LEDs Parte VII - Montagem

Como era de se esperar o primeiro item a chegar foram os dissipadores. Comprados aqui no Brasil, são de excelente qualidade, muito bacanas.

A partir deste momento começam os trabalhos. 

Baseado nos desenhos dos LEDs fiz um traçado nas placas de modo a distribuir os LEDs como o projetado, Este traçado indica onde pretendo furar para em seguida abrir roscas para a fixação segura dos LEDs. Deste modo posso facilmente trocar os LEDs queimados entre outras manutenções.

Tenho um jogo de machos para abertura de rosca M3, são parafusos pequenos ideal para estes tipos de montagem.

Adquiri 80 parafusos, começei a furação e a abertura das roscas.

Segundo os correios já chegaram no Brasil algumas encomendas.
Vamos esperando a chegada aqui para a continuidade dos trabalhos.

LEDS Parte VI - Fonte de alimentação

Estamos chegando ao ponto final das definições e critérios para  o módulo dos LEDs do projeto.

Falta agora alimentar os LEDs.

Como já tinha dito nos posts anteriores, eu pretendo utilizar no máximo 9 Leds de ~3V por canal, ou seja, cada canal vai usar aproximadamente 30V.

Escolhi uma fonte ($29,95), com as seguintes especificações:

Alimentação 90-132V / 180-264V

Tensão de Saída: 30V

Corrente de Saída: 12A.

Aqui está o desenho mecânico da fonte

Com esta fonte pretendo alimentar todos os meus circuitos que exijam corrente contínua. 

Canal 1 - 9 LEDs Brancos - ~30V / 1A

Canal 2 - 9 LEDs Brancos - ~30V / 1A

Canal 3 - 9 LEDs Azuis - ~30V / 1A

Canal 4 - 9 LEDs Azul Marinho - ~30V / 1A

Canal 5 - 3 LEDs Luz da Lua ~ 10V / 1A

Canal 6 - 2 LEDs Vermelhos ~6V / 1A

Canal 7 - 2 LEDs UV ~ 6V / 1A

Arduino - 12V / 0,3A

Resfriadores - 6x 12V / 0.2A = 12V / 1.2A

Sensores de Temperatura - Ligados no próprio Arduino

Relê - 3-32V / 0,1A

Reserva: 30V / 4A

Como você pode observar, não irei usar apenas 30V, usarei tensões menores, para isso usarei dois redutores de tensão, como estes. ($5,00)

Eles fazem a Conversão (Step Down) de 8-50V para 12V, admitindo uma corrente de 3A, ideal para uso com o Arduino, Os LEDs Luz da Lua e os ventiladores, para os LEDs UV e Vermelhos, terei que fazer outra regulação, tenho um circuito aqui comigo que possui dois canais independentes que fazem a redução de  12V para 3,3 ou 5V. 

No caso dos LEDs UV e Vermelhos pretendo usar este. Na verdade essa é uma opção que não quero pois a corrente máxima de saída segundo especificação, é de 800mA, além do que eu o utilizo na bancada para experimentos com Arduino. 

Vasculhando a NET achei essa imagem:

Que me abriu os olhos para entender que este circuito redutor step down pode permitir a variação de tensão de saída com a adição de um potenciômetro de 20 Ohms, no circuito, preciso esperar esta compra chegar para entender melhor fazer testes e ter a certeza que ele pode me dar 12V para o Arduino, o canal 5 e os ventiladores e 6 V para o Canal 6 e 7. 

LEDs Parte V - Driver

Uma das coisas mais importantes para os circuitos que utilizam LEDs é a estabilidade da corrente e da tensão elétrica.

Extrai parte de um texto do site da Saber eletrônica que explica bem o quero dizer:

"A curva de referência I/V dos LEDs é crítica. Uma pequena variação na tensão direta se transfere para o LED, causando uma forte variação de brilho. Como a corrente depende da tensão, as variações de tensão refletem-se no brilho dos LEDs de forma indesejável. Assim, a melhor maneira de se controlar o brilho é mantendo um controle preciso da corrente circulante pelos LEDs. O circuito mostrado opera desta forma...
Outro fator importante que influi na luminosidade dos LEDs é o dado pela dependência desses componentes com a temperatura. Os LEDs possuem um coeficiente negativo natural de temperatura, o que traz um verdadeiro desafio aos projetistas que tentam ligar esses componentes em paralelo.

Se dois LEDs forem ligados em paralelo, um deles sempre conduzirá um pouco mais que o outro, e isso acarretará uma elevação maior da temperatura deste que conduz mais. O resultado é que, com a elevação da temperatura, a corrente irá aumentar mais ainda e, com isso, teremos uma deriva térmica neste componente que desviará toda a corrente para ele, podendo causar sua queima. Mesmo que ele não queime, a distribuição desigual da corrente fará com que um brilhe mais que o outro.
Para ligar LEDs em série, entretanto, precisamos considerar a queda de tensão em cada um, o que também consiste em um problema de projeto, principalmente quando o circuito opera com baixas tensões."

Observamos que a relação tensão (I) Corrente (V) é extremamente importante para a eficiência luminosa dos LEDs. Para manter esta corrente e tensão constantes, independente dos efeitos de alimentação, disposição e consumo, é empregado o uso de Drivers.

No circuito que quero montar, além da necessidade de Drivers , há a necessidade de se variar a luminosidade dos LEDs através da variação da energia fornecida, essa variação chamamos de dimmer. Felizmente há Drivers no mercado com funcionalidade de Dimmer.

Há várias formas de fazer o dimmer, a forma que vou usar é através do pwm (Pulse-width modulation) modulação da largura de pulso.

Na prática quer dizer que ao aplicarmos energia a uma freqüência definida no driver ele ira fornecer uma tensão específica, variando essa freqüência a tensão também varia.

Felizmente o arduino mega possui pelo menos 10 saídas que trabalham bem o pwm (as saídas de 2 a 11).

O arduino também possui uma funcionalidade excelente que é a possibilidade de utilização de Shields, que são placas padronizadas que podem ser acopladas à placa de processamento, dando ao conjunto novas funcionalidades (um exemplo é colocar um shield com uma tela LCD no Arduino).

Atualmente (como dito antes) eu tenho dois Drivers Meanwell que trabalham muito bem mas que fazem um dimmer de 10 em 10%, e são enormes e um pouco inviáveis para a funcionalidade que pretendo.

Resolvi procurar um shield compatível com arduino mega, que seja um driver, que trabalhe com pwm e seja acessível... Parecia impossível mas achei..... No site ledsee, muito bacana.

Se funcionar como o proposto ele aceita de 5 a 30 volts, tem 6 canais e trabalha com 350mA, 700mA ou 1A cada canal! Perfeito, ou quase, a única coisa negativa é que a alimentação é uma só, caso eu queira 9 LEDs em um canal e 1 em outro tenho que usar um mega resistor que ira dissipar energiaa toa.

Pretendo usa-lo para controlar os 18 LEDs brancos (em dois canais), os 9 Azul e os 9 Azul Marinho. Ao todo serão 4 canais controlando 9 LEDs cada totalizando cerca de 30V por canal que é o limite para a aplicação; os 9 LEDs azul-marinho e os azuis pedem 30,6V, os brancos pedem 30V, então deve estar dentro das limitações do driver.

Para os LEDs da lua, UV e vermelhos, preciso de Drivers menores. Por sorte, no mesmo site ledsee encontro os módulos separados para os LEDs, a um preço bem em conta. Estes não ficarão em forma de shield, mas com capricho também ficarão bacanas.

Vamos aguardar a chegada para iniciar a montagem.
Antes porém tenho que decidir sobre a alimentação!!!!!

Fonte
http://www.sabereletronica.com.br/secoes/leitura/903

LEDs Parte IV - Lentes

Quando fiz minha primeira configuração de LEDs para meu aquário, a alguns anos, não me preocupei com lentes. Mais tarde quando reformei este sistema (uns LEDs tinham queimado), coloquei algumas lentes (Sem nenhum critério) eram lentes de 30˚, perdeu um pouco do rendimento, então desisti de usar.

Desta vez pretendo fazer algo com um pouco mais de cuidado, então vou usar estas lentes. Elas se bem empregadas e bem escolhidas, concentram o fluxo luminoso, aumentando o rendimento do feixe luminoso, mesmo que haja uma perda em virtude da transparência da lente.

Irei usar lentes de 30˚, 60˚, 45˚ e 120˚. Comprei deste fornecedor. Como eu tenho umas lentes de 30˚ (não muito boas) aqui, eu irei usa-las, para não ficar gastando mais com isso.

O critério da quantidade de lentes e sua disposição se baseou num pequeno estudo que fiz desenhando a angulação dos feixes e fazendo a sobreposição deles. 

O trabalho ficou bacana, as lâmpadas de 120˚ traspassaram o aquário mas como o foco luminoso  fica mais fraco na periferia do feixe de luz, creio que irá traspassar pouco.

Neste corte 01, eu fiz no centro, a segunda fileira de lentes de 30˚ será as que tenho em casa. Na disposição dá para ver melhor o que estou falando. Olhe como a parte da frente, onde ficarão os corais com maior necessidade luminosa ficou bem iluminada.

Este corte 02 eu fiz na última fileira de LEDs, ou seja, os LEDs do fundo, meu objetivo era ver o comportamento dos LEDs de 120˚. Olhe como a parte do meio está bem iluminada!

Este estudo também será interessante para eu posicionar os Corais que demandam mais Luz! os pontos de maior intensidade são as laterais.

A disposição final então baseado nos LEDs ficou assim:

Já começei a ficar ansioso pela chegada dos produtos.

A parte "teórica" dos LEDs a gente conclui aqui. Os proximos passos para os LEDs são a montagem propriamente dita. Já comprei os Plugs e fios coloridos, que irão fazer a conexão dos LEDs com o Jarduino.

LEDs Parte III - Disposição

Bom, o problema agora a ser solucionado diz respeito ao calor gerado pelos LEDs de alta potência, aliado a isso tem a configuração da tampa do meu aquário. Muito apertada.

Isso tudo restringe a quantidade de ar circulante na câmara onde ficarão os LEDs. Vou precisar de um dissipador robusto.

Decidi usar um dissipador inteiriço na porção longitudinal do aqua, que tem ao todo 800mm mas com parte útil mesmo de 770mm, como pretendo fazer uma caixa e um sistema de ventilação forçado vou usar um dissipador de 700mm.

Em breve irei postar as fotos da Câmara disponível na tampa do áqua e do projeto de caixa para comportar os LEDs e o dissipador.

Minha surpresa foi a dificuldade de achar um dissipador com as características que preciso. Ele tem que ser extrudado, ou seja, já fabricado em peças grandes na forma desejada, ou seja não é usinado.
Muito difícil de achar.

Depois de muito procurar achei a Prata Dissipadores que tem um catálogo enorme! Fiz um orçamento pelo site, sem muitas esperanças e fui atendido pelo Frank! Muito Simpático, não tinha o que pedi mas sugeriu um similar que atendeu.

Irei comprar duas peças deste da figura de 700mm e uni-los talvez com parafusos. Avaliarei quando chegar!

Terei uma área de 146 x 700 que dá um ótimo layout para os meus 36 LEDs principais e 8 secundários.

A figura abaixo é da configuração dos LEDs, preciso decidir sobre as conexões mas depois posto ela completa.

Com esta disposição, já mostra em proporção real o tamanho dos LEDs em relação as duas barras do dissipador. Assim dispostos, entendo que posso atender a toda a demanda de Luz do aquário.

Mas há um outro problema a pensar. A perda de Luz para fora do aquário em virtude do ângulo de abrangência dos LEDs.... Mas isso fica para outro Post!

LEDs Parte II - Cores

Quanto as cores a serem utilizadas temos outra bela discussão, na verdade há várias opiniões a respeito, muitas delas com grandes embasamentos contas e gráficos.

Compilando de maneira bem simples todos os textos que li a respeito, posso ter, pelo menos, algum critério para poder escolher as cores. Meu interesse não é deixar tudo perfeitamente igual as condições fornecidas pela luz do sol, ou comparar LEDs com outros tipos de fontes de luz, minha intenção apenas é usar LEDs de forma a garantir o mínimo de condições para os meus corais a um custo beneficio que valha todo o esforço e principalmente me divertir.

Então a maioria das informações descritas aqui não tem embasamento cientifico ou cálculos apurados, trata-se de informações colhidas na internet selecionadas com um pouco de bom senso, tratadas levemente com meus conhecimentos de engenharia.
Se algum entendido discordar, "não me agrida" :)
feitas as minhas ressalvas vamos ao que interessa.

A primeira pergunta que me fiz foi porque todo mundo põe luz azul no aquário, tem fundamento ou é só estética?

Uma frase  neste post me fez pensar: porque a cor do mar é azulada se a água (teoricamente) é incolor? A resposta tem a ver com o espectro de cores, somente a luz azul tem intensidade luminosa suficiente para penetrar mais distante nas profundezas da água do que outras cores do espectro luminoso. A Luz, sendo uma onda pode perder força, e como o comprimento de onda é maior para as cores de verde a vermelho, elas tendem a perder intensidade mais facilmente que a cor azul, esta por sua vez chega mais fundo no oceano. Por isso o fundo do oceano tende a ser azulado!

Como, obviamente, nosso objetivo é dar ao nosso Reef as condições mais próximas as do meio ambiente natural, então nada mais justo que "forçar" um pouco de profundeza usando luzes azuis. Há tabelas do espectro luminoso que os corais mais gostam, como neste link.

Mas o sol varia de posição, e o efeito nos oceanos não é estático, como na maioria dos nossos aquários! Pretendo usar o Jarduino e sua poderosa capacidade de variar as cores para criar um efeito de sol mudando de posição! Se essa variação pouco influenciar no desenvolvimento dos corais, pelo menos da um belo efeito no reef.

Quanto ao comprimento de onda do espectro luminoso, vale a informação que nossos olhos felizmente captam a parte do espectro que é útil aos corais e plantas (400 a 700 nm), sendo assim varrendo o mais que posso nesta faixa estarei fazendo bem a mim e aos corais, o sol porém, emite também um comprimento de ondas UV na faixa de 200 a 400, vou usar os LEDs UV para atingir parte deste espectro.

Um outro fator muito marcante é que as zooxantelas (organismos que dão cor e fazem simbiose com os corais) refletem mais com cores próximas ao azul, e ao Ultra-Violeta dando um vivo incrível ao aquário.


Os fatores de tonalidade das cores é medido em Kelvin no caso da luz branca quanto mais azulada, maior o Kelvin, e maior sua penetração água, serão supridos usando canais de luz (branca fria, azul e azul Royal) que variam seus ranges de K ao longo do dia!

Gostei destas conclusões e as seguirei.

Irei escolher 50% de LEDs de luz branca com alto grau de temperatura da cor (mas que não sejam tão caros), 25% de LEDs cor azul normal e 25% de LEDs de cor Azul Marinho, (Azul Royal). Além disso, pretendo simular a luz UV do sol, as diversas fases do dia (Incluindo o por do sol) e as diversas fases da noite (Fases da Lua), então pretendo usar 2 LEDs Vermelhos, 3 LEDS UV e 3 LEDs Azuis (para a lua).

Encomendei os seguintes LEDs:

20 LEDs Brancos
Color Temperature: 6000k a 12000K
DC Forward Voltage (VF): 3.6 ~ 3.8 Vdc
DC Forward Current (IF): Typ 700mA
Viewing Angle: 120 Degrees
Intensity Luminous (Iv): 160 ~ 180 LM
Total $18

10 LEDs Azul Marinho
Power: 3W
Wavelength: 450nm ~ 455nm
DC Forward Voltage (VF): DC3.4V~ 3.8V
DC Forward Current (IF): Typ 700mA
Viewing Angle: 120 Degrees
Intensity Luminous (Iv): 70-80LM
Total $11.50


10 LEDs Azul 
Power: 3W
Wavelength: 455nm ~ 470nm
DC Forward Voltage (VF): DC3.5 ~ 3.8V
DC Forward Current (IF): Typ 700mA
Viewing Angle: 120 Degrees
Intensity Luminous (Iv): 40LM
Total $11.50


3 LEDs UV
Intensity Luminous: 6-10LM
Viewing Angle : 120 Degree
DC Forward Voltage (VF) :DC3.2V~ 3.6V
DC Forward Current (IF) : 700mA
Wavelength: 400NM ~ 410NM
Total $5.99


5 LEDs Vermelhos
Intensity Luminous: 6-10LM
Viewing Angle : 120 Degree
DC Forward Voltage (VF) :DC3.2V~ 3.6V
DC Forward Current (IF) : 700mA
Wavelength: 400NM ~ 410NM
Total $5.25

Para a os Azuis da Lua eu já tenho aqui em casa e seguem os mesmos parâmetros dos 10 Azuis que comprei.

O Site que comprei foi:
Aliexpress.com







http://www.advancedaquarist.com/2006/1/lines/view?searchterm=par
http://www.personal.psu.edu/faculty/s/b/sbj4/aquarium/articles/Photosynthesis.htm

LEDs Parte I - Levantando a Quantidade

Para o projeto dos LEDs li muitas informações na internet, abaixo nas fontes, você pode encontrar uma boa leitura.

Quantidade de LEDs
Tem muita gente que faz contas, dá idéias de como quantificar a quantidade de LEDs ideal etc, etc. Resolvi seguir um post sobre iluminação do site IPAQ. Senão, eu ia ficar a vida toda lendo e não chegava a lugar nenhum tamanha as divergências que há neste tema

Antes a wattagem para aquário era expressa em W/L, hoje com a experiência e contribuição de uma grande comunidade de aquaristas, deve-se levar em conta uma grande relação entre diversos fatores como:

- Potência Desejada
- Superfície de Atuação
- Penetração da luz na água,

Então para conseguir um melhor custo benefício e deixar a luz bacana, vou seguir o post que estou tomando por base, onde é explicado que correto para iluminação por leds é 1W para cada 20 a 50 cm²

Meu aquário possui 80x30 cm de superfície ou seja 2400 cm²
Usando, 1W/25 cm²
Devo precisar de 96W

Pretendo utilizar LEDs de 3W, então vou precisar de 32 Leds de 3W.


Fontes:
http://arcticsilver.com/pdf/appinstruct/aata/ins_aapxy.pdf
http://www.ledgroupbuy.com/choosing-the-right-optic/
http://www.ipaq.org.br/vb/showthread.php?96275-Ilumina%E7%E3o