215 DIY solar power box fan air filter/pt

O filtro de ar solar faça-você-mesmo, projetado pela Radiant Enterprises, é um projeto que visa criar um filtro de ar acessível e replicável para uso em casos de queda de energia. Foi desenvolvido durante o semestre da primavera de 2022 na Cal Poly Humboldt . A motivação para este projeto foi criar um design que fosse útil em situações de emergência e que tivesse impacto em larga escala. O documento técnico completo do projeto pode ser encontrado aqui .

A Appropedia é um site onde milhares de usuários publicam soluções de design sustentável para que outros possam replicá-las. Uma das principais diretrizes da Appropedia é "desenvolver e compartilhar soluções colaborativas em sustentabilidade, redução da pobreza e desenvolvimento internacional por meio do uso de princípios sólidos e tecnologia apropriada, pesquisa original e informações sobre projetos". ^{[ 1 ]} Anteriormente, não havia na Appropedia um projeto para um sistema de filtragem de ar que funcionasse em situações de emergência que resultassem em queda de energia. O Diretor Executivo da fundação, Emilio Velis, percebeu esse problema e incumbiu nossa equipe, a Radiant Enterprises, de resolvê-lo. Emilio é um engenheiro cuja paixão por ajudar comunidades a resolver problemas implementando tecnologias apropriadas é uma das principais motivações por trás de seu trabalho na Appropedia. A Radiant Enterprises é composta por três estudantes de engenharia ambiental da Cal Poly Humboldt. Nossos membros, Hudson Mierau , Joe Rosenquist e Kyle Wolfe, formaram essa equipe na primavera de 2022 para enfrentar desafios de design no curso ENGR215 Introdução ao Design . Nosso projeto se baseia no trabalho inicial de um projeto de filtro de ar faça-você-mesmo desenvolvido por Bikash Pradhan, Nicole Salas e Amin Younes para a disciplina de Engenharia 535, Tecnologia de Desenvolvimento, na Cal Poly Humboldt. ^{[ 2 ]} A página deles na Appropedia e o documento de projeto são leituras recomendadas para aqueles que desejam informações mais detalhadas sobre o desempenho do projeto do filtro de ar quando conectado a uma fonte de alimentação ininterrupta.

O objetivo do projeto da Radiant Enterprises é criar uma unidade de filtragem de ar replicável e alimentada por energia solar. Um dos principais objetivos era tornar as instruções para construir este projeto facilmente acessíveis através de uma página na Appropedia. Os materiais utilizados serão de fácil acesso em todo o mundo ou, alternativamente, substituíveis por outros materiais similares. O produto em si deve incluir uma bateria com carregamento solar, visando uma longa vida útil e um indicador de carga. O Filtro de Ar Solar DIY deve ser priorizado para lidar com problemas de qualidade do ar decorrentes de desastres naturais; no entanto, ele pode ser adaptado para filtrar o ar interno e reduzir patógenos como os que causam a COVID-19.

Os critérios foram criados pela equipe com a aprovação do cliente. Abaixo, listamos nossos critérios com suas definições e importância em uma escala de 1 a 10, sendo 1 o menos importante e 10 praticamente essencial.

Critérios de projeto

Para nossa primeira rodada de prototipagem, decidimos montar a unidade de ventilador/filtro do nosso projeto para verificar a facilidade de montagem. Outro objetivo deste protótipo era testar o consumo de energia do próprio ventilador. Descobrimos que este projeto funcionaria bem para o nosso produto final, então continuamos a usá-lo no restante do projeto com uma modificação adicional: a carenagem do ventilador. A carenagem do ventilador aumenta o fluxo de ar direcional líquido, reduzindo o fluxo contrário nos cantos do ventilador sem aumentar o consumo de energia. ^{[ 3 ]} Dependendo do modelo de ventilador utilizado, a carenagem pode aumentar a eficiência do fluxo de ar em 38-47%. ^{[ 4 ]} Uma carenagem recortada de 15 polegadas de diâmetro foi usada para o nosso ventilador Lasko, pois foi determinado que esse é o tamanho ideal. Um guia para determinar o tamanho de uma carenagem de ventilador pode ser encontrado aqui .

Em seguida, quisemos criar um protótipo da montagem dos nossos componentes elétricos. Isso foi feito com materiais descartados, como caixas pequenas, tecido, fita adesiva e outros materiais diversos para representar cada componente elétrico. Descobrimos que, com as instruções adequadas, essa fiação seria relativamente simples de ser replicada por qualquer pessoa.

O projeto final foi simplesmente chamado de Filtro de Ar Solar Faça Você Mesmo. Ele consiste em dois aparelhos: um com o ventilador e os filtros montados em um filtro de ar e outro que abriga os componentes elétricos. Os componentes elétricos, incluindo o painel solar, a bateria, o controlador de carga e o inversor, são armazenados do lado de fora, e uma extensão elétrica leva energia para o aparelho do filtro de ar dentro do edifício. Um temporizador eletrônico é conectado para ligar e desligar o ventilador em intervalos definidos, mantendo o ambiente filtrado e, ao mesmo tempo, economizando energia.

Dois testes foram realizados para avaliar o sucesso do nosso projeto. O primeiro teste mediu a autonomia do sistema funcionando exclusivamente com a energia fornecida pela bateria. Com a bateria totalmente carregada a 13,0 V, o ventilador foi operado na velocidade mínima e o ciclo de trabalho do temporizador do aparelho foi configurado para 1/4 (1 minuto ligado, 3 minutos desligado). Nessas condições, o sistema funcionou por 27,6 horas antes de se desconectar devido à baixa tensão de 11,5 V.

O segundo teste mediu o tempo de recarga usando o painel solar sem carga. Durante 8 horas de sol esparso e nuvens, a voltagem da bateria aumentou em 0,8 V, o que lhe daria energia suficiente para alimentar o sistema de forma autônoma por mais 24 horas. Se a carga tivesse sido conectada durante esse período de recarga, o sistema poderia ter funcionado continuamente e ainda teria carga suficiente na bateria para durar mais 16 horas sem sol. Com base nesses resultados, o projeto deveria, teoricamente, ser capaz de funcionar continuamente sem interrupções. No entanto, a quantidade de luz solar durante o período de recarga é a maior variável que pode afetar o funcionamento do sistema; portanto, períodos do dia com pouca luz solar devido às condições climáticas podem causar paralisações no funcionamento do filtro de ar.

Embora a eficácia de filtragem do filtro não tenha sido medida diretamente, simulamos a qualidade do ar interno com o filtro em funcionamento usando este modelo do Excel criado pelo Dr. Peter Alstone, Elizabeth Odell, Malcolm Moncheur e Tanya Garcia do Schatz Energy Research Center da Cal Poly Humboldt. ^{[ 5 ]} Os parâmetros utilizados foram os seguintes: uma sala de 220 pés quadrados com um pé-direito de 8 pés (1760 pés cúbicos), que corresponde ao tamanho de um quarto principal; uma concentração de PM2,5 no ar externo de 250 microgramas por metro cúbico, classificada como muito prejudicial à saúde pela EPA dos EUA. ^{[ 6 ]} A taxa de infiltração de ar foi definida em 0,8 trocas de ar por hora, o que representa uma sala relativamente bem vedada. A vazão do filtro de ar utilizada foi de 300 CFM, que representa a vazão média do ventilador na velocidade baixa (1200 CFM) com um ciclo de trabalho de 1/4. Por fim, a eficiência do filtro foi definida em 50%. Embora os filtros MERV 13 devam, teoricamente, filtrar mais de 90% das partículas do tamanho do material particulado da fumaça, a baixa velocidade do ar proporcionada pelos filtros caseiros resulta em uma queda na eficiência para entre 48% e 67%. ^{[ 7 ]} Esses parâmetros resultaram em uma concentração média de PM2,5 no ar interno de 32 microgramas por metro cúbico, conforme mostrado visualmente no gráfico abaixo. Essa concentração corresponde a um IQA moderado, associado à seguinte recomendação da EPA dos EUA: "Pessoas excepcionalmente sensíveis devem considerar reduzir o esforço prolongado ou intenso". ^{[ 6 ]}

Componentes utilizados no projeto

A montagem deste projeto também requer algumas ferramentas, incluindo um alicate de corte/decapagem/crimpagem de fios, as ferramentas necessárias para cortar o material escolhido para a carcaça (no nosso caso, tesoura ou estilete para papelão), uma régua ou outro instrumento de medição/faixa reta e um lápis ou caneta. Um multímetro é útil para solucionar problemas de conexão durante a instalação dos componentes elétricos.

As instruções para construir a parte do filtro de ar "faça você mesmo" deste projeto são fornecidas abaixo, tanto em vídeo quanto por escrito. Para instruções mais detalhadas, consulte o projeto de filtro de ar "faça você mesmo" .

Como construir um ventilador e um filtro de ar caseiro

Um guia em vídeo sobre como montar o filtro de ar faça-você-mesmo.

Palavras-chave: filtro de ar faça você mesmo , montagem

Autores: Hudson Mierau , Joe Rosenquist , Kyle Wolfe (também conhecido como Radiant Enterprises)

Data: 03/05/2022

Localização: Califórnia

Idioma: Inglês (en)

Anotações:

• 0:00 Introdução e materiais
• 0:55 Instalando filtros no ventilador
• 2:03 Criando recortes de papelão para selar a parte superior e inferior
• 3:47 Como selar cantos circulares com suportes de papelão
• 5:01 Criando o sudário
• 7:09 Notas sobre a fita adesiva na cobertura

1

Coloque o ventilador com a face voltada para baixo (de forma que a parte que sopra o ar fique voltada para baixo) sobre uma superfície plana. Alinhe a borda inferior de um dos filtros com a borda inferior do ventilador e a borda lateral do filtro com a lateral direita do ventilador. Coloque duas tiras de fita adesiva temporárias para manter o filtro no lugar, mas que possam ser removidas se necessário. Levante este filtro e repita o processo com o segundo filtro, alinhando a parte inferior com a parte inferior do ventilador e a lateral com a lateral esquerda do ventilador.

2

Gire os dois filtros para cima e alinhe os lados sem fita adesiva perto do centro do ventilador. Prenda essa junção com mais dois pedaços de fita adesiva temporária.

3

Coloque cuidadosamente o conjunto ventilador-filtro sobre um pedaço grande de papelão e trace o contorno da parte inferior dos filtros. Basta traçar o contorno dos filtros, pois o papelão não precisa se estender por baixo do ventilador. Trace até a borda frontal dos filtros e pare. Mova cuidadosamente o ventilador e os filtros e use uma régua para conectar as extremidades do traçado. Esta peça será usada para selar a parte inferior da unidade. Recorte esta peça e, em seguida, trace e recorte uma cópia idêntica para usar na parte superior. Em ambos os casos, recorte uma peça maior do que você acha que será necessário, pois a peça sempre poderá ser reduzida posteriormente.

4

Coloque o ventilador cuidadosamente de cabeça para baixo, de forma que a peça de papelão da base possa ser fixada. Alinhe as três bordas do triângulo de papelão com as bordas dos filtros e do ventilador da melhor maneira possível. Se alguma área ultrapassar as bordas dos filtros ou do ventilador, apare cuidadosamente o excesso. Em seguida, como mostrado na foto, fixe esta peça aos filtros. Use pequenos pedaços de fita adesiva primeiro para manter tudo no lugar e, em seguida, reforce com uma ou duas tiras de fita adesiva mais longas. Observe que, em todos os casos de vedação com fita adesiva, recomenda-se que a vedação seja o mais hermética possível para maximizar a eficiência do filtro. Observe também, próximo à parte superior da figura, que o cabo de alimentação do ventilador, que se conecta à parte traseira do ventilador, passa entre o ventilador e a base de papelão. Ele será devidamente vedado posteriormente.

5

Virando o ventilador, a tampa de papelão pode agora ser fixada na parte superior do ventilador de forma semelhante. Esta peça deve alinhar-se com as bordas dos filtros e a parte traseira do ventilador. Como os filtros são mais curtos que o ventilador, o papelão ficará abaixo da altura do ventilador, o que não tem problema. Isso será selado posteriormente. Por enquanto, sele a tampa de papelão com os dois filtros e vede bem a junção entre eles.

6

Devido ao formato arredondado da ventoinha sobre as bordas quadradas dos filtros, haverá falhas na vedação da unidade em cada um dos cantos. Para vedá-las, coloque a unidade com a face para baixo sobre um pedaço de papelão, contornando sua curvatura. Certifique-se de que haja espessura suficiente entre o contorno e as bordas do papelão para vedar completamente esses cantos (alguns centímetros devem ser suficientes; sempre deixe mais do que você acha necessário e apare o excesso posteriormente). A imagem mostra esse contorno. Recorte este pedaço e contorne 3 pedaços semelhantes para os outros 3 cantos.

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Após cortar o pedaço de papelão para que se ajuste melhor ao espaço que está preenchendo, ele deve encaixar na quina do ventilador. Observe que o papelão não ficará alinhado com o filtro de ar atrás dele, pois o filtro de ar está em um ângulo. Corte essa borda para que fique com uma largura próxima à extensão em que o filtro atrás dela se projeta.

8

Esta peça é fixada com fita adesiva. Observe que são utilizadas várias camadas de fita para garantir uma vedação o mais hermética possível, já que aplicar fita em uma borda curva é mais difícil com apenas uma camada. Repita o processo com as outras três peças de canto. Concluída esta etapa, inspecione a unidade e certifique-se de que todas as conexões entre os componentes estejam vedadas. Isso pode incluir as conexões entre o ventilador e as partes superior e inferior de papelão, bem como as laterais do ventilador e cada filtro. Caso ocorra alguma ruptura na vedação, vede-a com mais fita adesiva.

9

A cobertura pode ser montada usando qualquer pedaço de papelão restante da embalagem do ventilador de caixa. Meça o diâmetro do recorte com base na marca do ventilador (15 polegadas de diâmetro para Lasko, 14,5 para Utilitech), deixando espaço suficiente nas laterais para cobrir completamente a frente do ventilador. Marque o centro e crie linhas-guia medindo do centro até o raio.

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Se tiver um compasso disponível, use-o para criar uma marcação circular do centro até as linhas-guia. Caso contrário, basta prender um pedaço de material flexível, como um barbante ou arame, na marcação central, segurar uma caneta na ponta contra a linha-guia e girar em torno do centro.

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Utilize a marcação circular para riscar e perfurar cuidadosamente a circunferência com uma faca ou a ponta de uma tesoura.

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Este papelão vincado agora pode ser facilmente cortado ao longo das perfurações. Remova o centro circular e apare as bordas para que se ajustem à face do ventilador de caixa.

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Por fim, prenda a proteção ao ventilador de caixa com fita adesiva, contornando as bordas do papelão.

As instruções sobre como conectar os componentes elétricos do sistema de energia solar são fornecidas abaixo, tanto em formato de vídeo quanto por escrito.

Montagem Eletrônica

Um guia em vídeo sobre como conectar os componentes elétricos para o filtro de ar solar "faça você mesmo".

Palavras-chave: Solar , elétrica , fiação , montagem

Autores: Hudson Mierau , Joe Rosenquist , Kyle Wolfe (também conhecido como Radiant Enterprises)

Data: 03/05/2022

Localização: Califórnia

Idioma: Inglês (en)

Anotações:

• 0:00 Materiais
• 2:35 Conectando a bateria
• 5:30 Conectando a bateria ao controlador de carga
• 6:39 Conectando os conectores MC4 ao painel solar
• 8:36 Conectando o painel solar ao controlador de carga
• 8:56 Desmontando o plugue do inversor
• 9:45 Conectando o inversor ao controlador de carga

1

Esta etapa da montagem é mais propensa a erros do que a anterior, portanto, siga as instruções cuidadosamente. As instruções são as seguintes: Corte dois pés (aproximadamente 60 cm) de fio de calibre 14 e desencape as pontas.

2

Insira um fusível de 20 amperes no porta-fusível conforme mostrado. Observe que o fio do porta-fusível já está desencapado. Pode ser necessário desencapar mais fios posteriormente.

3

Una esses fios com um conector de fios. Idealmente, o fusível deve estar o mais próximo possível da bateria; portanto, se houver uma extremidade visivelmente mais longa no porta-fusível, conecte essa extremidade ao fio. Em seguida, crimpe um terminal de anel na extremidade mais curta do porta-fusível, conforme mostrado.

4

Corte mais um pedaço de fio de calibre 14 com cerca de 60 cm (dois pés) e desencape ambas as extremidades. Conecte um segundo terminal de anel a uma das extremidades. Em seguida, conecte esses fios à bateria conforme mostrado na Figura 18. O fio com o fusível deve ser conectado ao terminal positivo da bateria e o fio sem fusível ao terminal negativo. Tenha cuidado para não encostar as extremidades desses fios uma na outra, nem em qualquer material condutor entre os dois ou entre os terminais, pois isso causará um curto-circuito na bateria e poderá ferir o usuário ou até mesmo iniciar um incêndio.

5

Localize os terminais positivo e negativo da bateria no controlador de carga. Conecte o fio positivo ao terminal positivo e o fio negativo ao terminal negativo. Se isso for feito corretamente e a bateria estiver carregada, o controlador de carga deverá ligar conforme mostrado.

6

Para conectar o painel ao controlador de carga, desencape duas pontas de fio com a bitola adequada (usamos 90 cm de fio 14 AWG em cada direção) e localize um conector MC4 macho e um conector MC4 fêmea. No kit de conectores, localize os pinos. O pino maior é o pino fêmea que se encaixa no conector MC4 macho, enquanto o pino menor é o pino macho que se encaixa no conector MC4 fêmea. As imagens mostram os conectores MC4 e seus respectivos pinos.

7

Deslize os pinos sobre os fios desencapados e crimpe as extremidades. Esta tarefa pode ser um pouco desafiadora sem um alicate de crimpagem com catraca. Trabalhe lentamente ao redor das bordas externas na parte inferior até que a conexão esteja segura o suficiente para oferecer resistência ao puxá-la e não se solte do fio. Como em todas as conexões, verifique a condutividade antes de prosseguir.

8

Desmonte o conector MC4 desaparafusando a parte superior. Passe o fio crimpado e o pino pela parte superior desaparafusada do conector e, em seguida, insira o pino na parte inferior do conector MC4. Você deverá ouvir um clique quando a conexão entre o pino e o conector MC4 for estabelecida. Recoloque a parte superior do conector.

9

Os fios conectados aos conectores MC4 agora podem ser conectados aos conectores MC4 do painel solar. Macho com fêmea, fêmea com macho. Observe qual conector do painel é o positivo e qual é o negativo. O conector MC4 macho no painel geralmente é o positivo. Conecte as extremidades desencapadas dos fios (opostas à conexão MC4) aos terminais positivo e negativo correspondentes do controlador de carga.

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O inversor provavelmente vem com dois conjuntos de fios: um com conectores de clipe e outro com um plugue macho para acendedor de cigarros. Ambos devem ter terminais de anel nas extremidades. Corte o plugue do acendedor ou os clipes do fio, dependendo de qual será utilizado no projeto (optamos por cortar o plugue do acendedor). Para fazer isso, abra o plugue do acendedor e desconecte os fios de quaisquer componentes como molas, fusíveis e terminais de aterramento.

11

Separe um pouco o fio e desencape o suficiente de cada um para conectá-los aos terminais de carga do controlador de carga. Observe qual fio corresponde a qual anel e certifique-se de que o fio conectado ao terminal positivo do controlador de carga esteja conectado ao terminal positivo do inversor e que o terminal negativo do controlador de carga esteja conectado ao terminal negativo do inversor. Se tudo estiver conectado corretamente até aqui, o inversor deverá ligar.

Tabela de Custos

Instructions on how to set up the solar power system and operate the DIY air filter are provided below as both a video guide and written instructions.

How to Operate the Solar DIY Air Filter

A video guide on how to operate the Solar Powered DIY Air Filter.

Keywords: Solar, electrical, wiring, assembly

Authors: Hudson Mierau, Joe Rosenquist, Kyle Wolfe also known as Radiant Enterprises

Date: 2022-05-03

Location: California

Language: English (en)

Annotations:

• 0:00 Solar Panel Setup
• 0:49 Timer Setup
• 1:12 Filter Setup
• 1:34 Trickle Charger Setup

During times where the building being filtered has electrical power, the air filter unit can simply be plugged into the wall and run constantly. Additionally, keep the 12 V battery connected to the trickle charger and plugged into a wall outlet when electrical power is available. For instances where electrical power is not available, use the solar panel and other electrical components to power the air filter unit. Below are the steps to set up and run this unit off of solar power.

Find a location outside where the panel will receive plenty of sunlight during the day. Determine the optimal angle at which the panel will be most perpendicular to the sun; this is dependent on the latitude it is placed at and the time of year. Assuming that the panel is to be set up for use during the summer at a latitude of 30° North, facing the panel Southward at an angle of 15° will yield optimal energy production for the summer months. At any latitude X°, the optimal summer angle will be at (X - 15)°. Forpanels in the northern hemisphere, they will face southward and vice versa. The equation sin(θ)×P=Hcan be used to solve for the height H at which the solar panel of length P will need to be placed in order to match the desired angle θ.

The rest of the components should be carefully stationed nearby. We recommend storing the battery, charge controller, and inverter underneath the solar panel in a container. Plug an extension cord into the inverter and then run it into the desired building through a cracked door or window. Seal up as much of the cracked door or window as possible with spare clothes, rags or duct tape to prevent as much particulate matter from entering the building as possible. Depending on where the solar panel is set up, multiple or longer extension cords may be needed.

Passe o cabo de extensão até o local desejado para a unidade de filtragem de ar. Conecte o temporizador do aparelho ao cabo de extensão e, em seguida, conecte o cabo de extensão ao aparelho de filtragem. Ajuste o temporizador para funcionar pelo ciclo de trabalho desejado (nossos testes usaram 1/4 de ciclo, 1 minuto ligado e 3 minutos desligado); dessa forma, o dispositivo pode funcionar eficientemente apenas pela fração de tempo necessária para manter a concentração de partículas abaixo dos níveis perigosos. Para determinar um ciclo de trabalho adequado para seus parâmetros, use este modelo do Excel desenvolvido por Alstone et al. ^{[ 5 ]} Insira o tamanho do seu cômodo e um valor entre 0,5 e 1,0 para as trocas de ar de infiltração por hora. 0,5 representa um cômodo quase perfeitamente vedado, enquanto 1,0 representa um espaço muito mal vedado. Em seguida, defina uma eficiência de filtragem de 50%. Varie a vazão de filtragem até que a concentração média de partículas no ar interno esteja em um nível desejável. Divida essa vazão modelada pela vazão do seu ventilador em uma determinada configuração para obter o ciclo de trabalho. Este é o ciclo de trabalho que você deverá configurar no temporizador do seu aparelho para o filtro de ar.

A frequência com que os filtros precisarão ser substituídos varia dependendo da frequência de uso do dispositivo, da velocidade de funcionamento do ventilador e da qualidade do ar que o filtro de ar caseiro está filtrando. A maioria dos fabricantes de filtros recomenda a substituição a cada 3 meses, incluindo a 3M, fabricante dos filtros Filtrete 2200 MERV 13 neste modelo (Filtrete 2022). No entanto, isso pressupõe que os filtros sejam usados ​​em um ambiente de HVAC com alto fluxo de ar e uso constante. Alguns especialistas em qualidade do ar acreditam que unidades de ventilador com vários filtros podem durar muito mais tempo, de 5 a 6 meses ^{[ 8 ]} ou até mesmo um ano. ^{[ 9 ]} Quando os filtros estiverem obstruídos com partículas, precisarão ser substituídos por filtros novos, o que acarreta um custo de US$ 53,95 a cada 5 meses a um ano.

Por diversos motivos, pode ser desejável substituir certos componentes deste projeto por alternativas mais eficazes. Esta seção detalha o que é necessário para alterar determinados componentes do projeto.

A maneira mais fácil de aumentar o armazenamento de baterias é comprar várias baterias de chumbo-ácido e conectá-las em paralelo. Conectar baterias em paralelo aumenta a capacidade total de armazenamento; por exemplo, se comprássemos e conectássemos em paralelo uma segunda bateria de 55 Ah, teríamos um total de 110 Ah. Considerando que as baterias de chumbo-ácido só podem ser descarregadas até 50% sem sofrer danos, isso significa que apenas 55 Ah estariam disponíveis para uso, mas ainda assim dobraria a capacidade total da bateria que temos atualmente.

Alternativamente, uma bateria de chumbo-ácido poderia ser substituída por uma bateria com maior profundidade de descarga. Uma única bateria de fosfato de ferro-lítio (LiPO4) de 35 Ah, por exemplo, seria capaz de descarregar pelo menos 80%, o que significa pelo menos 28 Ah disponíveis em uma única bateria, em comparação com os 27,5 Ah utilizáveis ​​da bateria de chumbo-ácido que escolhemos. As baterias de fosfato de ferro-lítio oferecem diversas vantagens, sendo a principal delas o seu peso. Devido à densidade de energia muito maior da LiPO4, uma bateria de capacidade equivalente pode ser usada com 1/5 do peso. As baterias LiPO4 também proporcionariam uma vida útil 10 vezes maior, exigindo menos custos de manutenção na substituição da bateria. ^{[ 10 ]} A desvantagem de usar uma bateria LiPO4 é que seria necessário um controlador de carga diferente do usado em nosso projeto atual, já que o nosso é classificado apenas para uso com baterias de chumbo-ácido.

A produção de energia do painel solar pode ser facilmente aumentada de duas maneiras: comprando um painel maior ou conectando vários painéis em paralelo, de forma semelhante às baterias. As complicações decorrentes disso estão relacionadas ao controlador de carga. Nosso controlador de carga tem capacidade para 20A e, dividindo por um fator de segurança geral de 1,25, permite que um conjunto fotovoltaico de 16A opere com segurança com este controlador. Nosso painel de 100W tem uma corrente de curto-circuito nominal de 6,5A, que está confortavelmente dentro desse valor de segurança, mas qualquer conjunto fotovoltaico que ultrapasse esse valor precisará de um controlador de carga dimensionado adequadamente. Se painéis mais potentes forem adquiridos, verifique a corrente de curto-circuito especificada pelo fabricante e, se vários painéis forem conectados em paralelo, some a corrente de curto-circuito total. Multiplique esse valor pelo fator de segurança de 1,25 e use-o para pesquisar um controlador de carga que suporte esse nível de corrente. Certifique-se também de verificar a tensão de circuito aberto de qualquer painel, além daquele usado neste projeto, e garanta que ela não exceda a tensão nominal do controlador de carga.

Um dos projetos que consideramos seguiu o projeto Corsi-Rosenthal ^{[ 11 ]} , que incluía dois filtros de ar adicionais no próprio corpo do filtro. Não seguimos esse projeto em nossa solução final, pois isso nos faria ultrapassar o orçamento de um filtro de ar já eficiente. Esse projeto já existe e nosso filtro projetado precisaria simplesmente ser substituído por ele.

Tínhamos em mente algumas outras modificações ao criar este projeto, porém, devido a restrições de tempo e orçamento, não pudemos explorá-las completamente. Abaixo, seguem breves descrições dessas ideias.

Com fios de bitola adequada, seria possível armazenar a bateria, o controlador de carga e o inversor em um local fechado. Isso reduziria o risco de crianças confundirem os componentes com brinquedos, danos causados ​​pela exposição ao sol ou até mesmo furtos caso fossem deixados sem vigilância em um quintal. Para isso, seria necessário substituir o fio de 14 AWG entre o painel e o controlador de carga por um fio de bitola mais grossa, dependendo da distância entre eles. Infelizmente, não conseguimos implementar essa ideia devido ao orçamento limitado para um fio grosso de grande comprimento; no entanto, ao desenvolver seu próprio projeto, você pode considerar essa modificação.

Usando uma tabela de capacidade de condução de corrente, como a encontrada em To Catch the Sun , essa espessura pode ser determinada. ^{[ 12 ]} Meça a distância do painel solar ao controlador de carga e, em seguida, dobre-a para determinar o comprimento do percurso de ida e volta. Esta tabela considera percursos de até 90 pés (aproximadamente 27 metros), mas outras disponíveis online consideram distâncias maiores. Em seguida, divida a potência nominal do painel (100 Watts) pela tensão de circuito aberto do painel (21,6 Volts). Nosso painel gera aproximadamente 4,6 Amperes por este cálculo; arredondando para 5 Amperes, determina-se a corrente mínima para dimensionamento, e arredondando para 10 Amperes, garante-se a segurança caso o painel produza energia em excesso.

No entanto, é importante considerar que fios de maior diâmetro não se encaixam nas portas do nosso controlador de carga. Uma possível solução seria reduzir a espessura do fio na conexão com o controlador, mas não testamos essa opção e não podemos garantir sua segurança. Outra alternativa seria adquirir um controlador de carga diferente, projetado para fios mais grossos, porém isso provavelmente aumentaria o custo.

Um dos desafios que enfrentamos durante o desenvolvimento do nosso projeto foi como regular a potência para que o filtro funcionasse apenas quando necessário, a fim de manter uma qualidade do ar segura. Resolvemos esse problema com um temporizador digital para eletrodomésticos, calculando o tempo necessário para o filtro funcionar em determinadas condições, de forma a manter uma qualidade do ar saudável.

Uma solução alternativa que consideramos seria usar um monitor de qualidade do ar e um microcontrolador Arduino para ligar o ventilador quando a qualidade do ar interno atingisse um determinado limite. Concluímos que esse projeto seria inacessível para um público mais amplo não familiarizado com microcontroladores. Se for desejável vincular o uso do filtro diretamente à qualidade do ar, essa abordagem deve ser explorada em futuras iterações deste projeto.

Este projeto venceu a competição de CAD 3D da primavera de 2022, organizada pela SolidProfessor.