Ter um LED indicador no painel de um aparelho, numa tomada para indicar que ele está ligado ou que existe energia disponível é algo que muitos desejam. Também existe a possibilidade de se colocar um indicador luminoso num interruptor para mostrar sua localização no escuro, quando uma lâmpada estiver apagada. Isso pode ser feito com LEDs energizados diretamente pela rede de energia. Veja neste artigo como fazer isso.
Uma solução que até antão era a mais adotada para indicar com um ponto de luz se havia energia numa tomada ou um aparelho estava ligado era a que fazia uso de uma lâmpada neon.
Esta solução também era vista em interruptores de luz que tinham uma pequena lâmpada neon que acendia quando o interruptor era aberto (lâmpada apagada), indicando sua posição.
Na figura 1 temos um exemplo de indicador de interruptor que publicamos há um bom tempo, mas que ainda pode ser implementado, pois pequenas lâmpadas neon podem ainda ser encontradas com facilidade no mercado especializado.
Nesta configuração mais elaborada a lâmpada fica piscando numa velocidade que depende do capacitor.
No entanto, para simples acendimento da lâmpada neon basta retirar o diodo e o capacitor, o que reduz o indicador para dois componentes.
O mesmo circuito pode ser usado para indicar o funcionamento de aparelhos e a disponibilidade de energia numa tomada.
A vantagem deste circuito está nas características da lâmpada neon que exige uma alta tensão para acender (acima de 80 V), mas a corrente é da ordem de microampères o que significa o consumo de energia desprezível.
Atualmente, os LEDs estão tomando conta de todas as aplicações que exigem uma fonte de luz.
Baratos e disponíveis numa grande variedade de cores eles, entretanto, têm uma desvantagem em relação às lâmpadas neon: precisam de uma corrente maior para funcionar.
Mas, mesmo assim, se soubermos trabalhar com eles, teremos excelentes indicadores de interruptores, de funcionamento de aparelhos e ainda de disponibilidade de energia em tomas.
Vejamos como isso é possível.
Usando LEDs
Em nosso artigo ART055 (LEDs em 110 V e 220 V) demos diversas configurações que permitem usar LEDs a partir de uma alimentação de 110 V ou 220 V.
No entanto, estes circuito visavam antes ligar muitos LEDs para se obter iluminação (lâmpadas de LEDs) ou ainda efeitos (tiras de LEDs).
Para um indicador de interruptor ou tomada precisamos de circuitos diferentes. Precisamos antes circuitos que acionem apenas um LED e que tenham consumo muito baixo.
Para esta finalidade temos diversas opções.
1-Redução por resistor
A desvantagem da redução por resistor está no fato de que os resistores dissipam calor. Será tanto mais calor quanto maior for a corrente no LED indicador.
No caso da lâmpada neon não havia este problema, pois a corrente dessas lâmpadas são extremamente baixas, da ordem de 0,1 mA, o que, com um resistor de 1 M significa uma dissipação de apenas:
P = R x I2
P = 106 x 10-4 x 10-4
P = 10-2
P = 0,01 W
Para um LED de 10 mA, desprezando os 2 V que aparecem no LED e a tensão de 110 V, temos uma potência de.
P = 110/0,01
P = 1,1 W
Veja que ainda que baixa, trata-se de uma potência 100 vezes maior do que no caso de uma lâmpada neon.
É claro que se considerarmos que 1 kWh custa algo em torno de R$ 0,50, um indicador resistivo teria de funcionar 1 000 horas para gastar esse valor.
O resistor R redutor para o circuito da figura 2 é calculado pela seguinte fórmula.
R = (V/I)/2
Onde:
R é o valor do resistor em Ω
I é a corrente desejada no LED
V é a tensão da rede de energia
O valor é dividido por 2 porque, como o diodo D2 conduzindo metade dos semiciclos, devemos calcular um resistor para o dobro da corrente do LED.
Por exemplo, para 110 V e um LED de 5 mA, temos um resistor de:
R = (110/0,005)/2
R = 22k/2
R = 11 kΩ
Podemos aproximar para o valor comercial mais próximo de 12k.
A potência dissipada será:
P = 110 x 0,005
P = 0,55 W
Um resistor de 1 W deve ser suficiente.
Para menor consumo, reduz a corrente do LEDs. LEDs comuns como indicadores podem funcionar bem com correntes tão baixas como 1 mA.
Também podemos ter menor consumo usando um diodo a mais, conforme mostra a figura 3.
Para este circuito, o resistor será calculado por:
R = V/I
Onde:
R é o valor do resistor em Ω
I é a corrente desejada no LED
V é a tensão da rede de energia
2 - Redução por capacitor
Redução por capacitor, ou aproveitando-se a reatância capacitiva de um capacitor num circuito de corrente alternada tem por vantagem ter uma dissipação de calor muito menor e com isso um gasto insignificante de energia.
O circuito típico para esse redutor é mostrado na figura 4.
A reatância capacitiva apresentada por um capacitor num circuito de corrente alternada é calculada pela fórmula:
Xc = 1/(2 x ? x f x C)
Onde:
Xc é a reatância capacitiva, em Ω
f é a frequência da corrente alternada do circuito, em hertz
C é a capacitância do capacitor, em farads ? é a constante 3,14
No nosso caso, partimos do calculo anterior, tomando como reatância o valor da resistência do resistor que deve ser ligado em série com o LED, por exemplo, 22k para uma corrente da ordem de 0,5 mA.
Temos: f = 60 Hz
C = ?
Xc = 22 k ou 22 x 103 Ω
Aplicando a fórmula:
Xc = 1/(2 x 3,14 x f x C)
Temos:
22 x 103 = 1/(2 x 3,14 x 60 x C)
22 x 103 = 1/(376,8 x C)
C = 1/(22 x 103 x 376,8)
C = 1/ (82 896 x 103)
C = 1/82 x 10-6
C = 0,012 x 10-6
C = 12 nF
3 - Redução por capacitor sem diodo com dois LEDs
Podemos retirar o diodo retificador do circuito substituindo por um segundo LED, de modo que um dos LEDs acenda no semiciclo positivo da tensão de alimentação e o outro LED no semiciclo negativo, conforme mostra a figura 5.
O cálculo de C é feito como no caso anterior.
4 - Redução em série
Uma outra maneira de se agregar um LED indicador é usando um diodos em série com a alimentação.
Esse processo, mostrado na figura 6 é recomendado apenas nos casos em que o consumo do aparelho monitorado não é alto, menos de 100 W.
Nesse processo, os diodos produzem uma pequena queda de tensão no aparelho alimentado, da ordem de 2 V, tensão essa que é usada para alimentar o LED indicador.
Na figura 6 temos o indicador, usando diodos 1N4004 para a rede de 110 V e 1N4007 para a rede de 220 V.
5 - Indicação no secundário de transformadores
Finalmente se o aparelho que deve ser monitora já possui um transformador que abaixa a tensão, a ligação do LED pode ser feita no seu secundário, na saída da fonte, conforme mostra a figura 7.
O resistor em série com o LED é calculado da seguinte forma:
Para limitar a corrente num LED precisamos conhecer a tensão de entrada, e a corrente no LED para podermos calcular o resistor que deve ser usado. A fórmula seguinte é utilizada para estes cálculos.
O valor 1,6 é para LEDs vermelhos. Para verdes e amarelos use 1,8 V ou 2 V e para LEDs brancos 2,7 V.
Para calcular a dissipação do resistor, multiplique o valor do resistor (R) pelo valor da corrente ao quadrado (I2). Dê uma margem de segurança usando um resistor com o dobro da dissipação calculada.
