mecatronica facil 40

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  • PC&CIA # 81 # Abril 2008

    Hardware

    PC81_Seg_HTech.indd 8 4/4/2008 00:10:49

  • i ndice

    Mecatrnica Fcil n40

    Seo do leitor

    4

    Robonews - USA

    Notcias

    3

    7

    10

    23

    Robcom Construa um rob de competioRespondendo a pedidos dos leitores republicamos o Rob de Combate, feito a partir de uma montagem econmicapor Newton C. Braga

    10

    Motor experimental com reed-switchAprenda a montagem de um motor experimental feita a partir do reed-switchpor Newton C. Braga

    20

    Sensores piroeltricose as lentes de FresnelVeja como funcionam e como implant-los em alarmes e detectores de incndiopor Newton C. Braga

    23

    Transdutores piezoeltricosConfira sua funcionalidade e como us-los em seus experimentos de telefone, rdio de galena, transmissor, gerador de rudos e sirenepor Newton C. Braga

    26

    Controle de potncia usando SCRsDescrio de alguns blocos de projetos baseados em SCRspor Newton C. Braga

    30

    26

    MF40_Indice_vs2.indd 2 5/8/2008 11:07:30

  • Leitor L

    Mecatrnica Fcil n40 3

    doSeo Leitor

    Curso de Eletrnica Digital de Newton C. Braga

    Ao ir na banca de jornais encon-trei uma reedio do Curso de Eletr-nica Digital do autor Newton C. Braga, n 1. Gostaria de saber se somente esta edio ou se existe a n 2, e caso haja, como fao para adquirir um exemplar?

    Niraldo Goretti FilhoJuiz de Fora - MG

    Niraldo, o livro Curso de Eletrnica Digital foi reeditado e no possui con-tinuao. Caso queira adquiri-lo, en-tre em contato com nossa loja Saber Marketing (www.sabermarketing.com.br), ou, se preferir faa atravs do telefone 011- 2095-5330. O livro est disponvel em nossa loja pelo o preo de R$ 18,90 + frete.

    Robo Octa-1:MF01 e MF38

    O colgio tcnico no qual leciono a disciplina Projeto Mecatrnico assinante da revista Mecatrnica Fcil, e por sugesto de um dos alunos matriculados no curso, o pro-jeto do Rob Octa 1 veiculado na 1 edio da revista foi adotado como projeto de concluso do curso.

    O fato que desenvolvemos o projeto ao longo do semestre e com-pramos os componentes listados na matria. Agora, a 45 dias da forma-tura da turma, um dos alunos perdeu o exemplar, o que est prejudicando a concluso de seu projeto.

    Tentei ento, atravs do site: www.sabermarketing.com.br adqui-rir outro, porm o mesmo no est mais disponvel e gostaria de contar com o apoio de vocs, se possvel.

    Gilmar TavaresProfessor de MecatrnicaColgio Batista MineiroOuro Branco MG

    Professor, com grande prazer infor-mamos que este artigo foi republicado recentemente em nossa revista, devido a constantes soli-citaes de nossos leitores, sobre os exemplares j esgo-tados. Pea para seu aluno que procure o artigo no exemplar n 38 da Mecatr-nica Fcil.

    Ao ler o artigo Programao em Linguagem Ladder para Basic Step M8 e M16, publicado na revista Mecatrnica Fcil n 35, me interessei pelo projeto. Gostaria de saber se o cabo de comunicao tem esquema de ligao com o PC e onde posso encontr-lo?

    Nadson ArgoloSalvador -BA

    Caro leitor, no existe esquema de ligao com o PC. A concexo feita atravs da porta serial (DB-9) e infor-mamos que este cabo no poder ser construdo pelo leitor. O cabo utiliza-do no artigo Programao em Lin-guagem Ladder para Basic Step M8 e M16 pode ser adquirido na loja Tato Equipamentos (www.tato.ind.br).

    Linguagem Ladder para Basic Step M8 e M16 - MF35

    Professor de MecatrnicaColgio Batista MineiroOuro Branco MG

    Professor, com grande prazer infor-grande prazer infor-grande prazer informamos que este artigo foi republicado recentemente em nossa revista, devido a constantes soli-citaes de nossos leitores, sobre os exemplares j esgo-tados. Pea para seu aluno que procure o artigo no exemplar n 38 da Mecatr-

    Ao ler uma parte da revista , edio 37, encontrei uma matria que muito me interessa . A matria chama-se Controle de motor CC pela porta se-rial do PC e cita que o cdigo pode ser obtido pelo site Mecatrnica Atual, na seo Downloads, porm no o encontrei. Seria possvel providencia-rem este cdigo para mim?

    Andr Algarte

    Ol Andr, atendendo ao seu pe-dido o download j est disponvel em nosso portal de Mecatrnica (www.mecatronicaatual .com.br),entre e confi ra!

    Controle de Motor CC pela porta serial do PC - MF37

  • n notcias

    Mecatrnica Fcil n404

    Eletrnica Industrial, Mecatr-nica, Mecnica Geral, Robtica, entre outros cursos estaro presentes na Olimpada do Conhecimento deste ano. A competio ocorre a cada dois anos e tem como objetivo incentivar os estudantes do Servio Nacional de Aprendizagem Industrial (Senai) e tambm avaliar os mtodos de edu-cao aplicados nas escolas.

    Para participar da olimpada os interessados devem possuir e domi-nar as qualidades de um profissional, possuindo todas as habilidades e conhecimentos das novas tecnolo-gias para solucionar situaes seme-lhantes as do mercado de trabalho.

    Os competidores precisam passar pelas etapas escolares, estaduais e nacional, com avaliaes que contem-plam provas de planejamento, processo de execuo, produto e qualidades pessoais. Ao serem selecionados na etapa estadual, os alunos iniciam, de imediato, um processo de treinamento que aprofunda os conhecimentos

    Olmpiada do Conhecimento 2008

    ocorre em Santa Catarina, Rio Grande do Sul e Paran

    Alunos dos cursos tcnicos do Senai participam do maior torneio de educao profissional da Amrica Latina

    acumulados no curso, afirma o coor-denador-executivo da Olimpada do Conhecimento, Antonio Carlos Dias.

    Em Blumenau as provas vo acon-tecer de 11 a 14 de junho, no Parque Vila Germnica, e para os visistantes de Porto Alegre as provas podero ser vistas no Centro de Exposies da FIERGS em 24 a 27 de julho. A expec-tativa de Blumenau para 2008 rece-ber 30 mil pessoas e reunir 182 alunos competidores. J Curitiba se prepara para ser o palco de 14 provas do setor industrial na Universidade Positivo entre os dias de 13 a 16 de agosto, contando que todos os estados parti-ciparo da prova de robtica mvel.

    Tanto Porto Alegre, Blumenau, quanto Curitiba tero eventos parale-los, como o Inova Senai que trar tra-balhos de docentes e alunos de todo o pas. Os ganhadores da competio, organizada pelo Senai, representaro o Brasil no WorldSkills International junto com mais 45 pases no intercmbio tec-nolgico em 2009, no Canad.

    Alunos Everton Toigo e Felipe Mendona da Trindade na disputa de mecatrnica

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    Teste em Robtica Industrial Cr

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    Crditos: Banco de mdia por Jos Paulo Lacerda

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  • A quinta edio da Maratona de Efi-cincia Energtica premiou os ganha-dores das Universidades Anhembi Morumbi e Santa Maria com veculos da Fiat Automveis e motores da FPT para uso didtico. A competio ocor-reu entre os dias 24 e 26 de julho, no Kartdromo de Interlagos, e contou com 28 carros eltricos e gasolina.

    O desafio lanado para os estudan-tes foi o de criar veculos que sejam ecolgicos e mais econmicos, trans-formando as aulas tericas em pura diverso. A categoria Gasolina ficou para a equipe Errba 3, da Universi-dade Anhembi Morumbi, com a meta de 343,17 km/l. O piloto, Ricardo Case-miro Anthero, participa pela terceira vez consecutiva da competio. Desde a minha primeira participao, ganhei muito conhecimento, desenvolvi habili-dades e aprendi a trabalhar em equipe. No ano passado tivemos dificuldades com o Errba 2, mas no desistimos, superamos e conquistamos o 1 lugar na prova, afirma o aluno.

    J o primeiro e segundo lugares da categoria Eltrico em mobilidade sustentvel foram conquistados pela

    Maratona de Eficincia Energtica premia ganhadores com Veculos Fiat

    EESM-03, da Santa Maria, que per-correu com uma bateria de moto 125 cc (12 V-6 Ah). A comemorao das equipes aconteceu em grande estilo ao som da msica tema de Ayrton Senna.

    Para 2009, a Maratona de Efi-cincia Energtica inovar com a abertura da categoria Biocombust-veis em parceria com o fabricante de motores Yanmar.

    notcias n

    Mecatrnica Fcil n40

    MF40_Maratona.indd 5 5/8/2008 11:10:17

  • n notcias

    Mecatrnica Fcil n40

    Os projetistas do rob, desenvol-vido para a Competio Brasileira de Robtica, so estudantes dos cursos de Cincia da Computao, Enge-nharias Eltrica e Mecnica do centro universitrio da Fundao Educacio-nal Inaciana (FEI). A inveno possui quinze centmetros de altura e formato cilndrico, sendo capaz de chutar, andar em todas as direes sem precisar virar e at de driblar os adversrios.

    Projetado para participar na cate-goria Small Size, o rob composto por cincos motores e quatro rodas, que garantem a estabilidade e acele-rao mais uniforme, alm de contar

    Como um bom brasileiro, rob chuta e dribla para disputar partidas de futebol

    com quatro baterias, sendo cada uma de 7,4 volts. Trabalhamos h um ano no projeto e ele poder permitir FEI participar em even-tos internacionais, diz o professor e coordenador do curso de Cincia da Computao da FEI, Flvio Toni-dandel.

    A Competio Brasileira de Rob-tica (CBR) tem como objetivo fazer com que estudantes e pesquisadores de Robtica Mvel interajam, e ainda despertar interesse pelas reas de Cincia e Robtica. Os participantes ganham, alm da experincia desen-volvida ao longo dos desafios, meda-

    FEI desenvolve rob para estrear na Competio Brasileira de Robtica

    lhas, certificados e passagens para participarem de competies mun-diais, pela Olimpada Brasileira de Robtica (OBR).

    A final da Competio Brasileira de Robtica ser realizada junto com a Competio Latino-Americana de Robtica e Olimpada Brasileira de Robtica em Salvador, Bahia, entre os dias 25 e 30 de outubro deste ano. As fichas de inscrio para a OBR j podem ser efetuadas, variando por modalidades, entre os dias 14 de abril e 29 de agosto de 2008.

    Saiba mais:http://obr.ic.unicamp.br

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  • notcias n

    Mecatrnica Fcil n40

    Robonews Jeff Eckert

    Concepo artstica do ScratchBot empregando o sensor BIOTACT.

    seus bigodes para frente e para trs para colher informaes de suas vizi-nhanas. Assim, um rob que tenha centenas de sensores na forma de bigodes pode ser capaz de procurar, identificar e seguir objetos que se mo-vam, mesmo em lugares em que a vi-so de mquinas seja problemtica.

    O desafio desenvolver novos mtodos biomtricos computacionais e tecnologias que permitam implantar isso. Para essa finalidade o consr-cio foi dotado de uma verba de 11,8 milhes de dlares em 4 anos, o que parece ser suficiente.

    Nova tecnologia de toqueCrdito: Projeto BIOTACT .

    Um dos problemas da robtica consiste em colocar nas mquinas o sentido do toque, e para resolver isso: o que poderia ser melhor para aprendizagem do que o sensvel ami-go rato? No site da BIOTACT (BIOmi-metic Technology for vibrissal Active

    Touch, www.biotact.org) voc pode encontrar o projeto criado pela Unio Europia envolvendo nove grupos de pesquisa em sete pases.

    A meta emular a maneira que mamferos como ratos e mussara-nhos etruscos podem movimentar

    No comeo, parecia com tri-bos germnicas unindo um fetiche curioso de linkar robtica com cam-pos ostensivos de diferentes reas como sociologia, filosofia e arte. Foi na robtica, no dcimo aniversrio da conferncia Roboexotica, que re-centemente veio luz.

    De acordo com o criador do evento, baseado em Viena (www.roboexotica.com): At recente-mente, nenhuma ateno fora dada para se discutir publicamente as regras da robtica como um index para a integrao das inovaes tecnolgicas com o Lebenswelt

    Showcase de Robs

    (ambiente), ou para documentar a crescente ocorrncia do hedonismo na comunicao homem-mquina. Pense nisso!

    Mas, voc pode parar de se pre-ocupar, pois a Roboexotica pretende preencher esse vcuo. Ela consiste geralmente numa srie de eventos (exibies, conferncias, workshops, msica e apresentao de filmes) espalhados por vrios locais de Vie-na. Este ano, depois de 4 sees na ustria, ela ser apresentada em So Francisco (EUA).

    Um participante da Roboexotica 2007.

    Crditos: Roboexotica.com.

    MF40_RoboNews.indd 7 5/8/2008 11:11:42

  • n notcias

    Mecatrnica Fcil n40

    O iRobot ir aproveitar fundos do governo americano para ser desen-volvido, sendo que a verba conta com at US 3 milhes durante trs anos, do Defense Advanced Research Pro-jects Agency (www.darpa.gov). Com

    Mini-robs de rede

    Uma viso do que um rob LANdroid pode parecer.

    Crditos: DARPA.

    o financiamento, a empresa vai pro-duzir o rob LANdroid, encontrado no site (www.irobot.com).

    Ele um dispositivo repetidor por-ttil de comunicaes e, de acordo com o contratante, este rob vai

    ser pequeno o bastante para que um simples combatente de infantaria possa carregar diversos robs bara-tos (a ponto de serem descartados) e robusto o suficiente para ser usado em combate, adequadamente esperto para detectar de modo autnomo e evitar obstculos, ao mesmo tempo que navega em ambiente urbano.

    O objetivo possibilitar a ope-rao de redes em reas urbanas onde construes ou outros objetos possam operar as operaes sem fio. Em operao, cada um dos peque-nos robs vai se movimentar at encontrar um local apropriado para funcionar como um nodo, e ento comunicar-se com o resto da equipe de robs para formar uma rede. Se um deles for destrudo, os outros ajustaro suas posies para manter o sistema funcionando.

    Rob ajuda na endoscopia

    O dispositivo focalizado o En-doAssist, um manipulador endoscpi-co robtico oferecido pela Prosurgics Ltd. Usado em cirurgia invasiva tor-cica e abdominal, ele til para diver-sas aplicaes em cirurgia geral. Seu destaque que o cirurgio controla os ngulos da cmera simplesmente mo-vimentando sua cabea. Por exem-plo: vire a cabea para a esquerda e a cmera tambm se move.

    Voc ainda pode buscar detalhes, aplicar o zoom, ou mesmo modificar a viso em qualquer direo. Para mais detalhes, consulte no endereo: www.prosurgics.com/prosurgics_endoassist.htm.

    O manipulador robtico EndoAssist.

    Crditos: Prosurgics.

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  • notcias n

    Mecatrnica Fcil n40

    Em um nvel mais celestial, a DARPA est financiando uma com-petio para desenvolver um veculo areo no tripulado que dever bater recordes de resistncia. O pssaro drenar 5 kW de energia, carregar 450 kg de peso e ficar no ar por pelo menos 5 anos, permanecendo em seu espao 99% do tempo e ao mesmo tempo, combatendo ventos encontrados nas altas altitudes, que estaro na faixa de 18 000 a 27 000 metros.

    O objetivo proporcionar misses de inteligncia, vigilncia, reconhe-cimento e comunicao em locais de interesse. Os contratantes para a fase

    O abutre raramente vem para casa descansar

    1 so a Aurora Flight Sciences (www.aurora.aero), Boeing (www.boeing.com) e a Lockheed Martin (www.lockhedmartin.com).

    Uma variedade de abordagens para a propulso, incluindo as de sol-dar e combusto interna, devero ser consideradas, no entanto, tambm esto em pauta a propulso nuclear e recursos mais leves do que o ar. O projeto vencedor dever estar com os padres do espao, no com os da aviao, uma vez que somente um pseudo-satlite deve ser capaz de demandar esses recursos.

    A oferta da Aurora deve ser ba-seada no projeto Odysseus, que usa

    energia solar durante o dia e a arma-zena para a noite. Ele combina trs aeronaves numa estrutura em Z de 150 metros.

    A Boeing espera elaborar um pro-jeto baseado no existente Britnico Zewphyr de alta altitude em parceria com a QinetiQ (www.qinetiq.com). A Lockheed Martin tambm trabalha no projeto.

    Os competidores tm 12 meses para mostrar os seus projetos iniciais para a anlise da DARPA. A fase 2 terminar com trs meses de vos de teste de um demonstrador em subescala. A fase final ser de 1 ms de testes com um veculo em tamanho real.

    Ultimamente, a mais estranha apli-cao da robtica o Dasubee, um rob projetado especificamente para limpar vasos sanitrios. Um exemplar j est em operao no aeroporto de Kobe, no Japo.

    Um astuto observador dever notar que ele se parece com um elefante. O projetista Susumu Kanai revelou que seu projeto foi inspirado na tromba do paquiderme, que se assemelha a um poderoso canho de gua, empre-gado pelo rob. As orelhas so as mos e os olhos so botes de partida e parada. O pequeno chapu amarelo um tanque de 50 litros.

    Usando um detergente antibac-terial especialmente desenvolvido, o Dasubee pode limpar um vaso sanit-rio em apenas 10 segundos. Se voc ainda est relutante em comprar um, considere que ele tambm possui recursos para limpar o cho. Voc poder compr-lo por 9 500 dlares.

    Uribot opera no aeroporto de Kobe

    Dasubee, o rob urinal e seu orgulhoso operador.

    Crdito: Impress Watch Corp.

    MF40_RoboNews.indd 9 5/8/2008 11:12:06

  • projetop

    Mecatrnica Fcil n401010

    ROBCOMConstrua um rob de competio

    Montagem absolutamente econmica ao alcance de todos.

    Descrevemos a montagem de um rob de combate empregandomaterial improvisado (de sucata) sem nenhum com-ponente crtico. Ideal para ser usado em cursos dos nveis fundamental e mdio, e tambm tcnicos, com ele-mentos que podem ser asso-ciados tanto s disciplinas normais do currculo como introduzindo conceitos de tecnologia bastante atuais. O que mais se destaca no projeto o aspecto ldico, j que os robs podem par-ticipar de combates em duplas ou de guerras com duas equipes se digladiando. Veja neste artigo como voc e seus amigos podem realizar uma guerra de robs ou ainda implementaresta fantstica atividade em sua escola.

    Newton Braga

  • projeto p

    Mecatrnica Fcil n40 11

    Movimentos do ROBCOM.1

    Se os temas robticae mecatrnica j esto em alta em todos os nveis de ensino, a Guerra de Robs tem um destaque ainda maior com a realizao inclusive de competies internacionais de altssi-mo nvel.

    No entanto, quando se fala em Guerra de Robs, o primeiro obstcu-lo que todos lembram a inacessibili-dade da tecnologia que um verdadeiro rob de combate deve possuir. Custo elevado, peas que no podem ser encontradas com facilidade e conhe-cimento de uma tecnologia que no est ao nosso alcance (seno dos es-tudantes mais avanados de cursos tcnicos e engenharia) o que logo vem mente.

    Isso j ocorreu quando tivemos que enfrentar o desafio de montar um veculo mecatrnico que estivesse ao alcance at mesmo dos estudantes de escolas de nvel fundamental, sem tecnologia dominada ou recursos tc-nicos de um laboratrio.

    A criao do VM-1, publicado na Edio Nmero 3 desta revista, foi o resultado desse projeto.

    Entretanto, no ficamos apenas nesse veculo. Nosso desafio seguin-te foi fazer justamente o mesmo com um rob de combate. Trabalhamos no projeto com os nossos alunos do Co-lgio Mater Amabilis, de Guarulhos - SP, e o resultado o ROBCOM que agora descrevemos neste artigo.

    Usando peas absolutamente acessveis, dando as possibilidades de criao sobre um projeto bsi-co (altamente recomendada pelos parmetros do ensino moderno), chegamos a um pequeno rob de

    combate que pode ser montado e controlado por estudantes at mes-mo das ltimas sries do ensino fundamental. O custo total estimado de cada rob, incluindo os compo-nentes eletrnicos, no dever su-perar os R$ 30,00.

    ROBCOM - Um rob de briga

    A idia bsica do ROBCOM a de um pequeno veculo (rob) controla-do por um cabo de 3 metros de com-primento, que pode realizar qualquer movimento comandado por um joysti-ck, o qual formado por duas chaves de 3 posies.

    Na posio de repouso, os moto-res do rob no so alimentados e ele permanece em repouso.

    Pressionando-se os dois botes para a frente, o rob avana em linha reta, e pressionando-se os dois para trs o rob recua em linha reta. Quan-do pressionamos um boto apenas para frente, o rob avana virando para a esquerda (ou direita) conforme o boto. Se pressionarmos um boto para trs, o rob recua girando para a esquerda ou para a direita. Uma cur-va, ou manobra de giro, sem sair do lugar, pode ser obtida pressionando-se um boto para frente e o outro para trs.

    Tudo que foi dito mostrado na figura 1.

    Fica claro que pelo manuseio dos botes com habilidade, o ope-rador pode realizar qualquer movi-mento com o rob. Mas, e a idia do combate?

    A idia simples: vamos prender em cada rob um balo de borracha e montar na sua parte frontal (ou lateral) agulhas de at 10 cm de comprimen-to. Limitamos o nmero de agulhas a quatro, e proibimos de se proteger o

    balo com anteparos para um comba-te de habilidade.

    A finalidade da briga a de que, num combate entre dois robs, um deles tenha de estourar o balo do outro!

    Um aperfeioamento que pode ser introduzido no projeto, isso para cursos mais avanados, colocar um sistema de interruptores de lmina ou mesmo sensores fotoeltricos de tal forma que no momento em que o ba-lo for estourado a alimentao seja cortada, e o rob morra, no mais se movimentando.

    A competio pode ser realizada em uma arena formada por 4 sarra-fos de 2,5 ou 3 m, conforme ilustra a figura 2.

    As regras adicionais incluem a proibio dos combatentes entrarem na arena ou puxarem os veculos pe-los fios.

    Para uma guerra, uma arena de 6 x 3 metros poder ser elaborada, com dois exrcitos, cada qual carre-gando bexigas de uma cor diferente. O mata-mata dever terminar ape-nas quando um ou mais robs com bexigas de uma cor permanecerem, determinando o exrcito vencedor.

    O ROBCOM Descrio do rob

    Para tornar o rob muito acessvel optamos pelo controle via cabo e pela transmisso por acoplamento direto do motor s rodas, evitando assim o uso de caixas de reduo.

    Deve-se levar em conta que um sistema de transmisso via rdio, alm do custo elevado, esbarra no problema das dificuldades de ajustes, interferncias e ainda na questo de se encontrar uma freqncia diferente para cada um dos participantes, prin-cipalmente se eles forem muitos.

    Arena de combate.2

  • projetop

    Mecatrnica Fcil n401212

    Circuito eltrico.3

    Caractersticas mecnicas.4

    tamos, pode admitir variaes dentro de regras que sejam estabelecidas pelos que organizarem uma eventual competio.

    As rodas traseiras so formadas por dois CDs colados em rodinhas de carrinhos de brinquedo com mo-vimento livre. Para a transmisso do movimento, o eixo do motor encos-tado diretamente na borda do CD.

    Dessa forma, temos uma reduo natural da velocidade e um aumento de torque dado justamente pela rela-o entre o dimetro do CD e o di-metro do eixo do motor.

    Para melhorar a eficincia do sis-tema de propulso adotamos trs me-didas:

    1. Colocamos uma pequena luva no eixo do motor, que nada mais do que um pedao de capa de fio plstico rgido ou mesmo um tubi-nho plstico.2. Recobrimos o CD com uma es-pcie de pneu, que pode ser fei-to envolvendo-o com fita isolante comum ou colando um pedao de borracha de tubo de nylon ou outro material semelhante a borracha.3. Montamos o motor em um supor-te flutuante (mvel) com um elstico para pression-lo sobre o CD.

    Na figura 5 ilustramos como a sus-penso mvel feita, garantindo que o motor no trave devido s pequenas excentricidades na montagem da roda.

    A roda dianteira do tipo livre, podendo ser obtida de cadeiras de escritrio, mveis, etc., sendo encon-trada a um custo bastante baixo em casas de materiais de construo e material eltrico.

    O chassi poder ser feito de pa-pelo, madeira ou plstico. Caixas de CDs resultam em excelentes mate-riais para a montagem do chassi e da prpria suspenso do motor.

    Montagem passo-a-passoA implementao, principalmente

    com finalidades pedaggicas, exige um detalhamento completo do pro-cesso de montagem, especialmente para treinamento de professores.

    Montagem da Parte Eltricaa) Ligao das ChavesAs chaves devem ser fixadas

    numa caixinha plstica que ir ser-

    Detalhes dos sistemas de propulso.5

    a) Parte eltricaPara a parte eltrica temos um

    circuito muito simples onde usamos chaves reversveis de 3 posies, conforme apresentamos na figura 3.

    Cada uma das chaves controla (por um cabo de 4 x 26 (4 fios AWG 26) bem flexvel) os dois motores que ficam montados no veculo.

    As chaves so fixadas numa cai-xinha juntamente com as quatro pi-

    lhas pequenas que propulsionam o veculo.

    A parte importante da montagem eletrnica mostrar como podemos controlar os motores (sentido de rota-o), invertendo o sentido da corrente atravs das chavinhas.

    b) Parte mecnicaNa figura 4 vemos o rob na sua

    verso bsica que, conforme j salien-

    MF40_Robcom.indd 12 5/8/2008 11:14:15

  • projeto p

    Mecatrnica Fcil n40 13

    vir de controle remoto. A caixa deve ser furada para que as chaves se encaixem e haja lugar para colocar as pilhas. Uma saboneteira de pls-tico serve perfeitamente para essa finalidade.

    Comeamos por soldar os 6 fios de aproximadamente 5 cm da forma exibida nas figuras 6 a 9.

    b) Preparao do CaboO cabo preparado cortando-se

    aproximadamente 7 cm da capa que o recobre nas duas extremidades, usando-se para isso um estilete. Nes-sa operao, vista nas figuras 10 e 11, deve-se tomar o mximo cuidado para que os 4 fios internos no sejam danificados. Guarde os pedaos de capa de fio, pois eles servem para prender o eixo das rodas - veja parte mecnica.

    As pontas dos fios internos de-vem ter 0,5 cm descascados para soldagem.

    Os cabos desse tipo possuem condutores com cores diferentes que devem ser identificados com os nme-ros 1,2,3 e 4 (marque em um papel as cores correspondentes para no fazer confuso depois).

    Ligaes das chaves (esquema).6

    Fios cortados e chaves7

    Soldando os fios.8

    Ligaes das chaves.9

    c) Soldagem do Cabo aos MotoresOs fios 1 e 2 sero soldados a um

    dos motores, enquanto os fios 3 e 4 sero soldados ao outro motor. Pos-teriormente, se os motores ficarem com sentidos invertidos bastar inver-ter a ligao dos fios de um deles. As figuras 12 e 13 revelam como isso deve ser feito.

    O cabo deve ser preso junto base mvel para se evitar que eles forcem os terminais dos motores ,em caso de um puxo mais forte.

    d) Soldagem do Cabo s ChavesO prximo passo consiste na sol-

    dagem dos fios do cabo s chaves.

    Desencapando o cabo.10

    Cabo desencapado11

    Veja nas figuras 14 e 15 a corres-pondncia da numerao dos fios. No faa trocas, pois se isso ocorrer, o rob no ir funcionar.

    e) Circuito eltricoVeja na figura 16 a montagem da

    fiao.

    Teste da Parte EltricaTerminando de montar o circuito

    eltrico, j possvel fazer um teste de funcionamento. Para isso, coloque pilhas no suporte. Apertando os dois botes para a frente, os dois motores devem girar no mesmo sentido. Se isso no ocorrer, inverta os fios de um deles. Se algum motor no funcionar ou o dois, verifique todas as ligaes,

    Soldando os fios do cabo ao motor.12

    Fios do cabo soldado13

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  • projetop

    Mecatrnica Fcil n401414

    Soldando os fios do cabo das chaves14

    Fios do cabo soldados.15

    Circuito eltrico pronto.16

    Caixas de CDs. 17

    A furao feita colocando-se uma caixinha sobre a outra na posi-o em que as tampas abrem para lados opostos e marcando-se com uma caneta hidrogrfica o local de dois furos (no ser necessrio usar os quatro).

    Feita a marcao, use a ponta de um ferro de soldar aquecido para fazer os furos, tirando (depois) as rebarbas do plstico com um estilete. A roda presa com parafusos de 3/4 x 1/4 ou prximo disso, com porcas e arruelas.

    Uma folha de metal rgido ou mes-mo plstico colada na parte de bai-xo do chassi de modo a evitar que ele dobre. As figuras 20 e 21 mostram esta parte da montagem.

    O importante na escolha da roda que ela seja a mais leve e mole poss-vel para poder acompanhar os movi-mentos rpidos do rob.

    c) Rodas PropulsorasAs rodas propulsoras so feitas

    com CDs comuns. Inicialmente colocamos em torno

    de cada CD fita isolante para servir de pneus, de modo a aumentar a ade-rncia do rob em relao ao solo e a prpria transmisso de movimento pelo motor (figura 22)

    Em cada CD colamos uma rodi-nha de plstico e o eixo tirado de um carrinho de brinquedo. A roda plstica da outra extremidade re-tirada, veja as figuras 23 e 24.

    O ponto crtico nessa fixao que a centralizao da rodinha no CD deve ser perfeita. Se houver excentri-cidade, a roda poder jogar afetando a mobilidade do rob.

    Devemos cuidar tambm para que o eixo escolhido no seja muito curto (deve ter pelo menos 4 cm) de maneira

    Roda livre.18

    Furando o chassi.19

    se as soldas esto corretas ou se voc no cortou acidentalmente os fios do cabo.

    f) A caixa de controleCom o teste realizado ser poss-

    vel fechar as chaves e o suporte de pilhas na caixa de controle. Com isso, essa fase da montagem estar termi-nada.

    Parte Mecnicaa) Montagem do ChassiO chassi pode ser feito de pape-

    lo, plstico ou madeira com as di-menses aproximadas indicadas: de 25 cm x 12 cm. Uma soluo alternati-

    va interessante usar duas caixinhas plsticas de CD montadas em oposi-o, conforme ilustra a figura 17.

    Para o caso do papelo devem ser previstas abas, que iro dar maior re-sistncia mecnica ao conjunto.

    b) Roda FrontalNa parte frontal deve ser fixada a

    roda livre. H duas possibilidades, con-forme o tipo de roda adquirida. Algumas possuem 4 furos para fixao por pa-rafuso, enquanto que outras possuem apenas um pino. Nas figuras 18 e 19 mostramos a fixao de uma roda com quatro furos, usando dois, no caso do chassi feito com caixas de CD.

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  • projeto p

    Mecatrnica Fcil n40 15

    que as rodas fiquem firmes, no jogan-do com o movimento do rob.

    d) Fixao das Rodas PropulsorasPara a fixao usamos dois peda-

    os de canudinhos de refresco, que so cortados de modo a deixar apro-ximadamente meio centmetro do eixo de cada roda livre.

    Cortamos depois pedaos de pa-pelo nas formas indicadas nas figu-ras 25 e 26 e os colamos na base do rob da forma apresentada na figura 27.

    O canudinho que vai servir de bu-cha para a passagem do eixo das ro-

    Inserindo chapa de metal.20

    Chassi com a roda livre.21

    Fazendo um pneu com a fita isolante.22

    Colando um roda de brinquedo no CD.23

    Rodas e eixos do ROBCOM.24

    das colocado entre os pedaos de papelo. Deve-se cuidar para que a sua fixao seja tal que no impea o movimento das rodas e que no fique nenhum jogo.

    Nas extremidades do eixo so co-locados dois pedacinhos de capa de fio (que podem ser aproveitados do cabo - veja parte eltrica) para impe-dir que ele escape. A figura 28 mos-tra esta fase da montagem.

    e) Preparao da Base Articula-da e Fixao do Motor

    Os motores so fixados na base ar-ticulada, que no nosso caso a tampa mvel da caixa de CD, de modo que

    eles tenham apenas os eixos apoiados nas rodas propulsoras. A presso do eixo sobre as rodas propulsoras ga-rantida por um elstico, conforme reve-lam as fotos. (Figuras 29 e 30)

    Um ponto importante, ao se colar os motores que eles devem ser ali-nhados com as rodas CDs de modo que seus eixos se apoiem exatamente sobre elas, sem o perigo de escapar. Observe que no eixo de cada motor colocamos um prolongador, que nada mais do que um pedacinho de tubo de tinta de caneta esferogrfica vazia.

    Esse sistema tem a vantagem de no forar o motor, mesmo em fun-o de balanos da roda devidos a

    Material para a fixao das rodas.25

    Peas de fixao.26

    MF40_Robcom.indd 15 5/8/2008 11:15:28

  • projetop

    Mecatrnica Fcil n401616

    Peas de fixao das rodas coladas no chassi.27

    Fixando as rodas28

    Colando os motores.29

    Colocao do elstico.30

    ser preso ao conjunto com a ajuda de uma braadeira, ou outro recurso equivalente.

    f) Armas e BaloAs armas consistem de agulhas

    de tric ou de costura de no mximo 10 cm de comprimento que podem ser fixadas em um anteparo na parte frontal, conforme ilustram as figura 31 a 33.

    Ser importante, caso o rob seja manuseado por estudantes, que no transporte as agulhas fiquem prote-gidas com canudinhos plsticos para evitar acidentes.

    No rob original usamos 3 agu-lhas, mas existe a possibilidade de se utilizar mais e que estas possam ser fixadas em outras posies alm da indicada. Duas na frente e duas nas laterais, por exemplo.

    O balo dever ser fixado no cen-tro do rob de modo a ficar voltado para trs. (figura 34)

    Note na figura 35, um exemplar da caixa de controle.

    Teste Final de Funcionamento

    O teste final de funcionamento consiste em verificar se o rob se move corretamente nas direes de-sejadas e com boa agilidade. Deve-se ter ateno para com o motor, verifi-cando se o eixo no escapa durante o movimento ou se ele no trava.

    Treino e combateEvidentemente, antes de partir

    para um combate, os operadores dos robs devem passar por um bom trei-no que lhes garanta total controle so-bre todos os movimentos.

    O combate realizado numa are-na formada por 4 sarrafos de 3 metros de comprimento, ou prximo disso.

    Em uma primeira possibilida-de os robs so colocados dois a dois, e fazem uma luta simples onde um deve estourar o balo do outro. Aquele que tiver o balo estourado desclassificado, ficando o outro para a luta seguinte. Com eliminatrias simples, pode-se chegar ao grande campeo.

    No final do combate, os competi-dores podero ser divididos em dois exrcitos cada qual com bales de uma cor.

    desalinhamentos ou excentricidade, como tambm de evitar travamentos ou mesmo problemas, caso o rob venha a travar num combate.

    O motor ir girar em falso, sem perigo de haver uma sobrecorrente capaz de causar sua queima.

    Essa parte articulada ter o local para se colocar um parafuso com por-ca para prender o elstico. O furo para esse parafuso feito com o soldador.

    Na parte inferior no articulada do CD fazemos outro furo, onde um novo parafuso prender a outra extremida-de do elstico (ver figura 30).

    Para evitar puxes do fio, que podem romp-lo ou fazer com que se soltem dos motores, o cabo pode

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  • projeto p

    Mecatrnica Fcil n40 17

    Anteparo de papelo.31

    Agulhas fixadas ao anteparo32

    ROBCOM pronto.34

    Armas fixadas no chassi.33

    Caixa de controle.35

    f

    Em um processo de mata-mata, ganhar a batalha o exrcito que ficar com um ou mais bales intactos da mesma cor.

    Outra competioUma outra competio que pode

    ser realizada com os robs para me-dir a habilidade no controle uma corrida de obstculos, onde cada competidor tem que dirigir seu veculo por entre cones sem bater. Cada um ter o tempo cronometrado e vencer aquele que fizer o percurso em menor tempo e com menos faltas.

    PCNs Agregando valor ao currculo do ensino mdio e fundamental

    Uma das exigncias do ensino mo-derno justamente agregar tecnologia ao aprendizado das disciplinas tradi-cionais. A possibilidade de se fazer isso com material simples e de baixo

    Lista de materiais:

    a) Parte Eltrica:M1, M2 - Motores de corrente contnua de 6 V (Mabuchi ou equivalente) - Observao: os dois motores devem ser iguais

    S1, S2 - Chaves de 2 plos x 3 posies - de contato moment-neo

    B1 - 4 pilhas pequenas

    Diversos: 3 metros de cabo 4 x 24 AWG, 1 metro de fio comum, suporte de 4 pilhas, solda, etc.

    b) Parte Mecnica1 base de madeira, plstico ou papelo de 25x12cm1 caixa de CDs2 CDs1 roda livre (de cadeira)Papelo grossoCanudinho de refrescoRodinha e eixo de carrinho de brinquedo de at 3 cm de dimetroQuatro agulhas de at 4 cm de comprimentoUm balo de borrachaElsticoParafusos e porcas de 1 x 1/4 ou 3/4 x 1/8

    custo, acrescentando-se ainda o de-senvolvimento das habilidades manu-ais (com nfase coordenao motora fina), algo extremamente atraente. Assim, a incluso de um projeto como este pode ser facilmente realizada no ensino de diversos temas curriculares importantes ligados a Cincias (do en-sino fundamental) e Fsica (do ensino mdio) com destaque para os seguin-tes temas:

    Funcionamento do motor eltrico Circuito eltrico simples e inver-so do sentido de circulao da corrente Velocidade e movimento Transmisso de movimento Conceito de reduo de velocida-de e aumento de torque - reduo Inrcia Estratgia e controle Converso de energia (eltrica em mecnica).

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  • projetop

    Mecatrnica Fcil n401818

    Construo do mdulo motriz.1

    Construo das rodas principais.2

    Construo da caixa de comando.3

    Detalhe das vigas de suporte das rodas livres.

    4Detalhe das rodas livres construdas a partir de roda de aeromodelo de 1 polegada e meia, com eixo de metal e suspenso.

    5Detalhe das rodas livres, note o reforo com cinta de chapa de plstico poliesti-reno de 1 mm.

    6

    No projeto do rob de combate procuramos seguir o con-hecimento de estruturas modulares reutilizveis, portanto, criamos um mdulo motriz em forma de caixa contendo os motores e mais o espao livre para, eventualmente, acomodar caixas de pilhas ou baterias.

    As duas rodas livres em eixos de metal esto fixadas a estruturas tipo viga T invertidas, que tambm podero ser utilizadas em projetos futuros. Optamos por duas rodas livres para explorar ao mximo a

    A estrutura de plstico do ROBCOM

    Jos Francci Jnior

    mobilidade do conjunto - possvel executar giros de 360 com os mo-tores invertidos sem que o rob saia do lugar.

    As peas exclusivas desse pro-jeto so o escudo de proteo da bexiga e a lana com os agulhes; foram construdas com nfase na resistncia, pois sofrem impactos durante o combate e devem perman-ecer ntegras.

    As chaves e as pilhas foram insta-ladas na caixa de comando constru-da em chapa de plstico poliestireno

    de 2 mm. Resolvemos deixar as pil-has na caixa de comando para que o rob, mais leve, tenha maior agi-lidade. O cabo de comando foi preso firmemente estrutura por uma bra-adeira de plstico para evitar danos nas soldas durante as manobras.

    Toda a construo foi executada com plstico poliestireno de 1 mm (peas amarelas) e 2 mm (peas brancas) com os mdulos parafusa-dos entre si para permitir futuras des-montagens. isso a pessoal, no difcil, mos obra!

    MF40_Robcom.indd 18 5/8/2008 11:16:29

  • projeto p

    Mecatrnica Fcil n40 19

    Detalhe da construo da lana; note que os agulhes foram fixados com massa epxi.

    10O conjunto escudo e lana.

    11Detalhe da instalao da caixa de comando. O cabo de comando foi fixado caixa com cola de silicone.

    12

    Detalhes do rob de competio (I).16

    Detalhes do rob de competio (II).17

    Rob de competio completo pintado.18

    Chassi completo do rob de competio.7

    Detalhe da braadeira de plstico que fixa o cabo de comando no chassi.

    8Construo do escudo de proteo da bexiga.

    9

    Caixa de comando completa.13

    Rob de competio completo sem pintura.

    14Rob de competio completo sem pintura (II).

    15

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  • Mecatrnica Fcil n40

    montagemm

    20

    Trazemos, agora, um projeto bastante interessante que pode ser elaborado a partir de um reed-switch e um motor experimental muito simples que funciona com pilhas. Descrevemos neste artigo a montagem desse motor experimental.

    Motorexperimentalcom reed-switch

    1Estrutura bsica do motor

    Newton C. Braga

    O projeto de motor expe-rimental com reed-switch ideal para implementao como atividade pa-ralela (tema transversal) de Cincias nos cursos fundamentais. Sua simpli-cidade e o fato de se trabalhar com material fcil de manusear, sem a ne-cessidade de soldagens, so atrativos que devem ser considerados.

    O princpio de funcionamento des-se motor o mesmo da maioria dos pequenos motores de corrente cont-nua encontrados em aplicaes do-msticas e brinquedos.

    2Exemplo de rotor experimental

    Na figura 1 temos sua estrutura bsica: uma bobina gira entre os p-los de um m e a cada meia volta um sistema de escovas comuta a corrente de modo que, com sua inverso, as foras magnticas mantenham o mo-tor em movimento.

    Nosso motor opera segundo o mes-mo princpio: foras magnticas cria-das pela corrente que passa atravs de uma bobina. No entanto, em lugar de fazermos a bobina girar e manter o m fixo, desenvolvemos uma disposi-

    o diferente que ficar clara ao anali-sarmos como ele funciona.

    FuncionamentoConforme mostra a figura 2, te-

    mos um rotor que pode ser feito com um pedao de cabo de vassoura ou mesmo dois copos de plstico, em que dois ms permanentes pequenos so presos.

    Esses dois ms so obtidos de motores de brinquedos, ou podem ser ms de geladeira.

    MF40_Motor_vFinal.indd 20 5/8/2008 11:23:22

  • montagem

    Mecatrnica Fcil n40

    m

    21

    3Interruptor de lminas

    4Posio inicial do motor

    52 posio do motor, aps girar

    Uma bobina colocada de modo que seu campo possa atuar sobre es-ses ms e do lado oposto do rotor te-mos um reed-switch.

    O reed-switch nada mais do que um interruptor de lminas que funcio-na com a ao de um campo magnti-co, observe a figura 3.

    Quando aproximamos um m de um reed-switch, o campo magntico imanta as lminas que se aproximam fechando os contatos do circuito e dei-xando a corrente circular.

    No caso de nosso motor, temos as seguintes fases para o seu funciona-mento, partindo da figura 4:

    a) Com o motor na posio da fi-gura 4, o m (B) atua sobre o reed-switch de modo que ele fecha seus contatos, e com isso deixa uma corrente fluir pela bobina. Essa corrente cria um campo magntico de tal polaridade que repele o m (A) que se encontra nas suas proximidades. Ento o motor comea a girar, indo para a po-sio ilustrada na figura 5.

    b) To logo o m (B) se afasta do reed-switch, a corrente no circuito interrompida, mas o motor continua girando a partir do impulso dado no momento anterior. Isso ocorre at que ele atinja a posio da figura 6.

    c) Na posio da figura 6, o im (A) agora est diante do reed-switch, atuando sobre ele de modo que o circuito seja nova-mente fechado. Uma corrente pode ento circular pela bobi-na criando um campo magn-tico. Essa corrente tal que o campo gerado repele o m (B) que se encontra diante dela. O motor continua a girar, indo at a posio da figura 7.

    63 posio do motor,que continua girando

    74 posio do motor,que continua a girar

    d) Da mesma forma que na fase anterior, o motor gira at esta posio por inrcia, pois o reed-switch aberto desligan-do a corrente to logo o m (A) saia da sua frente.

    O movimento continua a ocorrer dessa forma enquanto houver ten-so disponvel para produzir o campo magntico quando, ento, o red-switch fechado.

    Veja que o ponto crtico na mon-tagem desse motor colocar os ms com as polaridades certas para que eles sejam repelidos quando a bobina energizada. Isso significa que voc precisa verificar antes qual a posio em que acontece a repulso e saber onde esto os plos dos ms que voc est usando.

    MontagemNa figura 8 temos o diagrama ele-

    trnico do motor.Na figura 9 a disposio dos diver-

    sos componentes da montagem.O eletrom pode ser montado en-

    rolando-se de 100 a 300 espiras de fio esmaltado fino (28 a 32 AWG) em um parafuso ou prego de 3 a 5 cm de comprimento. Um parafuso ser me-lhor, pois ele poder ser fixado mais facilmente atravs de dois pequenos L de papelo.

    O reed-switch pode ser de qualquer tipo comum de baixo custo com dois contatos normalmente abertos. Ele pode ser fixado em uma ponte de ter-minais de parafusos ou mesmo colado numa base de madeira ou papelo na posio apropriada.

    O rotor pode ser feito de madeira, copos plsticos ou qualquer material que resulte em um cilindro de 3 a 5 cm de dimetro e de 5 a 10 cm de com-primento.

    8Diagrama eletrnico do motor

    Os eixos podem ser dois alfinetes, pregos ou ainda um fio metlico rgido que atravesse o conjunto. Esse eixo pode ser apoiado em dois suportes de papelo, plstico ou madeira.

    Todo o conjunto pode ser montado sobre uma base de plstico ou madei-ra de 15 x 15 cm ou maior.

    MF40_Motor_vFinal.indd 21 5/8/2008 11:23:29

  • Mecatrnica Fcil n40

    montagemm

    22

    9Disposio dos componentes na montagem

    Para as 4 pilhas pequenas utili-zado um suporte comum. A polarida-de da ligao vai determinar a atrao ou repulso dos ms conforme sua polaridade.

    Feita a montagem, verifique se o cilindro gira livremente com o peso dos ms bem distribudo, e se os ms passam bem prximos tanto da bobina quanto do reed-switch quando o cilin-dro gira.

    Prova e UsoPara provar o motor, coloque o ci-

    lindro inicialmente na posio em que ele fique com os ms alinhados com o eletrom e com o reed-switch. As pilhas devem estar no suporte. Nesse momento, uma fora deve se manifes-tar colocando-o em movimento. Ajude o movimento inicial com um pequeno impulso.

    Se o motor parar, observe a polari-dade dos ms ou das prprias pilhas. Com a polaridade invertida, o cilin-dro tende a estancar seu movimento quando os ms se alinham com a bo-bina e reed-switch.

    Comprovado o funcionamento, seu motor experimental est pronto para ser usado em demonstraes.

    Temas TransversaisOs motores eltricos podem ser en-

    caixados no currculo de Cincias em diversos pontos.

    Um deles consiste no estudo da con-verso de energia, onde podemos expli-car de que modo podemos obter energia mecnica a partir de energia eltrica. Procurar depois enumerar quais so os aparelhos encontrados em casa que em-pregam motores eltricos um interes-sante trabalho de pesquisa para o ensino fundamental.

    Para o ensino mdio, podemos encai-xar a montagem do motor como ativida-de relacionada com o eletromagnetismo e magnetismo, onde campos e correntes podem ser analisados na prtica. Indo alm, pode-se explorar os conceitos de torque e velocidade.

    Nos dois casos, os conceitos de po-tncia e conservao da energia podem ser explorados com a profundidade que cada nvel de conhecimento dos alunos permita.

    Lista de materiaisB1 - 6 V 4 pilhas pequenas ou 3 V 2 pilhas pequenas S1 - Reed-switchL1 - Bobina (eletrom) ver texto

    Diversos:Dois ms pequenos (perferivelmente retangulares - barra), suporte de pilhas, cilindro de plstico ou madeira, base de montagem, fios, barra de terminais, etc.

    f

    MF40_Motor_vFinal.indd 22 5/8/2008 11:23:39

  • dispositivos d

    Mecatrnica Fcil n40 23

    Os sensores piroeltricos operam com a radiao infravermelha muito fraca que emitida por qualquer corpo que se encontre a uma tempe-ratura acima do zero absoluto.

    o caso de pessoas, que tenham os seus corpos aquecidos a uma temperatura maior do que a do meio ambiente, consistindo assim numa fonte emissora de radiao infraver-melha, conforme mostra a figura 1.

    Se pudssemos ver a radiao infravermelha, uma pessoa parece-ria acesa no escuro. isso o que ocorre justamente quando usamos os visores noturnos ou cmeras com viso infravermelha, como o exempli-ficado na figura 2.

    Os sensores piroeltricos tm como elemento bsico um material que libera cargas eltricas quando recebe radiao infravermelha.

    Sensores piroeltricos e as lentes de FresnelOs sensores piroeltricos per-mitem obter a viso infraver-melha dos robs. No entanto, eles precisam de elementos adicionais para operar e um deles a lente de Fresnel. Veja, como funcionam os sensores, essas lentes e como elas so usadas em conjunto com os sensores piroeltricos de infravermelho (sensores de pre-sena) em alarmes e detectores de incndios.

    Newton Braga

    Emisso de radiao infravermelha pelo corpo

    1Cmera com viso infravermelha Sony Cyber-shot DSC-H9

    2

    De acordo com a figura 3, a inci-dncia de raios infravermelhos faz com que as faces do material fiquem carregadas com polaridades opostas.

    Para termos um sensor eficiente basta, ento, colocar esse material num encapsulamento que seja transparente aos raios infravermelhos e agregar um circuito amplificador, uma vez que as cargas liberadas so muito pequenas para acionar um circuito comum.

    Na figura 4 temos um sensor tpico que faz uso de transistores de efeito de campo, visto que eles podem ser controlados pelas cargas eltricas libe-radas pela radiao infravermelha.

    Polaridades opostas nas faces do material

    3

    Esse o tipo de sensor que encon-tramos em portas automticas e para a deteco de intrusos. Contudo, os

    MF40_Piroeletricos.indd 23 5/8/2008 11:17:53

  • dispositivosd

    Mecatrnica Fcil n402424

    Sensor DG-85, da Paradox4

    sensores precisam de alguns recur-sos adicionais para funcionar.

    As Lentes de FresnelDiante dos sensores de alarmes e

    abertura de portas que utilizam sen-sores piroeltricos encontramos lentes plsticas arredondadas as quais pos-suem diversas estrias. (figura 5).

    Estas peas so denominadas Lentes de Fresnel e cumprem com uma funo importante no funciona-mento dos sensores.

    Explicaremos a seguir, o que so essas lentes, o que pode dar um excelente material inclusive para os estudantes de engenharia mecatr-nica e mesmo de fsica.

    As aplicaesQuando se deseja detectar movi-

    mento ou ainda radiao de fontes de infravermelho muito fracas, impor-tante usar lentes com pequena dis-tncia focal e grande abertura.

    Materiais comuns, entretanto, como o vidro ou mesmo o cristal, no podem ser utilizados no caso da radiao infravermelha por apresen-tarem grandes perdas.

    Isso ocorre principalmente na faixa dos 6 aos 14 m (micrmetros), que justamente a faixa onde os sensores usados nestes aparelhos operam.

    Porm, materiais como o polieti-leno, que possuem propriedades de conduo melhores na faixa dos infra-vermelhos, no podem ser moldados de modo a formar uma lente comum.

    O que se faz ento utilizar uma lente com estrias, em que a sua dis-tncia e inclinao so calculadas de

    Lentes plsticas com estrias diversas5

    acordo com o ndice de refrao do material de modo a concentrar a radia-o incidente em cada uma num foco nico, conforme ilustra a figura 6.

    Cada estria funciona como uma microlente que pode dirigir a luz captada para um foco.

    Pelas suas dimenses esta lente pode ser extremamente fina, elimi-nando-se a problema da absoro do material que afetaria o seu desempe-nho na faixa dos infravermelhos.

    Nos sensores modernos estas lentes so projetadas por computa-dores de modo a garantir que a luz desviada por cada estria seja dirigida diretamente para o foco, obtendo-se assim uma imagem muito mais precisa para o objeto que est diante dela.

    A principal vantagem deste tipo de lente est no fato de que as suas dimen-ses dependem apenas da quantidade de estrias usadas no projeto.

    Nas lentes comuns, quanto maior for a dimenso, mais crtica se tornar sua elaborao, pois a curvatura deve ser mantida dentro de limites rgidos de pre-ciso para que a energia captada seja dirigida para o foco, veja a figura 7.

    As pessoas que possuem telesc-pios sabem como crtico obter um bom instrumento que tenha uma obje-tiva grande (para pode captar mais luz, e portanto, ter a capacidade de permitir a observao de objetos de menor brilho).

    No caso das lentes de Fresnel basta repetir as estrias, tendo-se apenas o cuidado de modificar a dire-o em que a luz seja refratada de modo a incidir no foco e obter com isso lentes de qualquer tamanho.

    Concentrao da radiao incidente num nico foco pela lente com estrias

    6

    Dificuldade no uso de lentes comuns grandes

    7

    Na prtica, entretanto, existe um limite para as dimenses da lente e portanto para a quantidade de radia-o que ela pode captar. No se reco-menda que o seu dimetro seja maior que a distncia focal.

    A radiao incidente em regies para alm deste limite, simplesmente reflete de volta para a lente.

    Frmulas e ProjetosUma lente definida como um

    dispositivo que possui propriedades refratoras que permitem seu uso para coletar raios paralelos de radiao (vis-vel ou infravermelha), concentrando-os num nico ponto denominado foco.

    O foco ser tanto mais prximo da lente quanto maior for seu poder refrator, observe a figura 8.

    A distncia focal definida como a distncia entre o ponto focal e o centro da lente.

    Esta distncia pode ser calculada pela seguinte frmula:

    MF40_Piroeletricos.indd 24 5/8/2008 11:18:03

  • dispositivos d

    Mecatrnica Fcil n40 25

    Alm disso , a posio do objeto e da imagem podem ser calculadas por outra frmula:

    1/f = 1/L - 1/L

    1/f = (n-1) x (1/r)Onde:f a distncia focaln o ndice de refrao da lente (1,5 para o polietileno)r o raio de curvatura da lente no seu centro.

    Foco mais prximo em lentes mais refratora

    8Distncia focal f de uma lente

    9

    Montagem do sensor no foco da lente10

    Cobertura zonal da lente10

    As distncias envolvidas nesta fr-mula so dadas na figura 9.

    Lentes de Fresnel Multi-elementos

    Para serem empregadas com sensores piroeltricos so colocadas lentes de Fresnel multi-elementos de polietileno, que favorecem a captao de energia na faixa da radiao infra-vermelha.

    Como cada elemento tem a radia-o detectada refratada em uma dire-o que depende da posio do objeto focalizado, a passagem diante da lente de um objeto que se movimenta, faz com que ocorra um processo de modulao na radiao presente no foco, gerando assim o sinal no ele-mento sensor que o circuito precisa para acionar um circuito externo.

    Isso significa que um sinal rela-tivamente forte pode ser gerado no momento em que qualquer fonte de radiao infravermelha se mover diante do sensor que esteja no foco de uma destas lentes, conforme exibe a figura 10.

    Nesta figura mostramos a monta-gem tpica de um sensor no foco da lente de modo a se obter o seu funcio-namento correto.

    Nela tambm indicamos o modo de se montar uma lente de 15 elementos da Philips Componentes diante de um sensor como o RPY97 (Philips), que possibilita a cobertura de uma distn-cia at 12 metros com uma abertura de 90 graus volumtricos.

    Na figura 11 mostramos um gr-fico que apresenta a cobertura zonal nominal desta lente numa aplicao tpica em um sensor piroeltrico.

    Observe que o modo de viso desta lente apresenta estrias onde temos faixas em que a sensibilidade mxima.

    por este motivo que este tipo de lente no serve para aplicaes pti-cas que envolvam a captao de deta-lhes de uma imagem, mas apenas o direcionamento de radiao.

    Concluso

    As lentes de Fresnel so elemen-tos fundamentais para o funciona-mento dos sensores piroeltricos.

    Sem elas, a quantidade de radia-o captada pela pequena superfcie do sensor no seria suficiente para se obter a sensibilidade desejada em uma aplicao prtica.

    Da mesma forma, somente com este tipo de lente pode-se obter a preciso necessria e a sensibilidade com uma radiao que, normalmente, no pode ser trabalhada com lentes comuns de vidro.

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    Os transdutores piezoeltricos podem ser encontrados em diversos formatos e com muitas aplicaes prticas possveis. Na verdade, os tipos mais comuns so muito baratos e at podem ser aproveitados de equipamentos fora de uso.Veja neste artigo como funcionam esses transdutores e como fazer algumas experincias bastante interessantes, utilizando-os.

    Transdutores piezoeltricos

    Newton C. Braga

    PiezoeletricidadeExistem materiais, denominados

    piezoeltricos, que, quando submetidos a uma deformao mecnica, geram cargas eltricas que aparecem em suas faces, como mostra a figura 1.

    Da mesma forma, se esses mate-riais forem submetidos a uma tenso eltrica, eles sofrem uma deformao mecnica, ou seja, podem curvar-se, alongar-se ou mudar sua espessura, conforme ilustra a figura 2.

    O cristal de quartzo um material que apresenta essas propriedades, podendo ser usado, por esse motivo, para gerar sinais eltricos de freqn- cia fixa. De fato, se um cristal de quartzo for excitado eletricamente, ele tende a vibrar numa nica freqn-cia, de forma precisa, dada pelas suas dimenses e o formato em que ele cortado.

    Cristais como o visto na figura 3 so usados para controlar a freqn- cia de osciladores em relgios, trans-missores, computadores, instrumen-tos eletrnicos, de modo a se obter um sinal preciso.

    Cristais com freqncias que vo de algumas dezenas de quilohertz a centenas de megahertz podem ser encontrados nos equipamentos ele-trnicos de todos os tipos.

    Um outro tipo de material piezoe-ltrico, com grande gama de aplica-es na eletrnica, a cermica de Titanato de Brio.

    Alm de ser mais barata, ela pode ser fabricada facilmente em diversos formatos e fisicamente muito resis-tente. Essa cermica usada principal-mente na fabricao de transdutores semelhantes aos da figura 4.

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    1Cargas eltricas

    2Deformao mecnica

    3Cristais

    4Transdutores de cermica

    5Converso de vibraes sonorasem sinais eltricos

    6Exemplo de aplicaopara gerar altas tenses

    7Ligao de 4 transdutores em paralelo

    Quando aplicamos um sinal de udio nas pastilhas de titanato de brio elas vibram na mesma freqncia, transformando esses sinais em sons.

    Transdutores sonoros de aviso em computadores, brinquedos, equipa-mentos de consumo, etc usam esses transdutores, quer seja na forma direta de pastilhas quer seja na forma de cpsulas.

    Se o sinal aplicado vier de um amplificador, por exemplo, o transdutor funcionar como um fone de ouvido.

    Mas, esses transdutores tambm funcionam de forma inversa, captando vibraes ou sons. Assim, se falarmos diante de um transdutor deste tipo, ele vai converter as vibraes sonoras correspondentes ao som em sinais eltricos, conforme exibe a figura 5. O transdutor operar como um micro-fone.

    Acoplado a um objeto, ele poder tambm ser usado para detectar vibraes mecnicas.

    Finalmente, existe uma aplicao interessante que a de gerar altas tenses. Se a uma cermica de tita-nato de brio acoplarmos um sistema que lhe d uma boa pancada quando acionarmos um gatilho, poderemos gerar fascas que alcanam os 4 000 volts ou mais, conforme mostra a figura 6.

    Esse sistema utilizado em acen-dedores de fogo bastante eficientes.

    8Circuito completo do rdio

    9Aspecto da montagem

    Mas, para os leitores, ser interes-sante empregar os transdutores em alguns experimentos que podem at ser usados nas escolas, como temas transversais para o estudo de cin-cias ou ainda como atividade para as eletivas que envolvam tecnologia.

    ProjetosPara os experimentos que vamos

    descrever a partir de agora recomen-damos o uso de transdutores cermi-cos (piezoeltricos) do tipo visto na figura 4.

    O leitor, entretanto, deve ter cui-dado para no confundir transdutores magnticos (que tm o mesmo formato em alguns casos) e que no servem. Os transdutores piezoeltricos so leves e podemos ver pelas aberturas o cristal interno. Os tipos magnticos so pesados.

    1. TelefoneA descrio completa de um tele-

    fone usando 4 transdutores foi feita na revista Eletrnica Total nmero 102.

    O projeto consiste em se ligar em paralelo quatro transdutores, de modo que dois funcionem como fones e dois como microfones, numa disposio igual da figura 7.

    Veja que no h distino entre qual vai funcionar como fone ou como microfone, pois cada transdutor opera nos dois modos.

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    10A seleo das estaespode ser feita por tomadas

    11Circuito de transmissor para a faixa de FM

    12Montagem do transmissor FM em PCI

    O cabo que interliga os dois apa-relhos pode ter at 50 metros, sem problemas. Quando falamos em qual-quer microfone, os sinais so envia-dos aos outros transdutores. No fone do receptor podemos, ento, ouv-lo claramente.

    O circuito no precisa de energia, pois a eletricidade que corresponde ao sinal gerada pelo prprio trans-dutor que funciona como microfone.

    2. Rdio de GalenaA sensibilidade de um transdutor

    piezoeltrico to grande que ele pode transformar em som audvel os fracos sinais captados de uma esta-o prxima por um fio esticado. Este o princpio de funcionamento dos rdios de galena ou rdios de cristal, que no precisam de energia (pilhas ou fora) para funcionar.

    O que fazemos colocar um cir-cuito ressonante para sintonizar as estaes de ondas mdias locais, uma antena de pelo menos uns 5 metros e um diodo para detectar os sinais. O fone piezoeltrico o elemento final do circuito. Na figura 8 temos o cir-cuito completo do rdio.

    A bobina feita enrolando-se 100 espiras de fio comum fino ou fio esmaltado 26 ou 28 AWG num tubo de PVC ou cabo de vassoura. Na figura 9 vemos o aspecto final da montagem, feita numa base de pls-tico ou madeira.

    O capacitor varivel, onde feita a sintonia das estaes, aproveitado de um rdio transistorizado de AM fora de uso.

    Uma opo interessante para quem no quiser usar esse componente con-siste em se fazer diversas tomadas na bobina e fazer a seleo das estaes por ligaes nessas tomadas, con-forme mostra a figura 10.

    O diodo detector pode ser de qual-quer tipo de germnio como o 1N34, 1N60, etc.

    A antena consiste num pedao de fio esticado (mesmo encapado) com pelo menos 8 metros de compri-mento, e a ligao terra feita sim-plesmente segurando-se na ponta do fio-terra.

    noite, quando a propagao dos sinais melhor, at mesmo estaes distantes podero ser captadas.

    3. TransmissorNa figura 11 ilustramos o circuito

    de um pequeno transmissor para a faixa de FM que usa um transdutor piezoeltrico como microfone.

    O alcance desse transmissor pode chegar aos 50 metros em campo aberto. A sensibilidade do microfone suficiente para que conversas nas proximidades possam ser captadas com facilidade.

    Na figura 12 temos o modo de se fazer a montagem desse transmis-sor numa pequena placa de circuito impresso.

    A bobina formada por 4 voltas de fio esmaltado AWG 22 ou 24 ou mesmo fio comum rgido fino. Como antena utilizado um pedao de fio rgido de 15 a 30 cm de comprimento.

    O trimmer usado para fazer a sin-tonia. Com uma pequena chave gira-

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    13Aplicao de alta tensono transdutor

    14Brincadeira com o circuito

    15Circuito de sirene intermitente

    16Montagem do circuito em PCI

    mos o seu parafuso at captar o sinal em um ponto livre da faixa de FM.

    4. Gerador de RudosTrata-se de um experimento muito

    simples que mostra como converter energia eltrica em som, produzindo um forte rudo num transdutor.

    O que fazemos gerar alta tenso com um transformador e aplic-la num transdutor, conforme exibe a figura 13.

    Esfregando a ponta do fio na lima, gerada uma corrente pulsante que induz no secundrio do transformador uma alta tenso tambm pulsante. Os pulsos aplicados ao transdutor geram um forte rudo.

    O transformador pode ser de qual-quer tipo com primrio de 110 V ou 220 V, que ser ligado ao transdutor, e secundrio de 6 a 12 V com qualquer corrente.

    Uma brincadeira que pode ser feita com este circuito consiste em se esconder o transdutor em algum lugar (no quarto de um amigo) e acion-lo distncia durante noite, conforme sugere a figura 14.

    5. SireneNa figura 15 temos um circuito de

    uma sirene intermitente com base no circuito integrado 4093.

    Os tons podem ser ajustados em P2 e P3 enquanto que a velocidade da intermitncia ajustada em P3.

    A montagem deste circuito numa placa de circuito impresso mostrada na figura 16.

    ConclusoOs transdutores piezoeltricos

    consistem em uma excelente alter-nativa para a reproduo de som e mesmo como microfones, substituindo os alto-falantes comuns.

    Sua grande vantagem que a alta impedncia permite que eles sejam excitados diretamente pela sada de circuitos integrados CMOS e seu ren-dimento pode at ser maior.

    Alm disso, eles so menores e mais sensveis, podendo ser excita-dos com muito menor potncia, o que importante, principalmente nas apli-caes em que a fonte de energia formada por pilhas e baterias. f

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    Mecatrnica Fcil n4030

    Existem diversos dispositivos semicondutores da famlia dos tiristores que se prestam ao desenvolvimento de projetos de robtica, mecatrnica e automao. De fato, a caracterstica principal desses dispositivos justamente poder controlar potncia elevadas, alguns em circuitos de corrente contnua ou alternada, enquanto outros possuem caractersticas de resistncia negativa que os tornam ideais para o disparo de dispositivos de potncia. Neste artigo vamos descrever alguns blocos de projetos que se baseiam em um desses dispositivos, no caso SCRs, TRIACs, etc. Os blocos descritos so apenas alguns dos muitos que podem ser desenvolvidos pelo leitor imaginoso.

    Controlede potncia usando SCRs

    Newton C. Braga

    O SCRSCR o acrnimo de Silicon Con-

    trolled Rectifier ou Diodo Controlado de Silcio. Trata-se de um dispositivo semicondutor da famlia dos tiristores que tm o smbolo, estrutura e circuito equivalente exibidos na figura 1.

    Como o smbolo do SCR sugere, trata-se de um diodo que possui um terminal de disparo ou comporta. Quando disparado, ele pode conduzir a corrente num nico sentido, determi-nado pelo diodo equivalente.

    Para disparar um SCR preciso aplicar uma tenso positiva com-porta. Tomando como base o circuito equivalente, vemos que essa corrente de comporta polariza a base do tran-sistor NPN que, ao conduzir, reali-menta o transistor PNP atravs de sua base. Dessa forma, com a conduo do transistor PNP, temos a realimen-tao do NPN, travando o circuito no estado de plena conduo, ou seja, os dois transistores equivalentes satu-

    ram. Assim, mesmo que a corrente ini-cial que disparou o SCR desaparea, o processo de realimentao mantm o SCR ligado. Para desligar o SCR temos duas possibilidades:

    1. Estabelecendo um curto-cir-cuito entre o anodo e o catodo de modo que os dois transisto-res deixem de conduzir, visto que a tenso aplicada cai a zero. Pressionando uma chave em paralelo com o SCR pode-mos estabelecer esse curto, desligando o tiristor.

    2. Interrompendo a alimentao do circuito por um momento. Neste caso, o SCR desliga por falta de alimentao no circuito.

    Os SCRs comuns so dispositivos muito sensveis, podendo ser dispara-dos por correntes que vo de frao de miliampre a alguns miliampres. Tipos comuns como os da srie 106

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    1SCR: smbolo, estruturae circ. equivalente

    (TIC106, MCR106, C106, etc) podem controlar correntes de 3 a 4 ampres a partir de correntes de disparo da ordem de 100 A com tenses entre 1 e 2 V.

    Para saber mais sobre outros com-ponentes da famlia dos tiristores, sugerimos o nosso Curso Bsico de Eletrnica, livro publicado pela Edi-tora Saber.

    Usando o SCROs SCRs podem ser usados tanto

    em circuitos de corrente contnua (DC) como alternada (AC). Nos circuitos DC devemos lembrar que, aps o disparo, o SCR se mantm conduzindo mesmo depois de desaparecer aquele. Nos circuitos de corrente alternada (AC) o comportamento diferente. Uma vez disparado, o SCR se mantm em con-duo at o instante em que a tenso do semiciclo passe por zero, conforme mostra a figura 2.

    Depois de disparar um SCR pre-ciso manter uma corrente mnima atra-vs dele, para que ele se mantenha em conduo. Essa corrente deno-minada corrente de manuteno (hol-ding current) e est na faixa de alguns miliampres para os SCRs comuns.

    Um outro ponto importante que envolve as caractersticas de um SCR, a ser considerado nos projetos que, ao conduzir, ocorre uma queda de tenso da ordem de 2 V entre o seu anodo e catodo. Nos circuitos que operam com tenses altas, como os ligados rede de energia, essa queda pode ser ignorada.

    Blocos bsicos usando SCRsOs blocos so baseados nos SCRs

    mais comuns em nosso mercado, que so os da srie 106. Para aplicaes que exijam maiores correntes do que esse dispositivo pode controlar, os tipos da srie TIC226 e mais elevados so os indicados.

    Lembramos que devem ser feitas otimizaes, com eventuais alteraes de valores de componentes, para casar as caractersticas dos circuitos com as cargas que devem ser controladas. O leitor deve fazer experincias at obter o melhor desempenho.

    Tambm importante saber que, quando controlando correntes inten-sas, o SCR deve ser montado em radiador de calor.

    2Comportamento do SCRem circuito CA

    3Circuito chave liga-desliga com SCR

    4Ativao da carga com retardode alguns minutos

    1. Chave liga-desligacom SCRCom o bloco ilustrado na figura 3,

    possvel ligar e desligar uma carga de corrente contnua a partir de dois interruptores ou sensores separados. Cargas at 3 A podem ser controladas por este circuito.

    Quando S1 fechado por um ins-tante o SCR dispara, permanecendo em conduo mesmo depois que S1 abra. Para desligar o circuito preciso fechar S2 por um instante.

    Observe que a corrente de disparo deste circuito (atravs de S1) muito baixa, dependendo apenas de R1, mas a corrente de desligamento (atravs de S2) a corrente da carga. Quando escolher os sensores para esta aplica-o, leve em conta este fato.

    Deve ser considerada ainda a queda de tenso atravs do SCR, da ordem de

    2 V. Assim, se a carga precisar receber 6 V, a alimentao do circuito dever ser feita com pelo menos 2 V a mais. No circuito dado como exemplo, que opera com tenses de 6 a 150 V, o SCR deve ser dotado de dissipador de calor, e R1/R2 so selecionados pela seguinte tabela 1 (valores sugeridos).

    2. Chave com retardoSCRs de grande sensibilidade

    como os TIC106, MCR106, etc, podem ser disparados a partir de correntes muito baixas. Isso significa que resis-tncias de valores elevados podem ser usadas numa rede RC para o dis-paro com retardo.

    Assim, usando um resistor de 100 k ohms, como no circuito apresentado na figura 4, podemos ativar uma carga com um retardo que pode chegar a alguns minutos.

    T1Valores sugeridos para R1 e R2

    6 a 12 V12 a 24 V24 a 48 V48 a 100 V100 a 150 V

    Tenso deAlimentao

    1 a 10 k ohms4,7 k a 47 k ohms10 k a 100 k ohms22 k a 100 k ohms47 k a 150 k ohms

    R1150 ohms a 4,7 k ohms1 a 10 k ohms4,7 k ohms a 47 k ohms10 k ohms a 47 k ohms22 k ohms a 100 k ohms

    R2

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    AtenoNunca alimente esse circuito a partir da rede de energia usando fontes sem trans-formadores. O toque no sensor pode causar choques perigosos.

    5Circuito para uma aplicaotpica de chave de toque

    6Disparo do SCR compulsos positivos fracos

    7Disparo do SCR c/ pulsos negativos, alternando a entrada do circuito

    evitar essa captao de zumbidos, o cabo at o sensor deve ter menos de 2 metros de comprimento ou ento ser blindado.

    Para se obter um ajuste de sen-sibilidade ao disparo pode ser ligado um trimpot ou potencimetro de 100 k ohms a 1 M ohms entre a comporta e o terra do circuito.

    4. Disparo compulsos positivosSCRs de baixas sensibilidades, ou

    ainda SCRs comuns podem ser dispa-rados com sinais muito fracos, empre-gando o circuito mostrado no bloco da figura 6.

    O resistor de base do transistor depende da fonte de sinal, podendo ser alterado para se obter a melhor condio de disparo. Dependendo da aplicao, esse resistor pode ter valores to altos quanto 1 M ohms. Da mesma forma, o resistor de 2,2 k ohms, pode ter seu valor aumentado para se obter maior sensibilidade. Esse circuito dispara o SCR quando um pulso positivo aplicado base do transistor.

    Na condio indicada, a corrente necessria ao disparo de um TIC106 pode chegar a um valor to baixo como 1 A. Sensores resistivos de altas resistncias podem ser usados diretamente ligados na entrada deste bloco.

    5. Disparo de SCRcom pulsos negativosUma forma simples de se disparar

    um SCR com pulsos negativos, por exemplo, aterrando-se a entrada do circuito, a indicada na figura 7.

    Nesta configurao, quando o transistor est saturado, ou seja, com

    um sinal positivo aplicado sua base (nvel alto), a comporta do SCR est aterrada e com isso ele se mantm desligado. Quando o sinal de entrada desaparece ou ainda vai ao nvel baixo, o transistor cortado e, assim o resistor R3 pode polarizar a comporta do SCR de modo a dispar-lo.

    Uma vez disparado, o SCR pode ser desligado atravs de S1. Os valo-res dos resistores podem ser altera-dos em funo da sensibilidade do SCR e das caractersticas do sinal de entrada. Com os valores mostrados no circuito, ele compatvel com sadas TTL e CMOS.

    6. Proteo CrowbarA finalidade deste circuito ace-

    lerar a queima de um fusvel quando a corrente ultrapassa certo valor. A ao rpida do SCR responsvel pela queima do fusvel. Essa aplica-o importante porque se a corrente ultrapassa muito pouco certo valor, o tempo que o fusvel demora para se aquecer e queimar pode ser longo demais para impedir que danos ocor-ram no circuito.

    O circuito proposto ilustrado na figura 8 onde a corrente de disparo determinada pelo valor de R, segundo a seguinte frmula:

    R = V/I

    Onde:V a tenso de disparo do SCR, normalmente entre 0,8 e 1,2 V para os tipos da srie 106.R o valor do resistor de pro-teo (volts)I a corrente de disparo (ampres)

    O tempo mximo que pode ser obtido depende do resistor que est limitado a uns 220 k ohms ou pouco mais, e pela qualidade do capacitor utilizado. Capacitores de valores ele-vados tendem a apresentar fugas e, com isso, se comportam como divi-sores de tenso, impedindo que a tenso necessria ao disparo seja alcanada.

    Para desligar o circuito preciso pressionar S2 por um instante. Lembre-se que a corrente nessa chave a mesma da carga.

    3. Chave de toqueutilizando SCRSCRs muito sensveis como os

    da srie 106 podem ser disparados at pela tnue corrente que circula pelos dedos de uma pessoa, quando esta toca em sensores. Esses SCRs tambm podem ser disparados por sensores de elevada resistncia como sensores de umidade, sensores de presso feitos com esponjas conduto-ras, sensores de temperatura basea-dos em diodos polarizados no sentido inverso, e muito mais.

    Para uma aplicao tpica temos o bloco visto na figura 5 em que o sensor X1 formado por duas chapi-nhas de metal que devem ser tocadas simultaneamente.

    O capacitor ligado a este circuito, com valores entre 1 nF, e 100 nF serve para eliminar rudos caso o fio do sensor tenda a capt-los. Para

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    Quando o SCR dispara ele pe em curto o circuito, fazendo com que o fusvel de proteo queime. Com a abertura do fusvel, a carga deixa de receber alimentao.

    7. Proteo contrasobrecorrenteEm lugar de queimar um fusvel,

    podemos fazer com que o SCR atue sobre um rel, cortando a alimenta-o do circuito que deve ser protegido. Isso conseguido com o circuito dado na figura 9.

    Quando a corrente ultrapassa um certo valor que depende de R (ver cl-culo no bloco anterior), o SCR dispara e energiza o rel K1. Observe que a carga est ligada nos contatos NF do rel, o que significa que ela se mantm alimentada quando o rel est dese-nergizado.

    Com o disparo do SCR, e conse-qentemente do rel, a carga des-ligada e o LED 1 acionado, avisando que houve uma condio de sobre-corrente. Os valores de R1 conforme a tenso do circuito, so dados na tabela junto ao diagrama.

    Para rearmar o circuito basta desli-gar e religar a alimentao, depois de remover a causa da sobrecorrente, claro. O SCR no precisa ser montado em radiador de calor, uma vez que a corrente no rel muito baixa.

    8. Flip-Flop R-Susando SCRUm problema notado nos blocos

    anterior que uma vez disparado, o SCR assim se mantm indefinida-mente mesmo depois que o pulso de disparo tenha desaparecido. Para religar o circuito usando uma chave, esta chave deve ser capaz de manu-sear a corrente da carga, o que pode ser inconveniente em algumas aplica-es.

    A possibilidade de se ligar e desli-gar cargas em circuitos com SCRs uti-lizando sensores de baixas correntes conseguida com o uso de um flip-flop R-S, conforme exibido na figura 10.

    O SCR1 ligado pressionando-se momentaneamente S1 (que pode ser substituda por qualquer sensor). Para desligar o circuito suficiente pres-sionar S2 por um momento. Quando SCR1 est ligado, o capacitor perma-nece carregado, j que o lado do SCR

    8Circuito de proteo crowbar

    9Circuito de proteocontra sobrecorrente

    10Flip-flop RS usando SCR

    est no potencial de terra e o lado do SCR2 est com uma tenso positiva.

    No momento em que S2 pres-sionada, o SCR2 liga e com isso o capacitor colocado em curto, des-carregando-se. A corrente de des-carga funciona como um curto-circuito entre o anodo e o catodo de SCR1, desligando-o. Para ligar o SCR1 nova-mente, basta pressionar S1. Agora, com SCR1 ligado, o capacitor colo-cado novamente em curto, desligando o SCR2.

    O valor do capacitor a ser usado neste circuito depende da aplicao (caractersticas da carga e tenso de alimentao), ficando normalmente entre 1 e 10 F. Capacitores polariza-dos no devem ser empregados nesta aplicao, porque eles se carregam e descarregam com polaridades opos-tas. Deve ser colocado um capacitor despolarizado.

    SCRs em circuitosde corrente alternada

    Os SCRs podem ser usados em cir-cuitos AC tambm. Apenas devemos lembrar que eles desligam quando a tenso passa por zero nos finais de cada semiciclo.

    11Circuito de chave AC c/ SCR

    Nas aplicaes descritas nos pr-ximos blocos, o circuito pode ser ali-mentado a partir do secundrio de um transformador e, em alguns casos, diretamente a partir da rede de energia. Devemos entretanto , observar que:

    1. O SCR deve ser capaz de operar com o pico de tenso e a corrente presente no circuito.

    2. Nas aplicaes alimentadas diretamente pela rede de ener-gia devemos tomar cuidado com os isolamentos, de modo a evitar choques perigosos.

    3. Se apenas um SCR for usado sem mais recursos (pontes) apenas um dos semiciclos ser controlado. Teremos um controle de meia onda.

    9. Chave AC simplesO circuito mostrado na figura 11

    pode ser utilizado para ligar e desli-gar uma carga de corrente alternada, usando uma chave ou sensor com baixa capacidade de corrente (menor do que a carga que deve ser contro-lada).

    O diodo serve para evitar que pulsos de disparo negativos sejam aplicados ao SCR, quando ele estiver

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    com o circuito apresentado no bloco da figura 12.

    Usamos uma ponte de diodos para obter uma tenso alternada pulsante que s tenha pulsos positivos de tenso e, com isso, tenha dois semi-ciclos em cada ciclo para controlar. Os diodos utilizados nesta ponte devem ser capazes de trabalhar com a cor-rente da carga e ter tenses de acordo com a alimentao.

    Os valores de componentes mos-trados na figura so para a rede de 110 V. Alteraes devem ser feitas pro-porcionalmente se a tenso do circuito for outra. O SCR dever ser dotado de um radiador de calor. Veja que S1 pode ser um sensor de baixa corrente.

    Observamos ainda que se o cir-cuito for alimentado pela rede, no existindo isolamento, precaues contra choques devem ser tomadas.

    11. Chave AC de potncia de onda completa (II)Uma outra forma de se obter um

    controle de onda completa, com a conexo da carga antes da ponte de diodos, a ilustrada na figura 13.

    O princpio de operao deste bloco exatamente o mesmo do bloco anterior, assim como as espe-cificaes dos componentes usados. O SCR tambm deve ser montado em radiador de calor. Veja na tabela 2 o SCR apropriado para a sua aplicao.

    12. Dimmer e controlede velocidadeO bloco exibido na figura 14 pode

    funcionar tanto como um controle de brilho para lmpadas incandescentes ou de aquecimento para um elemento resistivo, como controle de velocidade para um motor universal.

    Trata-se de uma das configuraes mais tradicionais usando SCR, se bem que seja um controle de meia onda.

    Nesse circuito, quando comea um semiciclo da tenso da rede de ener-gia, o capacitor C1 carrega-se numa velocidade que depende do ajuste de P1 e R1. A constante de tempo desse circuito, formado pelo potencimetro, resistor e capacitor, determinar ento o instante do disparo do SCR no semi-ciclo.

    Se o SCR disparar no incio do semiciclo, teremos um ngulo de con-duo maior e com isso, maior potn-

    12Chave AC de potncia (onda completa)

    13Chave AC de potncia (II)

    14Circuito para dimmer oucontrole de velocidade

    15Dimmer de onda completa

    inversamente polarizado. Isso poderia causar sua queima.

    Veja que, como apenas metade dos semiciclos so conduzidos, a carga recebe apenas metade da potncia mdia para a qual foi especifi-cada, quando alimentada diretamente por uma rede de corrente alternada. O valor do resistor R1 depende da tenso da rede. Os valores dados junto ao diagrama so para SCRs da srie TIC106.

    O SCR deve ser dotado de radia-dor de calor, de acordo com a intensi-dade da corrente exigida pela carga.

    10. Chave AC de potncia de onda completa (I)A inconvenincia de se contro-

    lar apenas metade dos semiciclos da tenso alternada da rede de energia que ocorre com um SCR num circuito de controle comum, como o mostrado no bloco anterior, pode ser contornada

    TIC106-YTIC106-FTIC106-ATIC106-BTIC106-DMCR106-1MCR106-2MCR106-3MCR106-4MCR106-6TIC126-BTIC126-D

    Tipo

    30 V60 V100 V200 V400 V30 V60 V100 V200 V400 V200 V400 V

    Vdrm

    3,2 A3,2 A3,2 A3,2 A3,2 A4,0 A4,0 A4,0 A4,0 A4,0 A8 A8 A

    Corrente

    5 mA5 mA5 mA5 mA5 mA5 mA5 mA5 mA5 mA5 A70 mA70 mA

    Corrente de manuteno

    60 A60 A60 A60 A60 A200 A200 A200 A200 A200 A5 mA5 mA

    Correntede disparo

    0,6 V0,6 V0,6 V0,6 V0,6 V1,0 V1,0 V1,0 V1,0 V 1,0 V0,8 V0,8 V

    Tensode disparo

    T2Caractersticas de SCRs comuns

    f

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  • dispositivos d

    Mecatrnica Fcil n40 35

    cia aplicada carga. Se o disparo for no final do semiciclo, o ngulo de conduo ser menor, e a potncia aplicada tambm. Desta forma, pelo ajuste de P1 podemos controlar a potncia aplicada carga.

    Veja que entendemos por ngulo de conduo, o ngulo durante o qual o SCR conduz e no o ngulo de retardo no disparo.

    Na prtica, ser preciso encontrar o valor ideal de C1 que proporcione o controle na faixa de potncias deseja-das de modo a compensar as tolern-cias dos demais componentes. Isso necessrio para que no ocorram faixas de ajuste morto no potenci-metro.

    A lmpada non poder ser substi-tuda por um diac, para melhor desem-penho do circuito. O SCR deve ser montado num radiador de calor.

    Esse circuito tem suas vantagens, podendo ser usado numa ampla gama de aplicaes, mas tambm possui alguns pontos negativos como:

    A comutao rpida do SCR gera rudos que podem se propagar pelo espao ou pela prpria rede de energia, cau-sando interferncias em rdios e televisores. Esse problema pode ser evitado com o uso de filtros.

    Apenas os semiciclos positivos so controlados, de modo que a faixa de potncias aplicada carga variar de 0 a 50%. O bloco seguinte elimina esse problema.

    13. Dimmer deonda completaNa configurao de dimmer com

    SCR tambm podemos fazer uso de uma ponte de diodos para obter o con-trole de onda completa, observe o cir-cuito da figura 15.

    O princpio de operao deste cir-cuito exatamente o mesmo do bloco anterior, com a diferena apenas de que a faixa de controle ser prxima de 0 a 100%.

    Tanto este circuito como o anterior podem operar na rede de 110 V como 220 V, havendo apenas necessidade de se encontrar o valor ideal de C1 para a faixa ideal de controle. f

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