No ano passado, dissemos-lhe como funcionam as incandescentes luzes de corda de férias, mas deixámos de fora um tópico importante: Luzes de corda de LED. Uma vez que mais consumidores estão a mudar das tradicionais lâmpadas incandescentes para as lâmpadas LED de eficiência energética – particularmente à volta das férias – actualizámos o nosso popular explicador de luz de férias com uma secção para o ajudar a compreender as luzes de corda de LED para férias (e como consertá-las). Recomendamos a leitura de todo o post, porque os LEDs e as lâmpadas incandescentes têm muito em comum.
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How Do Holiday Lights Work?
We’re getting into the holiday spirit here at the Department of Energy. As nossas meias são penduradas pela chaminé com cuidado e temos cordas de luzes a decorar os nossos cubículos. Enquanto amarramos as luzes, queria aprender como funcionam exactamente as luzes das férias. Eis o que descobri.
As luzes de férias são uma óptima maneira de aprender sobre o fluxo da corrente eléctrica. Num circuito simples, incluindo um de uma lâmpada incandescente, a electricidade viaja através de um circuito fechado, passando por cima de um filamento, fazendo com que este brilhe intensamente. Quanto mais corrente passar sobre um filamento, mais quente ficará, mais brilhante arderá, e mais rápido se queimará. Se o circuito for interrompido, ou aberto, nenhuma electricidade passará sobre o filamento e este não se acenderá. Se a corrente for demasiado grande, o filamento derreterá, ou apagar-se-á, fazendo com que o circuito se abra.
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Mas queremos que mais do que uma luz brilhe na nossa árvore de Natal ou ao longo dos telhados das nossas casas. Se desejar ligar várias lâmpadas à mesma fonte de energia, há duas maneiras de o fazer: ou ligar as luzes em série ou em paralelo.
Luzes paralelas vs. Luzes em série
Quando as luzes são ligadas em série, a electricidade passa da fonte de energia para a primeira luz, e depois de luz para luz até voltar à fonte de energia. Nesta configuração, quando um filamento dentro de qualquer lâmpada rebenta, cria um circuito aberto na cablagem. Como mencionámos anteriormente, quando um circuito está incompleto, ou aberto, a electricidade não passa por qualquer um dos fios, fazendo com que todas as luzes se apaguem.
Quando as luzes estão ligadas em paralelo, cada luz está no seu próprio circuito até à fonte de energia. Se um filamento se apagar, não tem qualquer efeito sobre as restantes luzes, pois cada uma delas continua num circuito fechado com a fonte de energia. Verifique a diferença.
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Com cordas de luzes de férias, os engenheiros decidiram que a melhor opção era ligar várias séries de luzes em paralelo. Por outras palavras, as luzes de férias estão tanto em série como em paralelo. Vejamos como isto se parece:
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Desta forma, quando uma série de lâmpadas se torna defeituosa — digamos, de uma lâmpada solta — não deve ter qualquer efeito em nenhuma das outras séries de lâmpadas, uma vez que estão em paralelo com a série defeituosa. É por isso que por vezes apenas uma parte das suas lâmpadas se tornará defeituosa, enquanto outras permanecerão funcionais. Quando cadeias adicionais de luzes são ligadas à extremidade de uma cadeia, estas luzes são adicionadas em paralelo à cadeia original.
Mas e quando uma lâmpada se apaga numa série? Costumava ser que quando uma lâmpada se apagava, toda a série se apagava. Se fosse este o caso, teria de verificar cada lâmpada individualmente para ver qual delas se apagava. Se várias lâmpadas fossem apagadas, isto tornar-se-ia extremamente difícil.
p>Entrar a “derivação”. O que é um “shunt”, perguntam vocês? Eu digo-lhe!
Shunts and Fuses Save the Day
Um shunt é qualquer dispositivo que permite que a corrente continue a fluir através de um circuito, criando um caminho de menor resistência do que o caminho original. Nas luzes incandescentes de férias, as shunts são pequenos fios enrolados por baixo do filamento. Inicialmente, são revestidas com uma substância que as torna um isolante. Por outras palavras, a electricidade não pode passar através do shunt enquanto o filamento existir, porque o revestimento dá ao shunt uma maior resistência inicialmente do que o filamento, e a corrente eléctrica evita o shunt a fim de encontrar o caminho de menor resistência através do filamento.
Se o filamento se queimar, no entanto, a alta temperatura da queima fará com que a substância que reveste o shunt derreta, revelando o fio de menor resistência por baixo do filamento. Agora o shunt passou de um isolador para um condutor, e a corrente passa ao longo do shunt, mantendo o circuito fechado, e as restantes luzes a arder. Verifique abaixo.
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p>Recentemente, quando estava a colocar as luzes, tropecei num fio e as luzes apagaram-se. O fio de luzes permaneceu ligado e fiquei bloqueado quanto ao que aconteceu. Desliguei, liguei novamente… desliguei, liguei novamente o fio. Nada. Depois veio ter comigo. “O rastilho!” Eu disse sob o meu fôlego. Devo ter causado algum tipo de curto-circuito quando sacudi o fio.
Embora as manobras sirvam para reparar um circuito aberto, os fusíveis funcionam para evitar danos devido a um curto-circuito ou qualquer outro aumento dramático da corrente. Um curto-circuito é o oposto de uma corrente aberta. Por outras palavras, um curto-circuito é causado quando a corrente eléctrica encontra um caminho não intencional de menor resistência. A uma tensão constante, isto causa um pico de corrente, que pode causar uma variedade de problemas — alguns leves (aumento da taxa de queima das lâmpadas incandescentes) e outros graves (sobreaquecimento do sistema e incêndios).
Fusíveis são características de segurança importantes para muitos aparelhos eléctricos, mas a maioria de nós nem sequer sabe que eles estão lá. Nas luzes de férias, o fusível pode ser encontrado perto da parte do cordão que se liga à parede, muitas vezes chamado — e não estou a inventar isto — a extremidade masculina do fio. Normalmente, o fusível é acessível através de uma pequena porta de plástico na ficha que pode ser aberta e fechada para substituir o fusível.
À medida que a corrente eléctrica dentro de um fio aumenta, o fio pode aquecer, por vezes causando derretimento ou mesmo incêndios. Para evitar isto, os fusíveis foram introduzidos como os chamados “dispositivos de sacrifício” (tão altruísta deles!). Quando a corrente aumenta para além de um nível seguro, em vez de o fio derreter ou a sua árvore de Natal se incendiar, o fusível abre o circuito em segurança, evitando muitos cenários desastrosos.
Fusíveis são tipicamente pequenas secções de fio substituível, classificadas a um nível máximo de corrente. Como são mais delicados do que o resto da cablagem, um fusível queimará antes que a sobre-corrente tenha a oportunidade de sobreaquecer outras porções do fio de luz. Quando um fusível se parte, o circuito torna-se incompleto e a corrente não pode fluir através do resto do circuito.
Então E as Minhas Novas Luzes LED de Férias?
Fios de luz LED de férias estão a tornar-se mais populares. São mais resistentes, duram mais tempo e consomem 70 por cento menos energia do que os feixes de luz incandescentes convencionais. Custa apenas $0,27 para acender uma árvore de 6 pés durante 12 horas por dia durante 40 dias com LEDs, em comparação com $10 para luzes incandescentes. Além disso, é significativamente menos provável que se queimem ou partam em comparação com os seus precursores incandescentes. Porque é que isto?
Embora a tecnologia de luz incandescente seja relativamente simples (um filamento aquecido brilha muito como qualquer brasa num incêndio), a mecânica das luzes LED é muito mais sofisticada. É necessário um pouco de conhecimento da física das partículas para compreender, mas vou dar-vos a versão rápida: Um díodo consiste em algo chamado junção p-n – dois materiais semicondutores um ao lado do outro, um com carga positiva (p) e outro com carga negativa (n). Quando é aplicada corrente ao sistema, os electrões do lado negativo deslocam-se para o lado positivo. No lado positivo, as partículas chamadas “buracos de electrões” movem-se em direcção ao lado negativo. Quando um electrão e um buraco de electrões colidem, uma pequena quantidade de energia é libertada como um fotão. O resultado é a luz visível que vemos num LED.
LEDs são ligados em série-paralela, tal como as lâmpadas tradicionais que descrevemos acima. Ao contrário das lâmpadas incandescentes, no entanto, os LEDs não fazem normalmente uso de shunts. Quando as lâmpadas incandescentes falham, o filamento em falta provoca um circuito aberto — um aumento drástico da resistência demasiado elevado para que a corrente passe. Por outro lado, quando um LED falha, tipicamente curto-circuita, criando um caminho de menor resistência. Isto toma essencialmente o lugar de um shunt, tornando desnecessárias as derivações para os LEDs.
Qual é o mal das Minhas Luzes?
Por isso, agora que compreendemos a mecânica das luzes de férias, vamos abordar alguns problemas comuns com que nos deparamos e como resolvê-los.