente gerada pela fonte (painel fotovoltaico), até um determinado valor denominado de tensão de regulação. 5.7.2. O tipo: controle à tensão constante Segundo Oliveira, (2005), podem ser do tipo série ou paralelo e nesta estratégia, a corrente gerada pela fonte (painel fotovoltaico) é regulada pelo controlador, de maneira a manter a tensão nos terminais da bateria em um valor de fixo e constante a partir do ponto de tensão de regulação evitando que o controlador forneça mais energia para a bateria do que ela é capaz de receber, sendo mais eficiente e seguro do que a estratégia “ON/OFF”. FIGURA 5. DIAGRAMA DE BLOCOS – CONTROLADOR CARGA LINEAR Fonte: Adaptação dos autores, (2014) - Utiliza-se, também, para manter a tensão constante, um diodo zener, em paralelo para manter a tensão da bateria no ponto de tensão de regulação quando esta estiver praticamente carregada. FIGURA 6. DIAGRAMA DE BLOCOS – CONTROLADOR CARGA LINEAR Fonte: Adaptação dos autores, (2014) 5.7.3. O tipo: Carga por largura de pulso (PWM). Segundo Oliveira, (2005), é uma técnica de modulação por largura de pulso onde se faz o uso de
  6. 6. MOSFETs (dispositivos semicondutores utilizados para realizar o chaveamento), que aplicam pulsos de corrente em alta frequência (300 Hz)19, podendo variar o ciclo de operação ou a largura dos mesmos, reduzindo quando necessário, a corrente de carga, de modo a manter a tensão constante entre os terminais da bateria, evitando os efeitos de gaseificação e estratificação, além do aquecimento interno. 5.8. CONVERSORES 5.8.1. Hidrolise Operacionalizado parcialmente por hidrolise( converte o hidrogênio em eletricidade). A água é misturada a outra solução que, ao entrar em contato com o hidrogênio, gera energia. A água é apenas o meio e não a substância principal. O dispositivo tem um custo de 229 dólares. FIGURA 7. CONVERSOR POR HIDROLISE fonte: http://ceticismo.net/2012/03/31/carregador-de- 5.8.2. Conversor de calor x eletricidade Este dispositivo possui a capacidade de transformar o calor retido dos ambientes externos em energia, para recarregar diversos dispositivos eletrônicos. O projeto é Iraniano e o dispositivo possui um pequeno visor com a tecnologia OLED, que apresenta os detalhes e demais informações sobre a recarga, como temperatura, tempo para recarga completa e porcentagem. 5.8.3. Eletricidade x campo magnético O dispositivo opera pela tecnologia wireless que baseia-se no principio da indução, que transforma uma corrente elétrica (no caso, aquela que sai de nossa tomada) em um campo magnético. Para que essa transmissão de energia ocorra, tanto a fonte de energia quanto o receptor devem possuir um dispositivo chamado indutor, que faz com que ambos os aparelhos “vibrem” na mesma frequência. 5.8.4. Energia mecânica de movimento x eletrica Ângelo Casimiro apresentou no Google Science Fair um protótipo de uma bateria acoplada ao tênis, o qual é capaz de recarregar um celular. FIGURA 8. CONVERSOR ENERGIA MECÂNICA EM ELETRICA Fonte: http://www.gadoo.com.br
  7. 7. 5.8.5. Eletricidade x áudio x eletricidade A tecnologia pode pegar eletricidade, converter em som e enviar esse áudio por ar via ultrassom. Depois disso, um receptor preso ao aparelho eletrônico pega o som e converte de novo em eletricidade. 5.8.6. Conversão do som em energia elétrica O protótipo usa o som para repor a bateria dos smartphones ou de outros aparelhos eletrônicos. Trata-se de um sistema que recorre às propriedades piezoelétricas do óxido de zinco repondo a carga na bateria por meio de um acumulador. O sistema funciona através das vibrações e do som, dispensando então a corrente elétrica. 5.8.7. Conversão eletromecânica A conversão eletromecânica envolve a troca de energia entre um sistema mecânico e um sistema elétrico através de um campo de acoplamento, que pode ser de origem elétrica ou magnética. O processo que se realiza através do campo elétrico ou magnético de um dispositivo de conversão, como agente intermediário. 5.9. REGULADORES DE TENSÃO Segundo Wendilng, (2009), é um dispositivo que visa manter a tensão produzida pela fonte de um circuito dentro dos limites exigidos pela bateria e pelo sistema elétrico alimentado, visando manter a tensão de saída constante independente de variações na tensão de entrada ou na corrente de saída.. 5.9.1. Circuito integrado série 78XX e 79XX Segundo Wendilng, (2009), é um tipo de regulador de tensão e são quase que obrigatórios em projetos de fontes de alimentação para circuitos de pequena e média potência. TABELA 1. Circuitos integrados reguladores de tensão serie 78XX E 79XX Códigos tipos Tensão máxima (entrada) Tensão (saída) Corrente Máxima de (saída) 7805 7905 35 V 5 V 1 A 7806 7906 35 V 6 V 1 A 7808 7908 35 V 10 V 1 A 7885 7985 35 V 8,5 V 1 A 7812 7912 35 V 12 V 1 A 7815 7915 35 V 15 V 1 A 7818 7918 35 V 18 V 1 A 7824 7924 40 V 24 V 1 A Fonte: Notas de aula, pg. 3, Wendilng, (2009), Segundo Wendilng, (2009), Os circuitos integrados 78XX(positivo) e 79XX(negativo) (XX é substituído por um número que indica a tensão de saída) podem fornecer tensões de 5 a 24 volts tipicamente com corrente de 1 ampère de saída e que são apresentados em invólucro TO-220 conforme mostra a figura a seguir. FIGURA 9. CI E INVÓLUCRO TO-220 Fonte: Adaptação dos autores (2014)
  8. 8. TABELA 2. Características do CI 7805 características Variação Unidade Min. Tipo Max Tensão de saída 4,8 5,0 5,2 Regulagem de linha - 3 50 Regulagem de carga - 15 50 Corrente quiescente - 4,2 6,0 Rejeição de ripple - 70 - dB Resistência de saída - 17 - Fonte: Adaptação dos autores (2014) 5.10. RETIFICADORES Segundo Choueri, (2010), é um transformador de sinal de corrente alternada para corrente continua, impedindo que haja mudança no sentido do fluxo da corrente. São classificados segundo a sua capacidade de ajustar o valor da tensão de saída como monofásicos e polifásicos. Os tipos de retificadores monofásicos são: 5.10.1.1. Retificador de meia onda. Segundo Choueri, (2010), é um retificador de baixa eficiência que possui um circuito descrito segundo os pontos detalhados na FIGURA, a seguir, onde se considerando a condição de entrada de corrente alternada tem-se duas condições de funcionamento no retificador: - A primeira ocorre quando o ponto A é positivo em relação a B onde esta polarização de A que coincide com a polarização positiva do diodo que conduz e a corrente circula de A até B, passando pelo diodo e RL. - A segunda ocorre quando o ponto A alterna para negativo em relação a B onde esta polarização de A não coincide com a polarização positiva do diodo e este não conduz e a corrente não circula até B e sim tem-se corrente em RL somente nos semi ciclos positivos de entrada. FIGURA 10. RETIFICADOR DE MEIA ONDA Fonte: http://ivairsouza.com/circuitos_retificadores.html 5.10.1.2. Retificador de onda completa em ponte. Segundo Choueri, (2010), é um transformador em ponte com quatro diodos que dispensa o uso do transformador com tomada central, possui um circuito descrito segundo os pontos detalhados na FIGURA, baixo, onde se considerando a condição de entrada de corrente alternada tem-se, também, duas condições de funcionamento, porem com uma defasagem de 180º entre as tensões de saída do transformador, VA e VB medidas em relação ao ponto C (0V ) - A primeira ocorre quando o ponto A é positivo e B é negativo, onde a corrente sai de A passa pelo diodo D1, pela RL, pelo diodo D3 e chega ao ponto B. - A segunda ocorre quando o ponto A alterna para negativo e B para positivo, onde a corrente
  9. 9. sai de A passa pelo diodo D2, pela RL, pelo diodo D4 e chega ao ponto A. FIGURA 11. RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA EM PONTE Fonte: http://ivairsouza.com/circuitos_retificadores.html 5.10.1.3. Retificador de onda Completa com tape central. Segundo Choueri, (2010), é um transformador com tape central (Center – tapped) de dois diodos, também, denominado de retificador de onda completa convencional e é um retificador de maior eficiência que possui um circuito descrito segundo os pontos detalhados na FIGURA, a seguir, onde considerando-se a condição de entrada de corrente alternada tem-se, também, duas condições de funcionamento, porem com uma defasagem de 180º entre as tensões de saída do transformador, VA e VB medidas em relação ao ponto C (0V ) - A primeira ocorre quando o ponto A é positivo e B é negativo, onde a corrente sai de A passa pelo diodo D1, pela RL e chega ao ponto C.. - A segunda ocorre quando o ponto A alterna para negativo e B para positivo, onde a corrente sai de B passa por diodo D2, pela RL e chega ao ponto C FIGURA 12. RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA Fonte: http://ivairsouza.com/circuitos_retificadores.html 5.11. DEMULTIPLEXADOR Segundo Chiesse (2014), é um circuito combinacional com a finalidade de selecionar, através das variáveis de seleção, qual de suas saídas deve receber a informação presente em sua única entrada, ou seja, coloca uma entrada “D” (dados) em diversas saídas (S0 à Sn), segundo as condições das variáveis de seleção ou de endereçamento (A0 à Am). Nele o número de entradas está relacionado com o número de variáveis de seleção, ou seja onde: - n - número de canais de saída; - m - número de variáveis de seleção. FIGURA 13. EXEMPLO DE TABELA VERDADE Fonte: Adaptação dos autores (2014) 5.12. ESPECIFICAÇÕES DE PROJETO 5.12.1. Proposta do "MSc. Mario Henrique Pereira Santos" - Professor de Eletrônica Analógica Circuito do Retificador
  10. 10. É composto por: - Um transformador que converte uma tensão alternada de 127 V em uma tensão contínua desejada. - Um retificador de onda completa que atenda a tensão desejada, ligado ao transformador. - Um circuito integrado regulador de tensão ligado ao retificar de onda completa. - Um capacitor de dimensionado segundo a minimização eficaz para o ripple gerado. Detalhes técnicos de dimensionamento: Um carregador de baterias é especificado considerando a corrente de carga e a tensão do conjunto de baterias que se deseja carregar. Deve-se calcular a potência prevista, no processo de carga, no ponto de maior esforço de tensão e corrente. (momento em que o carregador aplica a tensão de equalização e fornece corrente a bateria carregada) Para a carga de baterias deve-se trabalhar no carregamento com: - Uma tensão de no máximo 14% da tensão total. - Uma corrente de carga entre 5 a 20% da corrente total da bateria carregada. Faixa de carregamento Visando visualizar qual a máxima faixa de carregamento (quantidade de diferentes tipos de celulares) que se poderá atingir segundo as prerrogativas citadas, efetuou-se uma pesquisa de mercado visando conhecer os aparelhos disponíveis segundo os critérios de carga de suas baterias considerando: - Marca /Modelos - Código da Bateria - Corrente de carga em - Tensão de carga em Com base na tabela acima, buscando projetar para a mais abrangente faixa dentre as diferentes demandas (considerando a demanda em situação de carga) de corrente e tensão optou-se pela faixa dos celulares próximos ao consumo de 860 e 3,2 Cálculo da faixa de carregamento Considerando a faixa escolhida procede-se aos cálculos: Calculo da tensão: TABELA 3. Faixa de segurança para a tensão olts Mínima Máxima Fonte: MSc. Mario Henrique Pereira Santos, (2014) Calculo da corrente: TABELA 4. Faixa de segurança para a corrente Mínima Máxima 5% 20% Fonte: MSc. Mario Henrique Pereira Santos, (2014)
  11. 11. Então tem-se a faixa de carregamento entre: - Corrente máxima de 0,043 Ah e mínima de 0,0172 Ah; - Tensão máxima de 4,218 V e uma tensão mínima de 3,182 V.
  12. 12. Faixa de carregamento atendida Encontrou-se então a faixa de carregamento: - - TABELA 5. Celulares de mercado - especificações Marca /Modelos Nº de aparelhos pesquisados Código Corrente demandada Tensão Baterias Demanda total 5% 20% Volts SAMUNG Galaxy S3 i9300 1 EB-L1G6LLU 0,7 0,035 0,140 3,7 SAMUNG Galaxy W I8150 1 EB484659VU 0,75 0,038 0,150 3,7 SAMUNG SGH- C406, C400 e C416 2 AB463446BU AK 0,8 0,040 0,160 3,7 SAMUNG Gt- m3510, c3500, s3650 2 AB403450BU AT 0,8 0,040 0,160 3,7 SAMUNG SGH-G600 , SGH-G600i , SGH-G608 , SGH-F338 , SGH-F490 , SGH-F268 entre outros 7 AB533640CU 0,8 0,040 0,160 3,7 Nokia 5610 Xpressmusic , Nokia 5700 Xpressmusic , Nokia 6110 Navigator 3 BP-5M 0,8 0,040 0,160 3,7 Nokia N91, N72, N70, 7610, 6822, 6820, 6682, 6670, 6620, 6600, 6555 11 BL-5C 0,86 0,043 0,172 3,7 NOKIA 1110, 1100, 1208, 1255 1315e 1600 6 BL-5CA 0,88 0,044 0,176 3,7 NOKIA N95, N78, N79 e 6788i 4 BL-6F 0,9 0,045 0,180 3,7 NOKIA C3-00, N900, X1-01 3 BL-5J 0,9 0,045 0,180 3,7 NOKIA Black Berry 1 C-S2 0,9 0,045 0,180 3,6 LG A290, P970, E400, E405, E615, P698, L5, L3.. 8 BL44JN 0,93 0,047 0,186 3,7 LG T375, C375, Gm205, C105C, GS107, C333, C199... 7 LGIP-531A 0,95 0,048 0,190 3,7 LG C300, Gs290,T310, T300, C305 5 LGIP-430N 1,13 0,057 0,226 3,7 LG GT360, LG GM210, LG KF240, LG KF245 BLACK.... 5 IP330G 1,15 0,058 0,230 3,7 LG Gx200, Gx500, Gw620, Gw820, Gm750... 5 LGIP400N 1,2 0,060 0,240 3,7 LG P350 1 BL42FN 1,25 0,063 0,250 3,7 Motorola Ex115, Ex112, I425, I876, I877, L7 6 BK60 1,32 0,066 0,264 3,7 Motorola Z3, Z6, K1, L6, U3, Zn200 6 BC50 1,5 0,075 0,300 3,8 Motorola I580, I776, Xt300, v190, A3100... 4 BT60 1,5 0,075 0,300 3,7 Motorola C216, L7, U6c, U6, V3x 4 BC60 1,5 0,075 0,300 3,7 Sony Ericsson K790i, C903, F305... 3 BST-33 2,1 0,105 0,420 3,8 Total de tipos de celulares na faixa de carregamento: 95
  13. 13. Calculo do capacitor: Cálculo da resistência equivalente envolvida na Saída Calcula-se um resistor equivalente, segundo a Lei de Ohms, para se definir a potência requerida pelo circuito: - - - Cálculo da potência de saída requerida - - Cálculo da Capacitância do Filtro de Saída Utiliza-se a expressão que se aplica para casos onde a constante de tempo RC é maior que o período da ondulação da tensão de saída. Novos dados Iniciais considerados: Frequência de ondulação da tensão de saída do retificador (120 Hz, pois é um retificador em ponte de onda completa) Período da ondulação da tensão de saída do retificador. Tensão máxima da saída do transformador considerando que a tensão Eficaz é de 6V (1,4V de queda em dois diodos na ponte retificadora). Tensão de Ripple considerando uma ondulação de 10% em relação à tensão média na saída da fonte ( considerando a tensão média de saída = 7,0) Resistência de saída baseada na máxima corrente de carga do carregador. Isolando a capacitância da expressão anterior: Considerando um valor de capacitor comercial, será utilizado um de Capacitância comercial adotada Teste da constante RC para verificar se a expressão utilizada foi adequada: Comparando a constante de tempo RC com o período da ondulação de tensão respectivamente: GRÁFICO 1.Forma de onda obtida no capacitor calculado Fonte: MSc. Mario Henrique Pereira Santos, (2014)
  14. 14. Circuito proposto FIGURA 14. CIRCUITO RETIFICADOR Fonte: MSc. Mario Henrique Pereira Santos, (2014) Cálculo do transformador O dimensionamento do transformador depende da corrente exigida pelo retificador; o que depende do conhecimento da tensão e da corrente da bateria que se deseja carregar. Componentes sugeridos - 08 - diodos 1N4007; - 01 - transformador com primário / secundário ; - 01 - capacitor eletrolítico de - 03 - capacitores eletrolíticos de - 01 - regulador de tensão ; - 01 - LED vermelho; - 01 - LED verde; - 01 - LED amarelo; - 03 - resistores PTH 5.12.2. Proposta do "MSc. Rogerio Rodrigues Lima " - Professor de Eletrônica Digital Capacitor eletrolítico de . A especificação de tensão do capacitor deve ser pelo menos o dobro da tensão de trabalho do mesmo. Logo, se a tensão de entrada for (tensão de trabalho), a tensão mínima do capacitor será de Provavelmente você encontrará capacitores para comprar com tensão de trabalho de Não há problema o valor de tensão ser maior que O que não é desejável é a tensão ser menor que . Os transistores Os transistores são aqueles mesmos do projeto, ou seja, 2N1893. Se eles não forem possíveis de serem encontrados nas lojas de eletrônica, sugiro olharem as especificações elétricas dele e tentar encontrar algum que seja equivalente ao mesmo. O Transformador Quanto ao transformador, a especificação deve atender dois parâmetros: - A corrente elétrica em um dos lados do TRAFO; - A relação de transformação de tensão entre o primário e secundário. O Circuito retificador A tensão de entrada no regulador de tensão (pino 1 = Vi do componente U1) deve ser maior que sua saída, que é de 5V, ou seja, Vi deve ser pelo menos 7V. Logo, a tensão de saída do transformador, antes de passar pela ponte retificadora, deve ter, aproximadamente . Como a tensão de entrada (primário do Trafo) é de 127Vrms, a relação de transformação deve ser N1/N2 = 127V/9V => N1/N2 = 14. Ou seja, a relação do trafo especificado deve ser de aproximadamente 14.
  15. 15. 6. PROJETO EXECUTADO 6.1. Circuito idealizado 6.1.1. Circuito da bateria FIGURA 15. PROJETO CIRCUITO DA BATERIA Fonte: Adaptação Breno Autran, (2014) 6.1.2. Circuito do Retificador FIGURA 16. PROJETO CIRCUITO DO RETIFICADOR Fonte: Adaptação Breno Autran, (2014) 6.1.3. Circuito da placa fotovoltaica FIGURA 17. PROJETO CIRCUITO DO RETIFICADOR Fonte: Adaptação Breno Autran, (2014)
  16. 16. 6.1.3.1. Croqui sobre a Lógica de controle: FIGURA 18. PROJETO CIRCUITO GERAL COM LÓGICA DE CONTROLE Fonte: Adaptação Breno Autran, (2014) 6.1.3.2. Tabela verdade do demultiplexador TABELA 6. Tabela verdade do demultiplexador Entradas Saídas Portas 11 10 9 13 14 15 12 1 5 2 4 Pinos 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 A 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 B 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 C A B C Fonte: Adaptação dos autores, (2014)
  17. 17. 6.1.4. Circuito projetado com demultiplexador. FIGURA 19. CIRCUITO COMPLETO OPCIONAL CHAVEADO POR DEMULTIPLEXADOR Fonte: Adaptação dos autores, (2014) 6.1.5. Circuito projetado com chave manual FIGURA 20. CIRCUITO COMPLETO OPCIONAL OPERADO POR CHAVE MANUAL Fonte: Adaptação dos autores, (2014)
  18. 18. DESCRIÇÃO DE FUNCIONAMENTO o circuito funciona a partir da: - Obrigatoriamente pela conexão de um celular através da porta USB fêmea através de um "rabicho" apropriado à conexão. Para efeito da simulação substituiu-se a saida USB por um resistor para simular a corrente da bateria do celular requerendo carga e gerando corrente. - No caso deste estudo, onde não se esta lidando com o equipamento fisico, Delega-se ao usuário o acionamento de um entre 3 botões para que ele defina uma das três fontes de energia: (bateria, rede eletrica,placa fotovoltáica) simulando o ato de desembalar e conectar a placa fotovoltáica, ligar a tomada de energia na rede ou baixa carga da bateria de 9V. - A partir da definição da fonte podem-se adotar dois tipos de chaveamento de saída a saber: o O circuito então tendo uma fonte de energia carregada inicia imediatamente a carga do celular conectado, pois o sistema seleciona automaticamente via demultiplexador o circuito correto segundo a fonte de energia selecionada ligando-a a bateria a carregar. o O circuito será acionado diretamente através da seleção manual feita pelo usuário.
  19. 19. 7. CUSTO Segundo Rangel (2004), citando: (apud Vasconcellos, 2002), que a verticalização produtiva se justifica somente se o custo custo de operação for reduzido. Baseando-se neste argumento, os autores visando apresentar um custo de mercado para o produto comercial derivado deste estudo, decidiram basear-se no preço médio de cada componente vendido separadamente no comercio, pois esta comparação permite avaliar a equiparação de preço e o possível ganho na integração em um mesmo processo produtivo gerando um produto integrado de todas as diferentes tecnologias. Pesquisa efetuada pelos autores em sites de e- comerce, na internet, aponta os seguintes preços médios: - Carregador de rede ou bateria entre R$5,00 e R$15,00; - Carregador fotovoltaico entre R$45,00 e R$65,00 Estima-se, considerando a média dentre os diferentes percentuais de ganho em verticalização e ou unificação de processos propostos por Rangel (2004), que o custo final ao consumidor para o produto fique entre R$45,00 a $50,00. gerando um ganho entre 23 a 30% 8. OPORTUNIDADES DE MELHORIA Detectou-se durante o estudo as seguintes possibilidades de melhorias sobre o circuito criado com a aplicação de: - Controlador de corrente; - Fusíveis de proteção FIGURA 21. OPORTUNIDADE DE MELHORIAS AO PROJETO Fonte: Adaptação dos autores, (2014) 9. CONCLUSÃO Os autores avaliam como imprescindível às orientações fornecidas pelos orientadores sendo: - Em Eletrônica Analógica, as orientações do professor MSc. Mario Henrique Pereira Santos que além dos cálculos básicos para cada componente apresentou três aulas praticas de dimensionamento onde incluiu diversas informações de "experiência pratica executiva". - Em Eletrônica Digital, as orientações do professor MSc. Mario Henrique Pereira Santos quanto ao dimensionamento dos transistores e multiplexador. Os autores, também, salientam a grande dificuldade de padronização do processo de compras por parte da cadeia produtiva, no que tange ao atendimento ao cliente pelos fornecedores de componentes eletrônicos, além da dificuldade de se encontrar no mercado exatamente o que foi dimensionado a projeto. Os autores destacam o fato de que no atual estágio do curso de Engenharia a transmissão de conhecimento acadêmico para que Engenheiros em formação possam superar obstáculos sistêmicos no desenvolvimento de conjuntos pode ser melhorada, uma vez que estuda-se apenas os componentes em separados e a exemplo deste estudo atua-se sempre
  20. 20. com conjuntos o que muda as variáveis de dimensionamento. Os autores invocam o fato de que este projeto ser uma inovação no mercado tecnológico, pois apresenta além das características de seus antecessores uma portabilidade diferenciada que lhe permite utilização em vários lugares e a qualquer momento sem necessidade da rede elétrica convencional o que atende a demanda de: - 396.294 pessoas em cidades - 2.352.949 moram na zona rural, - 1,3% ou 728.672 do total de domicílios - 133.237 domicílios na zona urbana; - 595.435 domicílios na área rural. Portando apresenta-se neste estudo um produto com potencial comercial e custo benefício indiscutível, Não obstante a possibilidade de outras melhorias considerando o princípio do melhoramento contínuo, visando a segurança e o designer do equipamento .
  21. 21. 10. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística; (2011); "Censo Demográfico 2010 - Características da população e dos domicílios, Resultados do universo"; Rio de Janeiro, RJ; (2011) ; Disponível em:< http://www.ibge.gov.br/english/estatistica/populacao/censo2010/caracteristicas_da_populacao/resultados_do_univ erso.pdf >, Acesso em: 22 Ago. 2014. GIL, Antônio; (2010); "Como elaborar projetos de pesquisa; 4ª edição. São Paulo, Atlas, 2002, 176p.; Disponível em:< http://www.ebah.com.br/content/ABAAABQtYAJ/como-elaborar-projetos-pesquisa-antonio -carlos- gil >, Acesso em: 16 Set 2014. PRADO Daniel;(2008);Dissertação de Mestrado; "Fabricação e caracterização de uma célula solar à partir do polímero POLI(N-VINILCARBAZOL) PVK dopado com perclorato de lítio"; Escola Politécnica da Universidade de São Paulo; São Paulo - SP; 2008; Disponível em:< file:///C:/Users/User/Downloads/Dissertacao_ Mestrado_USP_Daniel_Augusto_Prado _rev_1%20(2).pdf >, Acesso em: 22 Out. 2014. PEREIRA Arthur; (2011); Monografia; "Usina Solar Fotovoltaica de Juiz de Fora; Faculdade de Engenharia Elétrica da Universidade Federal de Juiz de Fora; Juiz de Fora - MG; 2012; Disponível em:< http://www.ufjf.br/labsolar/files/2011/05/Monografia -Arthur-Augusto-vers%C3%A3o-final.pdf >, Acesso em: 28 Ago. 2014. NBR7039;(1987); "Pilhas e acumuladores elétricos"; Disponível em:< https://www.target.com.br/ Eletroeletro nicoaspx?pp=16&c=29223 >, Acesso em: 07 Set. 2014. BOCCHI, Nerilso. Ferracin, Luiz, Carlos. Biaggio, Sônia, Regina (2000);"Pilhas e Baterias: Funcionamento e Impacto Ambiental". Maio/2000. 7p. "; Disponível em:< http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc11/v11a01.pdf >, Acesso em: 05 Out. 2014. SEDRA; Smith; (1998) - "Microeletrônica", 5ª edição; Makron Books Ltda, São Paulo, 1998.;Disponível em http://www.ebah.com.br/search ?q=sedra+smith >, Acesso em: 16 Set. 2014. MUSSOI; Fernando;VILLAÇA. Marco; (2000); "Capacitores";3ª EDIÇÃO; CEFET SC - CENTRO F EDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE SANTA CATARINA; FLORIANÓPOLIS – OUTUBRO, 2000. Disponível em < http://www.inf.unioeste.br/~reginaldo/informatica/capacitor/capacitor1.pdf>, Acesso em: 22 Set. 2014. TAVEIRA Vinícius (2006);"Projeto De Um Carregador De Celular Utilizando Celulas Fotovoltaicas"; UniCEUB – Centro Universitário de Brasília; Faculdade de Ciências Exatas e Tecnologia – FAET, Engenharia de Computação; Brasília; DF; 2006; Disponível em < http://repositorio.uniceub.br/bitstream/123456789/3282/2/ 20168727.pdf>, Acesso em: 10 Set. 2014.
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