mecatronica facil 41

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ndiceEditora Saber Ltda. Diretores Hlio Fittipaldi Thereza M. Ciampi Fittipaldi

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MECATRNICA FCIL

www.mecatronicafacil.com.brEditor e Diretor Responsvel Hlio Fittipaldi Conselho Editorial Luiz Henrique C. Bernardes, Newton C. Braga Auxiliar de Redao Erika M. Yamashita Produo Diego M. Gomes Design Grfico Carlos C. Tartaglioni Publicidade Carla de Castro Assis, Ricardo Nunes Souza

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Notcias Robonews

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PARA ANUNCIAR: (11)2095-5339 [email protected] Eckert, Newton C. Braga

Sensor de InclinaoVeja como monitor a posio de veculos ou peas mecnicas na vertical

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Capa Arquivo Editora Saber

Tranformadores, rels e solenidesEspecificaes, teste e uso dos transformadores, rels e solenides

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ASSINATURAS www.mecatronicafacil.com.br Fone: (11) 2095-5335/Fax: (11) 2098-3366 Atendimento das 8:30 s 17:30 h

Controle de Motores CCCom uma simples configurao, veja como controlar motores de corrente contnua

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Associado da:

Rel Eletrnico Multi-usoMontagem e utilizao de um mdulo que emprega rel comum e circuito eletrnico

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Sinalizador de FMAssociao Nacional dos Editores de Revistas

Transmissor emissor ideal para localizao e monitorao de objetos

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Efeitos especiais com LedsAssociao Nacional das Editoras de Publicaes Tcnicas, Dirigidas e Especializadas.

Faa um montagem com leds que piscam aleatoriamente

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Pescaria EletromagnticaConfira como implementar eletromagnetismo em suas aulas atravs de uma montagem simples

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Aplicaes bsicas para TRIACsNeste artigo mostramos aplicaes bsicas, incluindo a rel de estado slido

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Aeronaves Disputam Premiao em So Jos dos CamposCompetio de engenharia conta com 77 equipes inscritas, entre mexicanos, brasileiros e venezuelanos.

Em sua dcima edio, o desafio SAE AeroDesign ser realizado entre os dias 17 e 19 de outubro no Centro Tcnico Aeroespacial, em So Jos dos Campos (SP). No total, a competio conta com 77 equipes inscritas - 67 brasileiras, oito venezuelanas e duas mexicanas - que representam 57 instituies de ensino superior. Entre os participantes est a equipe do Estado do Par, conhecida como Uirapura. O projeto pesa 3,4 kg e tem capacidade de transportar 3,5 kg de carga. Desenvolvemos um avio bsico para participar de todas as etapas da competio e, assim, ver o projeto ganhar xito, explica a capit da equipe, Ariely Pereira. Os integrantes da Uirapura iniciaram seus testes no ms de agosto e iro competir na classificao Regular. O evento, organizado pela SAE BRASIL, conta com as categorias Classe Regular e Classe Aberta. Na primeira, os avies so monomotores com cilindrada padronizada em 10 cc. O regulamento impe restries geomtricas que estabelecem as dimenses mximas das aeronaves, que devem ser capazes de decolar em uma distncia mxima delimitada,

de 30,5 ou 61 m. J a Classe Aberta no impe tantas restries, desde que a soma das cilindradas no ultrapasse 14,9 cc. Nesta categoria, a distncia mxima de decolagem de 61 m sendo que os estudantes de psgraduao tambm podem competir. Ao final da SAE AeroDesign, as melhores pontuaes ganharo

direito a representar o Brasil na SAE Aerodesign East Competition 2009, nos Estados Unidos.

Mais informaesSAE Brasil www.saebrasil.org.br

Mecatrnica Fcil n41

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Brasileiro segundo colocado no desafio RoboChampsPrxima etapa da competio de robtica simulada ser a eliminao por sumO professor do Departamento de Sistemas e Controle do Instituto Tecnolgico de Aeronutica - ITA, Jackson Matsuura, conquistou o segundo lugar no primeiro desafio da liga de Robtica Simulada Internacional RoboChamps, promovido pela Microsoft. A eliminatria aconteceu entre os dias 21 de abril e 24 de junho, na rea de simulao da ferramenta. Para os interessados, o RoboChamps aberto a todos amantes da robtica e baseiase no Microsoft Robotics Developer Studio (MSRDS). Na primeira jornada lanada, os participantes tiveram que navegar os robs em um labirinto cheio de armadilhas. De acordo com os organizadores do evento, cerca de 6,5 mil pessoas de 77 pases chegaram a fazer o download da plataforma para participar, mas apenas o brasileiro e o americano Dave Sprague, primeiro colocado, foram capazes de navegar satisfatoriamente o rob para fora do labirinto. Dave Sprague recebeu como prmio um modelo CoreWare Corobot, no valor aproximado de U$ 3,2 mil, e Jackson Matsuura um BoeBot Kit, que custa cerca de U$ 210. A prxima etapa do RoboChamps ser a eliminao por sum. Para participar, basta baixar o Microsoft Robotics Developer Studio. Entre as outras eliminatrias esto previstas a explorao do planeta Marte com um rover, programar um carro que navegue automaticamante em uma cidade composta por semforos e trfego, alm de realizar uma misso de salvamento em um ambiente urbano aps um terremoto. A final desta competio acontecer em Los Angeles, entre os dias 27 e 30 de outubro, durante a Microsofts Professional Developers Conference (PDC).

FEI lana curso de Engenharia de Automao e ControleInscries para o prximo ano podem ser feitas at 4 de novembro

O Centro Universitrio da FEI (Fundao Educacional Inaciana) lana o curso de graduao Engenharia de Automao e Controle. A inscrio, para o total de 72 vagas, pode ser feita pela a internet, com uma taxa de R$ 50, ou nas secretarias dos campus So Bernardo do Campo e Liberdade, por R$ 60. As aulas contaro com laboratrios de mecnica, produo, computao e eletrnica, dotados de equipamentos, como robs industriais, para auxiliar no desenvolvimento de pesquisas e projetos. Mecatrnica Fcil n41

A FEI, que j detm cursos de Engenharia Mecnica, Engenharia Eletrnica, Cincia da Computao e Engenharia de Produo, aposta em mais uma necessidade do mercado de trabalho. O aluno ficar mais tempo com projetos do que em sala de aula e isso contribuir para um profissional autnomo, afirma o coordenador do curso de Engenharia de Automao e Controle da FEI, Renato Giacomini. O mercado de trabalho para o setor de Automao e Controle vasto e conta com o setor automobilstico, TI - Tecnologia da informao,

embalagens, indstria petroqumica e qumica. O engenheiro do ramo capacitado a projetar e operar equipamentos para processos de indstrias. Os profissionais desta rea so responsveis pela programao de mquinas, adaptao de softwares aos processos industriais, aplicao de sistemas mecatrnicos, automotivos e tambm desenvolvimento de robs para aplicaes domsticas e industriais.

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Siemens e Senai ministram Curso de AutomaoParceria acontece em Joinville, Blumenau, Chapec e Caador

O Servio Nacional de Aprendizagem Industrial de Santa Catarina - SENAI - e a empresa Siemens promovem curso de Sistemas de Automao de pequeno porte - Simatic S7 200. O curso acontece entre 9 de setembro e 4 de dezembro e percorre as cidades de Joinville, Blumenau, Chapec e Caador. Aos participantes uma oportunidade de atualizar conhecimentos em sistemas de automao industrial adotados pela indstria, alm

de atualizao tecnolgica e curricular. A carga horria de 24 horas e conta em seu contedo programtico com os conceitos bsicos de CLP, Overview do CLP SIMATIC S7-200, Software de programao STEP 7 - Micro/WIN, como editar elementos de um programa, sistemas numricos e tipos de dados , subrotinas, funo Data Log e muito mais. O curso ser aberto a todos interessados, tendo como pr-requisito conhecimentos bsicos de eletrici-

dade e lgica de comando eltrico; sendo voltado aos usurios que atuam em projetos e services de equipamentos.

Mais informaesSENAI SC www.sc.senai.br

Esto abertas as etapas da competio internacional de Robtica ElevationAlunos do Eniac seguem para o Rio Grande do Sul para participar da competio regional

A equipe Eniac Challengers, do colgio Eniac de Guarulhos, compete entre os dias 30 e 31 de outubro a fase reginal da competio de robtica VEX Robotics Competition: Elevation, em Novo Hamburgo, RS. O grupo j vice-campeo mundial e pretende estar entre os seis representates do Brasil para a final, que acontecem nos Estados Unidos. O Eniac Challengers formado por 17 estudantes do Ensino Mdio. Os integrantes da equipe desenvolveram o rob a partir do kit bsico entregue na inscrio do campeonato e pretendem fazer uma montagem diferente

do rob Porco Espinho, com o qual disputaram na final da Vex Robotics World Championship, na Universidade Estadual da California, nos Estados Unidos. O campeonato mundial de robtica Elevation promovido pela organizao VEX e, no Brasil, pela empresa Index, O objetivo qualificar os estudantes a trabalharem com o sistema de robtica VEX e promover o aprendizado em reas como cincias, tecnologia, engenharia e matemtica. J o desafio fazer os robs, preparados pelos prprios alunos, encaixarem bias em hastes verticais em um

suporte metlico, chamado rack. As provas finais acontecem nos dias 30 de abril a 02 de maio de 2009, no Dallas Convention Center, no Texas. Esse evento contar com cerca de 100 equipes participantes, selecionadas ao longo das competies VEX Robotics que acontecero em diversas cidades durante outubro de 2008 a abril de 2009.

Mais informaesVEX Robotics www.vexrobotics.com

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Mecatrnica Fcil n41

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National Instruments e LEGO Education anunciam nova plataforma de robticaLEGO Education WeDo utiliza software de projeto grfico NI LabVIEW e estar disponvel no incio de 2009A National Instruments e a LEGO Education anunciam parceria na rea de robtica educacional com o desenvolvimento do LEGO Education WeDo. A plataforma de robtica utiliza tecnologia de software de projeto grfico NI LabVIEW, da National Instruments, sendo um ambiente de desenvolvimento baseado em cones que utiliza o mtodo Arrastar e Soltar. Com o WeDo, os estudantes aprendem habilidades bsicas de programao e projetam aplicaes em robtica. Combinando a interface intuitiva e interativa do software WeDo da LEGO com a experincia fsica de Mecatrnica Fcil n41 construir modelos a partir dos blocos, podemos fazer uma ponte entre os mundos fsico e virtual para oferecer a experincia prtica mais recente, unida experincia de aprendizagem e exerccio mental afirma o presidente da LEGO Education no Brasil, Marcos Wesley. A plataforma encoraja os professores a utilizar programas de ensino baseados em desafios que os estudantes devem resolver. Os alunos de pases em desenvolvimento tambm podero operar o software em computadores pessoais de baixo custo, tais como One Laptop per Child XO, executando o LinuxOS, e Intel Classmate PC, com o Windows XP. Alm disso, o WeDo funciona em qualquer PC que trabalhe com Windows XP ou Windows Vista (32 bits) e Apple Macintosh 10.5. Mais informaesNational Instruments www.ni.com/wedo

ImportantePara os interessados o LEGO Education WeDo estar disponvel em Janeiro de 2009.

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RoboRob RedondoO rob normal, pode andar a esmo at cair e ento algum o levantar. Mas, sendo redondo e sem nenhum lugar externo para pegar, o Groundbot (TM) da Rotundus (www.rotundus.se) est sempre de cabea para cima. Ele tambm pode se mover na neve ou na areia sem ter problemas e sendo hermeticamente fechado, a prova do tempo. Ele pode sobreviver a quedas de at 3 m. Originalmente projetado para explorar a superfcie de Mercrio, o Groundbot foi modificado para tarefas terrestres como a patrulha de reas extensas, monitoramento de gases explosivos, e inspeo remota. Ele pode ser equipado com quatro cmeras (at 360 de campo de viso), diversos sensores, sistemas de viso noturna, microfones e alto-falantes. Provavelmente o principal destaque o mecanismo de movimento, que se baseia na gravidade. Um pndulo controlado levado para perto do cho quando o rob est parado. Levantando-se o pndulo, ele pode se movimentar em qualquer direo. Isso produz velocidades de at 10 km/s e a habilidade de enfrentar inclinaes de at 20. Caso voc esteja interessado em detalhes, o Groundbot tem 0,6 m de dimetro, pesa 25 kg e normalmente roda de seis a oito horas sem recarga. Sua faixa de temperaturas de operao de -30 a +40 C.

Jeef Eckert

O rob mvel Groundbot para tarefas seguras. Cortesia Rotundus

Rob toca FlautaPara provar que nenhuma idia idiota quando se trata de obter fundos do governo, o Rob Flautista Antropomorfo, criado por Atsuo Takanishi na Universidade Waseda (www. waseda.jp), est agora na sua quarta encarnao completando 18 anos de existncia. O Modelo WF-4RIV (Waseda Flautista No 4 Refined IV) tem 41 graus de liberdade e possui a performance melhorada com mais notas naturais e transies mais suaves entre as notas. Especificamente, os mecanismos de lbios e lngua foram redesenhados para se assemelharem mais aos rgos humanos correspondentes. E claro, ele tem racionalizaes acadmicas. Clarificando o controle motor humano enquanto toca flautaO Rob Flautista Waseda, No 4 vs

de um ponto de vista da engenharia... Possibilitando a comunicao com humanos num nvel emocional de percepo... Propondo novas aplicaes para robs humanides e assim por diante. Mas imagine gastar 18 anos de sua vida nesta coisa... Para obter uma demonstrao, acesse o Youtube em: www.youtube.com/ watch?v=lYDW2A5-Cbw. Tambm foi informado que est sendo iniciado o trabalho numa verso que toca saxofone, mas talvez somente para 2026 Takanishi vai aparecer com algo to divertido, como por exemplo o Welte Orchestrion, originalmente apresentado em 1862, pesando 1500 libras, operando com rolos de msica e alimentando perto de 50 tubos, baixos, tambores e tringulo. Para ouvir um, visite: www. asapackermansion.com/orchestrion.html. Mecatrnica Fcil n41 - Novembro 2008

notcias

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Dragonfly V. 3Em julho, a Universidade Delft de Tecnologia (www.tudelft.nl) apresentou a terceira verso do sua mosca drago (dragonfly) artificial, a DelFly Micro, um veculo areo miniaturizado (MAV). Pesando apenas 3 g e com uma envergadura de 10 cm, ele voa batendo asas como um inseto. O dispositivo controlado remotamente indicado para ser usado em vos de observao em reas perigosas ou difceis de acessar, podendo tambm ser equipado com uma cmera miniatura de apenas 0,5 g que transmite imagens com qualidade de TV para uma estao terrestre. Considerando que ele pode voar por aproximadamente 3 m (a 5 m/s),

O DelFly Micro MAV. Cortesia da Delft U

obviamente ainda no est pronto para a produo comercial. Mas o Micro apenas um passo para o planejado DelFly Nano de 5 cm e pesando 1 g, que poder se mover de forma

independente utilizando software de reconhecimento de imagem, explorando como um beija-flor, ou mesmo voando para trs.

Salvo pelo UrsoNa outra extremidade do espectro de utilidades est o Rob Assistente Extrao de Campo de Batalha (BEAR) desenvolvido pela Vecna Technologies (www.vecna.com), uma empresa criada em 1998 e operada pelos alunos do MIT, Harvard, Stanford, Yale, Princenton, Berkeley, CMU e outras instituies. Ainda no estgio de prottipo, ele descrito como o casamento de trs elementos: um corpo superior hidrulico potente, uma plataforma gil de movimento com diferentes conjuntos de pernas e percepo dinmica de equilbrio (DBB). DDB como o rob equilibra-se nas bolas de suas ancas. De fato, o modelo capaz de se manter de p, balanando suas ancas e joelhos. Foi demonstrada ainda a sua habilidade para pegar um modelo humano e carreg-lo durante 50 minutos sem parar. Mecatrnica Fcil n41 - Novembro 2008 De acordo com a Vecna, a finalidade da cabea de urso confortar os soldados que podem de desligar da aparncia grotesca de uma mquina.

Rob BEAR da Vecna sendo empregado no campo de batalha. Cortesia da U.S. Army

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Os Veculos Eltricos esto chegandoCom a gasolina barata sendo coisa do passado, as pessoas esto pensando cada vez mais em alternativas, entre elas os veculos eltricos. Apesar deles no poderem competir ainda com os veculos de combusto interna em termos de potncia, conforto e autonomia, alguns esto se tornando interessantes para o transporte local. No nvel de duas rodas est a bicicleta californiana Jackal, disponvel diversos fornecedores, incluindo a www.thunderstruck-ec.com. Ela oferece uma performance muito melhor do que voc pode esperaria. Propulsionada por um motor de 15 HP Briggs & Straton E-Tek, ela tem uma velocidade mxima de 72 km/h e uma autonomia de 32 a 40 km numa carga. Infelizmente, ela custa US$ 3400 para o modelo standard e US$ 3700 para a verso de alta performance. Se voc acha muito, deve comparar com os US$ 12500 do Xebra Truck da ZAP (para poluio zero). Este veculo de trs rodas alcana 65 km/h e percorre 25 milhas com uma carga. Ele carrega duas pessoas e carga at 450 kg, e tem ainda como acessrio um painel solar para carga da bateria.

Mais veculos eltricos, de bicicletas a caminhes esto entrando no mercado

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Mecatrnica Fcil n41 - Novembro 2008

dispositivos

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Sensor de InclinaoNos projetos de robtica pode ser necessrio monitorar a inclinao de um rob ou mesmo a posio de um brao mecnico em relao vertical do local. Para esta finalidade deve ser utilizado um sensor de inclinao. Existem diversas possibilidades para a implementao deste dispositivo, mas a que apresentamos neste artigo talvez seja uma das mais simples, podendo ser aproveitada inclusive com finalidades didticas.Newton C. Braga

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Sensor para o monitoramento da inclinao de um rob ou de um brao mecnico. Podemos dizer tambm que se trata de um sensor de nvel

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Deslocando-se o centro de gravidade de forma apropriada com uma massa, a partir das indicaes de um sensor, possvel evitar que um rob tombe

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Sensor de inclinao simples feito a partir de um potencimetro rotativo comum

Para controlar efetivamente o movimento de um rob em terrenos acidentados, um sensor de inclinao de vital importncia. Este sensor pode monitorar a posio do veculo ou de uma pea mecnica em relao vertical do local, conforme mostra a figura 1. A partir do sinal obtido deste sensor possvel realimentar um circuito para modificar o torque de um motor (caso o rob deva subir uma ladeira) ou corrigir seu ponto de equiMecatrnica Fcil n41

lbrio, atravs do deslocamento do centro de gravidade por uma massa, de modo que ele no venha a tombar, veja a figura 2. Neste caso, a partir do sinal do sensor, a massa que influi na posio do centro de gravidade movimentada de modo a eliminar o perigo de um tombamento. A soluo que apresentamos para o sensoriamento do centro de gravidade faz uso de um potencimetro comum. Prendendo no seu eixo um

pndulo com uma massa apropriada, o potencimetro tem a sua resistncia alterada com a posio do pndulo que tender a ficar na vertical, conforme ilustra a figura 3. Com dois potencimetros, colocados em posies que faam um ngulo de 90 graus podemos detectar inclinaes em dois eixos. Isso exibido na figura 4, num rob que poder detectar uma inclinao no sentido do movimento (subida ou descida) ou no sentido transversal (incli

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dispositivos4Dois potencimetros em ngulo reto podem detectar inclinaes em duas direes. Os sinais podem ser combinados para se obter a inclinao em qualquer direo de um plano

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A montagem prtica de um sensor utilizando potencimetros lineares comuns de 10 k ohms a 1 M ohms

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Aliviando a presso do cursor do potencimetro para obter maior sensibilidade do sensor

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Faixa de inclinaes em funo da amplitude do giro do eixo do potencimetro utilizado

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Determinando a faixa de resistncias de sada em funo da inclinao para um determinado tipo de potencimetro

nao lateral). Para implementar este sensor, utilize um potencimetro de 10 k ohms a 1 M ohms, do tipo linear, e um pndulo formado por uma haste de pelo menos 20 cm com um peso de pelo menos 100 g na sua extremidade. A figura 5 demonstra a construo deste pndulo. O potencimetro poder ser preso a um suporte em L ou na prpria estrutura interna do rob, devendo o montador cuidar para10

que exista espao para a movimentao do pndulo. O potencimetro deve ser de tipo com um deslizamento bem suave. Caso ele seja duro, poder ser aberto com cuidado e o cursor, que consiste num anel condutor, poder ter sua presso aliviada, conforme mostra a figura 6. claro que a reduo da presso no pode afetar o contato do cursor com a trilha de grafite. Assim, o ponto ideal deve ser obtido experimentalmente, e eventualmente pode-se aumentar o peso do pndulo, se bem que isso seja crtico pois implicar tambm em um aumento do peso do rob. Lembramos que este sensor funciona como uma alavanca e que, portanto, quanto maior for o comprimento do pndulo, maior ser sua sensibilidade. A faixa de resistncia varrida, depender da amplitude maior do movimento do pndulo, observe a figura 7. Assim, no caso de um potencimetro comum, em que a faixa de giros de 270 graus, uma faixa de sensoriamento de 180 graus, conforme indica a figura 8, ir significar uma variao de resistncia menor. Num potencimetro de 100 k ohms, por exemplo, a faixa ser de 66 k ohms (2/3 de 100 k). Deve ser lembrado ainda o posicionamento do potencimetro, de modo a termos uma resistncia no centro da faixa quando o sensor estiver na posio vertical, horizontal ou que seja tomada como referncia.

A Eletrnica do Sensor Diante de um sensor resistivo como o indicado, temos diversas possibilidades para trabalhar o sinal obtido. Partimos ento dos sinais na forma analgica. Para esta finalidade, o circuito mais simples o que faz uso de um indicador analgico (bobina mvel), que pode ser um multimetro comum, e que ser ligado da forma apresentada na figura 9. A corrente indicada no instrumento estar em correspondncia direta com a posio do sensor. Este instrumento poder ter uma escala diretamente graduada em termos de graus de inclinao, ou pode ser elaborada uma tabela de converso corrente x inclinao. Outra possibilidade interessante a vista na figura 10 em que se coloca o sensor numa configurao em ponte de Wheatstone, caso em que podemos zerar a posio de equilbrio (inclinao nula). Nesta situao, a escala do instrumento (com zero no centro) poder ser feita em termos de graus positivos e graus negativos. A utilizao dos sinais dos sensores deste tipo, entretanto, pode justamente levar em conta o acionamento de sistemas de segurana (contra queda), booster do motor (aumentando sua fora numa subida) ou ainda deslocando um centro de massa. Para fazer isso podemos contar com circuitos relativamente simples. O mais simples deles o mostrado na figura 11, no qual temos o acionamento de um rel quando a inclinao atinge um certo ponto. Mecatrnica Fcil n41

dispositivos9Circuito simples que converte os ngulos de inclinao em uma intensidade de corrente indicada pelo instrumento

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Circuito em ponte de Wheatstone, que permite indicaes tanto de graus positivos como negativos de inclinao com um nico instrumento

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Circuito de acionamento de dispositivo externo que detecta a posio ajustada e aciona um rel quando ela atingida

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Circuito de acionamento com a transio negativa do sinal na posio sensoriada

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Circuito sofisticado que detecta duas posies pr-ajustadas, determinando assim uma faixa de inclinaes em que o sistema se mantm inativo

Usamos neste circuito um comparador de tenso, que pode ser um LM339 ou um amplificador operacional simples como o 741, onde o ponto de comutao ajustado por um potencimetro. A sada tanto pode ser uma tenso como tambm pode ativar diretamente um rel. Veja que podemos modificar o circuito para que o rel seja acionado na transio negativa do sistema, conforme ilustra a figura 12. Uma opo muito interessante para um controle mais crtico a que faz uso de um comparador de janela, desenhado de forma completa na figura 13. Neste circuito, determina-se uma janela de posies em que o circuito permanece inativo, ou seja, nada acontece. No entanto, se o sensor se inclinar num sentido ou em outro (inclinao positiva ou negativa) ajustamse em dois potencimetros os pontos em que o circuito dispara, acionando um rel. Contudo, os sinais analgicos no podem ser transmitidos facilmente para uma central de controle a no ser por fios. Para a transio dos sinais para uma central remota ou ainda para que a informao obtida seja processada por um microcontrolador, DSP ou microprocessador, os sinais obtidos devem ser convertidos para a forma digital. A maneira mais simples a que utiliza as entradas analgicas que muitos microcontroladores possuem ou ainda por um conversor A/D, conforme exibe a figura 14. Mas, se o leitor deseja uma soluo mais simples, poder usar um conversor resistncia/freqncia baseado num oscilador controlado por tenso, veja na figura 15.

Mecatrnica Fcil n41

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dispositivos14Utilizando a entrada analgica de um microcontrolador para detectar a posio do sensor

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O sinal deste oscilador pode modular um transmissor e assim ser transmitido para uma estao remota de sensoriamento ou controle

Neste circuito, a freqncia de sada do oscilador est diretamente ligada inclinao do sensor. Com o emprego de um freqencmetro no receptor pode-se ter uma indicao remota da posio de um sensor de inclinao. Evidentemente, a pr-calibrao para se obter uma tabela deve ser feita. Em uma aplicao mais sofisticada pode-se utilizar um microcontrolador j programado para converter uma entrada de freqncia diretamente em inclinao e, mais que isso, pode-se multiplexar o sinal para que o

sensoriamento de diversos sensores seja feito ao mesmo tempo. Os sinais processados tambm podem ser utilizados para a realizao de aes que corrijam a inclinao, aumentem a potncia de um motor, acionem um sistema de feios e muito mais.

Concluso Observe que o uso de solues simples pode incrementar bastante

um projeto de mecatrnica. Tudo depende da maneira como essa soluo implementada e dos circuitos que processam os seus sinais. O que vimos neste artigo foram algumas solues para os que gostam de fazer suas montagens mecatrnicas e nem sempre podem contar com sensores sofisticados ou configuraes mais complexas.

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Mecatrnica Fcil n41

dispositivos

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Conhea os transformadores, rels e solenidesNewton C. Braga

Neste artigo abordaremos o modo de funcionamento, especificaes, teste e uso dos transformadores, rels e solenides. Nos projetos de mecatrnica esses componentes ocupam lugar de destaque, o que leva a necessidade de conhec-los de forma mais profunda.

Os transformadores Os transformadores so componentes formados por dois ou mais enrolamentos que possuem um ncleo em comum de modo que a corrente que circula por um deles possa induzir uma corrente no outro. Nessa induo a corrente tem suas caractersticas alteradas. Assim, se tivermos um transformador com um enrolamento denominado primrio, com 1000 espiras de fio, e aplicarmos 100 Volts, se o secundrio tiver 100 espiras, obteremos 10 V e, se tiver 10 000 espiras, obteremos 1 000 V. A figura 1 mostra o que ocorre. Os transformadores so utilizados para alterar as correntes e tenses em um circuito. Observe entretanto que eles no podem criar energia. Dessa maneira, o que ganhamos em volts (V), perdemos em ampres (A), pois o produto a potncia (W) que no pode ser alterada. Um transformador nunca pode ser usado para aumentar ao mesmo tempo a corrente e a tenso! Os transformadores s podem operar com sinais alternados, que tanto podem ser de baixa freqncia (como a tenso da rede de energia), como de altas freqncias (como por Mecatrnica Fcil n41

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A relao entre espiras determina a alterao da tenso

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Transformador comum

exemplo em fontes especiais chaveadas que operam entre 50 kHz e 500 kHz) ou ainda sinais de RF acima de 100 kHz em circuitos de diversos tipos. Veja na figura 2 o princpio de funcionamento do transformador. As bobinas que formam um transformador podem ser enroladas em diversos tipos de ncleos, dependendo da aplicao. Os ncleos de lminas de ferro servem apenas para3

transformadores de baixas freqncias. J os tipos de ferrite e p de ferro servem para altas freqncias, e em alguns casos pode-se possuir at transformadores sem ncleo (ncleo de ar). Smbolos e tipos Os traos entre as bobinas indicam o tipo de ncleo utilizado. Na figura 3 ilustramos os smbolos adotados para representar os transformador

Smbolos adotados para representar um transformador

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dispositivosEspecificaes As especificaes dos transformadores dependem da sua aplicao, ou seja, do tipo de sinal com que trabalham. Podemos fazer a seguinte diviso: a) Transformadores usados em fontes: Transformadores de alimentao. Recebem a energia da rede e a alteram para alimentar os circuitos eletrnicos. As principais caractersticas so: Tenso do primrio - a tenso que deve ser aplicada na entrada ou enrolamento primrio para ter o funcionamento normal do transformador. Tenso do secundrio - a tenso que obtemos no enrolamento secundrio quando aplica-se no primrio a tenso de primrio. Corrente mxima de secundrio - a corrente mxima que podemos obter no secundrio do transformador. Multiplicando-se a corrente de secundrio pela tenso de secundrio obtemos a potncia do transformador. Tipo de ncleo que pode ser de ferro laminado ou toroidal. b) Transformadores de RF: So aplicados em circuitos de altas freqncias. As principais especificaes so: Nmero de voltas dos enrolamentos e tipo de fio utilizado Dimetro da forma Tipo de ncleo a ser utilizado e suas dimenses Onde so usados Os transformadores (de fora ou alimentao) so encontrados na entrada de equipamentos eletrnicos que funcionam com a energia da rede local e que precisam de tenso mais baixa para funcionar. Como exemplo, citamos os eliminadores de pilhas, fontes, e muitos eletroeletrnicos de uso comum. Os transformadores de baixa freqncia tambm podem ser encontrados dentro dos circuitos como14 4Testando a continuidade do enrolamento de um transformador

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Testando o isolamento entre enrolamentos

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Estrutura de um rel comum

amplificadores para modificar as caractersticas de sinais, alm de outras funes. J os de alta freqncia podem ser encontrados dentro de equipamentos como computadores, eletrodomsticos, monitores de vdeo para transformar tenses e sinais. Como testar O teste mais simples de um transformador consiste em verificar se suas bobinas apresentam continuidade. Elas devem mostrar uma resistncia baixa, que pode variar entre poucos ohms a no mximo algumas centenas de ohms. Se tiverem resistncias muito altas pode significar que esto interrompidas. Este teste no revela se elas possuem espiras em curto. Na figura 4 mostramos como fazer o teste de continuidade das bobinas. O outro teste consiste em saber se os dois enrolamentos de um trans-

formador esto isolados. Entre eles deve haver uma resistncia muito alta, acima de 100 000 ohms, exceto para os tipos denominados: autotransformadores que possuem ligao comum entre primrio e secundrio. Na figura 5 mostramos como isso deve ser feito. Os rels Os rels so chaves eletromagnticas. Eles so formados por uma bobina e um conjunto de contatos que pode ser acionados pela ao do campo magntico criado por esta bobina. Aplicando-se uma tenso na bobina ela atrair a armadura, que uma pea ferrosa presa aos contatos de modo que eles se movimentam, comutando assim a corrente de um circuito externo. Veja na figura 6 a estrutura simplificada de um rel comum. Mecatrnica Fcil n41

dispositivos7Smbolos usados para representar rels

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Smbolos e Aspectos Na figura 7 mostramos os smbolos adotados para representar diversos tipos de rels, assim como os aspectos mais comuns destes componentes. Observe na ilustrao que os contatos podem possuir as mesmas funes das chaves. Podemos ter rels com contatos simples, reversveis e reversveis duplos. Existem rels que apresentam at 4 ou 6 conjuntos de contatos, dependendo da aplicao. Um ponto importante a ser observado quanto ao uso dos rels que nos tipos de contatos reversveis temos as funes NA (Normalmente Aberto) e NF (Normalmente Fechado). Quando ligamos alguma coisa entre os contatos NA e C (comum) o dispositivo controlado alimentado quando a bobina do rel energizada. Por outro lado, quando ligamos alguma coisa (carga) entre NF e C, a carga externa desligada quando o rel energizado. Confira na figura 8 o uso do rel de acordo com os contatos que so ligados. Na figura 9 temos outro tipo importante do rel que o reed-rel. Este componente formado por um interruptor de lminas (reed switch) em torno do qual enrolada uma bobina. Quando a bobina energizada o campo magntico criado atua sobre o interruptor fazendo-o fechar seus contatos. Especificaes Ao trabalhar com rels devemos atentar a trs principais especificaes: a) Bobina: A bobina pode ser especificada pela tenso e corrente de operao ou ainda pela tenso e pela resistncia. Conhecendo duas dessas grandezas a terceira poder ser calculada facilmente pela lei de ohm. Por exemplo, um rel de 12 V x 50 mA tem uma resistncia de bobina de 240 ohms. R = 12/0,05 = 240 ohms

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Utilizao dos contatos NA e NF de um rel

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Um reed-rel

Os rels so usados para controlar circuitos a partir de correntes fracas ou de forma isolada. Podemos aplicar uma baixa tenso a uma bobina de rel para controlar um circuito de alta corrente que seja ligados aos seus contatos. A principal vantagem do seu uso est no fato de que o circuito controlado fica completamente isolado do circuito que o controla. Eles podem ser encontrados em Mecatrnica Fcil n41

uma infinidade de tipos e tamanhos, conforme as caractersticas de suas bobinas, quantidade de contatos e intensidade da corrente que podem controlar. Nos tipos comuns, para se obter grande sensibilidade, as bobinas so formadas por milhares de espiras de fios muito finos.

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dispositivosb) Especificaes dos contatos: Precisamos saber qual a corrente mxima que os contatos podem controlar. Uma corrente excessiva pode causar seu desgaste prematuro ou ainda sua queima. c) Configuraes dos contatos: Conforme observamos, os contatos dos rels podem ser simples mas tambm podem ser reversveis duplos, triplos etc. Esta especificao importante para o uso do rel, principalmente quando todos os elementos dos contatos so utilizados. tos quando o rel est ativado e quando no est levar em conta a funo (NA e NF). Um rel em bom estado deve possuir resistncia nula entre os contatos quando esto fechados e infinita quando esto abertos. Os solenides Os solenides so formados por uma bobina dentro da qual pode deslizar um ncleo de material ferroso. Quando uma corrente percorre a bobina o campo magntico criado puxa o ncleo para dentro com fora. Esta fora pode ser usada para acionar os mais diversos dispositivos, como por exemplo abrir e fechar uma vlvula, mudar um rob de direo , acionar uma alavanca, abrir a fechadura de um porto ou ainda acionar uma armadilha. Os solenides podem ser encontrados em diversos formatos e tamanhos dependendo da fora que devem exercer, tenso de alimentao e funo na qual sero utilizados.10Testando a bobina de um rel

Existem solenides que podem possuir sistemas de retorno com molas ou ainda recursos que permitem obter movimentos rotatrios, como os mostrados na figura 11. Smbolo e aspectos Confira na figura 12 o smbolo adotado para representar o solenide e os aspectos mais comuns para esse componente. Os pequenos solenides encontrados nos equipamentos eletrnicos so formados por milhares de espiras de fios esmaltados muito finos. Um sistema de molas permite que o ncleo volte a posio original quando a bobina deixa de ser energizada. Especificaes A principal especificao de um solenide a tenso que deve ser aplicada nos seus terminais para que ele seja acionado. Em funo dessa tenso temos a corrente drenada, a11Estrutura de um solenide rotativo

Onde so encontrados Os rels so encontrados em uma infinidade de aplicaes ligadas rede de energia e sistemas de controle. Em geral so usados por circuitos que controlam cargas de potncia a partir de sinais. Por exemplo, timers acionam rels que ligam e desligam os aparelhos controlados. Controles remotos de robs e outros dispositivos fazem uso de rels que so acionados pelos circuitos eletrnicos para ativar e desativar os motores. Pequenos rels podem ainda ser encontrados dentro de equipamentos para controlar circuitos que devem ser mantidos isolados uns dos outros. Como Testar Para saber se um rel est em boas condies preciso fazer dois testes: a) Teste da bobina: Para testar as bobinas basta verificar sua continuidade, o que pode ser conseguido por um multmetro na escala apropriada de resistncias. Rels comuns tm resistncias que variam entre alguns ohms a mais de 5 000 ohms conforme a tenso, sensibilidade e tipo. O teste de continuidade no revela se a bobina tem espiras em curto. Veja na figura 10 como fazer este teste.

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Smbolos e aspectos dos solenides comuns

b) Teste dos contatos: Basta medir as resistncias dos conta16

Mecatrnica Fcil n41

dispositivosqual depende da resistncia apresentada e fora que deve exercer. Os solenides encontrados nos equipamentos eletrnicos podem ser tanto acionados pela tenso AC da rede de energia como tenses DC na faixa de 3 a 48 V . As correntes podem variar entre alguns miliampres at diversos ampres. Uma outra especificao importante em algumas aplicaes a fora que ele exerce quando energizado. Onde so encontrados O leitor vai encontrar uma infinidade de solenides no s em equipamentos eletrnicos mas em muitos equipamentos eltricos como mquinas de lavar e portes eltricos. Nos equipamentos eletrnicos pequenos solenides so utilizados para movimentar partes mveis de equipamentos como VCRs, DVDs, toca-fitas etc. Os solenides encontrados nos equipamentos eletrnicos so pequenos e delicados sendo alimentados por circuitos eletrnicos com transistores e circuitos integrados. Como testar O teste eltrico bsico de um solenide consiste em verificar a continuidade de sua bobina utilizando o multmetro. Este teste, entretanto, como em qualquer bobina, no revela se ela possui espiras em curto. O melhor teste o de acionamento energizando o componente para verificar se acionado. A resistncia tpica das bobinas dos solenides varia entre alguns ohms e alguns milhares de ohms, dependendo da sua tenso e fora.

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dispositivos

Controle de Motores CCMotores de corrente contnua so utilizados numa infinidade de aplicaes mecatrnicas tais como robs, braos mecnicos, automatismos, sistemas de abertura e fechamento de portas etc. Ao lado da variedade de tipos de motores com que possvel contar para estas aplicaes, igualmente ampla a gama de circuitos que podem ser empregados para seu controle. Neste artigo abordamos algumas configuraes simples que podem ser utilizadas no controle de motores de corrente contnua de baixa tenso.Newton C. Braga

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A corrente drenada por um motor proporcional fora que ele faz

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Sistemas de proteo para o dispositivo comutador

O controle de motores de corrente contnua no to simples, pois as caractersticas eltricas destes dispositivos no so lineares, apresentando alguns pontos que podem fazer com que os circuitos utilizados no funcionem apropriadamente. Por exemplo, alm de fortemente indutivos e apresentando sistemas de comutao que geram pulsos de transientes de alta tenso, a corrente drenada por um motor varia com a carga, ou seja, com a fora que eles esto exercendo em um determinado momento, conforme mostra o grfico da figura 1. Desta forma, quando usamos dispositivos semicondutores no controle de motores de corrente contnua, no devemos apenas observar se eles18

so capazes de suportar as correntes exigidas pelo motor, mas tambm as tenses inversas geradas na comutao, agregando eventualmente um elemento de proteo. A proteo mais comum a que faz uso de um diodo ligado em paralelo, embora possamos empregar um capacitor de valor apropriado,veja a figura 2. A finalidade do circuito comutador (ou de controle) normalmente ligar e desligar o motor a partir de sinais de pequena intensidade, provenientes tanto de um microcontrolador, microprocessador, configurao lgica, comutador ou sensor, conforme ilustra a figura 3. Quanto maior for a corrente drenada pelo motor e menor a intensidade do sinal de controle, maior

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Ligando e desligando um motor a partir de sinais de pequena intensidade

dever ser o ganho do circuito usado no controle. A amplificao do circuito normalmente expressa pelo ganho de corrente. Assim, um circuito que tenha ganho 1 000 poder controlar um motor de 1 A com uma corrente de 1 mA. O ganho exigido, evidentemente, ir depender da aplicao. Mecatrnica Fcil n41

dispositivos4Circuito simples de controle utilizando um transistor NPN

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Circuito com transistor PNP. O acionamento ocorre no nvel lgico baixo

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Circuito de alto ganho com transistor Darlington NPN

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O circuito tambm pode ser empregado como um controle linear de velocidade

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Circuito Darlington de alto ganho com transistor PNP

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Transistores comuns NPN e PNP podem ser ligados na configurao Darlington

transistores da ordem de 100 vezes, a corrente mnima de controle da ordem de 10 mA. Neste circuito, quando aplicamos uma tenso positiva entrada, o motor liga. Isso significa que ele opera com o nvel lgico alto de entrada. Na mesma figura mostramos como possvel fazer seu acionamento com um sensor do tipo reed. Nesta configurao, o transistor deve ser dotado de um radiador de calor. Circuito Simples com 1 Transistor PNP Para acionar o motor com o nvel baixo, ou seja, com um sinal negativo, podemos utilizar um transistor PNP, conforme sugere a figura 5. Para o transistor BD a corrente mxima do motor de 500 mA ,e para o TIP de 1 A. A sensibilidade da ordem de 10 mA, o que permite a utilizao de sensores como reed-switches e em alguns casos at mesmo LDRs. Circuito Darlington NPN Podemos obter muito maior sensibilidade com a utilizao de transistores Darlington, cujos ganhos so tipicamente de 1000 vezes, como o tipo NPN indicado na figura 6. Com este circuito conseguimos

Devemos tambm levar em conta que um motor de 1 A, no momento da partida, para que seja tirado da imobilidade exigir uma corrente maior, por exemplo, at 3 A. Por este motivo, ao escolher um circuito de controle devemos dar uma margem de segurana. Para controlar um motor de 1 A, utilizamos um circuito que, com seu ganho, possa fornecer pelo menos 2 A ao motor. Circuito Simples com 1 Transistor NPN Na figura 4 temos um circuito simples que pode controlar um motor at 500 mA se utilizar o BD135, e at 1 A se for usado o TIP31. Transistores de maior corrente podem ser empregados. Como o ganho tpico destes Mecatrnica Fcil n41

controlar um motor de 1 A com uma corrente de apenas 1 mA na entrada. O acionamento ocorre no nvel alto e o transistor deve ser dotado de um radiador de calor. Sensores de baixa corrente como LDRs ou mesmo NTCs podem ser usados neste circuito. Veja, entretanto, que, como se trata de um amplificador linear a sua curva de resposta possibilita sua utilizao como um controle analgico de velocidade. Na figura 7 mostramos a curva aproximada de controle se empregarmos na entrada um potencimetro de 47 k ohms. Circuito Darlington PNP Podemos ter o acionamento no nvel baixo, ou com tenses negativas, utilizando um transistor Darlington NPN, observe a figura 8. As caractersticas so as mesmas do circuito anterior, devendo o transistor ser dotado de um radiador de calor. Transistores Darlington de maior corrente tambm podem ser empregados sempre levando-se em conta o ganho, para se obter a corrente mnima necessria ao acionamento. Uma possibilidade interessante a de se usar dois transistores discretos ligados como Darlington, veja a figura 9.19

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dispositivosNesta etapa, o ganho obtido ser o produto dos ganhos dos transistores associados. Por exemplo, se o ganho de um for 20 e do outro for 50, o ganho total do circuito ser de 1000 vezes. Para o BC548 com ganho 200 e o BD135 com ganho 100, temos um ganho de 20 000 vezes. Uma corrente de 100 A pode acionar um motor de 2 A. Circuito Complementar Um circuito simples, porm muito sensvel o que faz uso de transistores complementares, ligados da forma indica na figura 10. Neste circuito os ganhos dos transistores praticamente se multiplicam e obtm-se uma sensibilidade muito grande com o acionamento a partir de correntes muito fracas. Neste caso, o circuito acionado com um sinal positivo e sua sensibilidade possibilita seu acionamento a partir de sensores como LDRs ou NTCs. O transistor de potncia dever ser dotado de um radiador de calor. Podemos inverter o acionamento com o circuito da figura 11. Nele, o sinal de acionamento negativo, isto , com a base do transistor de entrada colocada no nvel baixo. Circuito com MOSFET de Potncia Os transistores de efeito de campo de potncia (MOSFETs de Potncia) consistem numa excelente alternativa para o controle de motores CC dada sua baixa resistncia de conduo e impedncia de entrada extremamente elevada. No entanto, eles precisam de uma tenso maior para acionamento, o que os torna mais apropriados para aplicaes em que a tenso de alimentao seja superior de 6 V. O circuito exibido na figura 12, por exemplo, aciona com a entrada no nvel alto e a corrente exigida praticamente nula, pois estes dispositivos so tpicos amplificadores de tenso. A grande vantagem na utilizao deste tipo de circuito est na sua capacidade de controlar correntes de vrios ampres com facilidade, dependendo apenas do transistor empregado. No entanto, os transistores, dependendo da corrente, tambm devem ser montados em dissipadores de calor.20 10Circuito de alto ganho com transistores complementares

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Circuito complementar com acionamento no nvel lgico baixo

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Circuito com MOSFET de potncia

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Circuito com SCR

Circuito com SCR Um circuito com trava pode ser elaborado com base em um diodo controlado de silcio ou SCR. Neste circuito temos o disparo com um pulso positivo de curta durao. Sua amplitude deve ser da ordem de 1 V e a corrente para o TIC106 de apenas 200 A. Quando o SCR dispara, ele conduz a corrente, alimentando o motor. No entanto, o SCR permanece disparado, mesmo depois do desaparecimento do pulso. Isso significa que, para desligar o circuito, devemos interromper a alimentao por um momento, ou curto-circuitar o SCR de modo que a tenso entre anodo e catodo caia a zero. Na figura 13 temos este circuito. Para o circuito indicado a corrente mxima do motor de 3 A. Como h uma queda de tenso da ordem de 2 V no SCR em conduo, para mxima potncia, a alimentao dever estar 2 V acima da tenso nominal do motor.

Concluso Os circuito que vimos neste artigo apenas uma pequena amostra do que se pode fazer para controlar um motor de corrente contnua numa aplicao mecatrnica. Com estas configuraes, motores podem ser acionados diretamente a partir de sensores, circuitos lgicos e microcontroladores. Cada um dos circuitos apresentados deve ser otimizado, com a escolha experimental dos valores dos componentes, de acordo com as caractersticas do motor e do sinal a ser usado no controle.

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Mais informaesPara mais informaes sobre este tipo de circuitos e controles de motores de todos os tipos, sugerimos a leitura do livro Eletrnica para Mecatrnica, de Newton C. Braga.

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montagem

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Rel Eletrnico Multi-usoMontagem de um mdulo que emprega rel comum e circuito eletrnico, que aumenta a sensibilidade de tal forma sendo capaz de operar com correntes at 1 000 vezes mais fracas que a nominal. Pode ser utilizado como um rel eletrnico em projetos e montagens que usem sensores sensveis. O circuito funciona tanto com rels de 6 quanto de 12 V.

Newton C. Braga

Os rels comuns possuem sensibilidades que variam entre 10 e 100 mA, dependendo da tenso de acionamento. Essa corrente, relativamente elevada para sua operao, faz com que eles no possam ser utilizados diretamente em sensores e outros dispositivos de disparo menos sensveis. Normalmente, o que se faz utilizar nesses casos uma etapa de amplificao, cuja configurao mostrada na figura 1. Esta configurao tem um ganho de corrente da ordem de 100 (depende do transistor) e serve para a maioria dos projetos que temos publicado nessa revista, onde as sadas de circuitos integrados no so suficientemente potentes para excitar diretamente um rel. No entanto, em muitos projetos experimentais precisa-se usar rels, e quando isso ocorre, ficamos na dependncia de um circuito excitador de bom ganho. Por que no dispor j desse circuito montado na forma de um mdulo, pronto para uso, com alimentao prpria, ou eventualmente preparada para ser tirada do circuito que vai funcionar? Na verdade, este Mecatrnica Fcil n41

mesmo mdulo pode ser usado para acionar diversos tipos de dispositivos em alarmes, automatismos, sistemas de segurana e controle dos mais diversos tipos. Caractersticas: Tenso de alimentao: 6 ou 12 V (conforme rel) Rel usado: 6 ou 12 V at 100 mA Consumo acionado: 10 a 100 mA (conforme rel) Consumo em repouso: 1 mA (tip) Sensibilidade de entrada: 10 a 50 A Ganho: 1 000 (min) Como Funciona Dois transistores complementares (NPN e PNP) so usados como amplificadores numa configurao em acoplamento direto. A carga do segundo transistor (Q2) o rel, e a entrada feita na base do primeiro transistor (Q1). Temos duas maneiras de fazer o acionamento do circuito, as quais dependem das ligaes e dos ter-

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Configurao de uma etapa de potncia para rel

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Usando o mdulo com um LDR

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montagemRel de passagem com LDR

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Diagrama completo do rel Multi-uso

minais utilizados na entrada. Vamos supor, inicialmente, que usaremos um sensor resistivo, um LDR, por exemplo. Se ligarmos este sensor (LDR) entre os terminais A e B e interligar os terminais C e D, conforme ilustra a figura 2, teremos o acionamento do rel quando a resistncia do sensor diminuir. A sensibilidade poder ser ajustada em P1. Para um LDR isso significa que teremos o acionamento do rel quando o LDR receber luz, ou quando a quantidade de luz incidente aumentar, ultrapassando o limiar ajustado. Se ligarmos o sensor entre C e D e interligar com um fio os pontos A e B, observe a figura 3, teremos o acionamento do rel quando a resistncia do sensor aumentar. Para um LDR isso significa que o rel fechar seus contatos quando a luz que incidir na superfcie sensvel diminuir ou ainda for cortada. A ao do circuito rpida, mas podemos evitar que ocorra uma resposta muito rpida a variaes bruscas do sinal de entrada, utilizando para isso um capacitor (C1). Quanto maior for o valor desse capacitor, mais lento se tornar o circuito na sua ao. Para um LDR, por exemplo, se usarmos um capacitor de 10 a 47 F como C1, teremos um comportamento que far com que o circuito no responda a um flash (relmpago) ou ainda passagem rpida de um objeto na sua frente de modo a interromper o feixe de luz. Se utilizarmos o rel como um interruptor crepuscular essa ao lenta interessante para evitar o seu disparo pela passagem de pssaros na sua frente, ou ainda com os relmpagos de uma tempestade.22

Sensores como NTCs, sensores de presso e outros resistivos tambm podem ser usados, mas dependendo de seu valor pode ser necessrio fazer a troca de P1. Para um NTC de 10 k ohms, por exemplo, o potencimetro deve ser reduzido para 10 k ohms. Montagem Na figura 4 temos o diagrama completo do mdulo de acionamento para um rel. Sugerimos a utilizao de uma pequena placa de circuito impresso5Placa de circuito impresso para o rel Multi-uso

universal com a disposio de componentes mostrada na figura 5. recomendado um rel da srie MCH em invlucro DIL para a verso em placa, da Metaltex (www.metaltex.com), mas outros tipos de rels podem ser colocados com as devidas alteraes no modo de conexo para que possam se adaptar placa ou ainda pode ser feita uma placa especial para eles. Para fonte de alimentao existem diversas opes como pilhas, uma fonte prpria com um CI regulador de tenso 7806 ou 7812 ou ainda usar o

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montagemprprio aparelho com o qual o mdulo vai funcionar, como fonte de energia. O diodo e os transistores admitem equivalentes e os capacitores eletrolticos devem ter uma tenso mnima de trabalho de 12 V. Seus valores no so crticos. Prova e Uso A prova de funcionamento simples e imediata: basta ligar o mdulo e tocar simultaneamente com os dedos nos terminais A e B. O rel deve fechar seus contatos, independentemente da posio de P1. Isso poder ser percebido pelo estalo audvel do rel. Se interligarmos agora C e D com um fio e tocarmos entre A e B, deveremos ajustar P1 at obter um determinado ponto em que, com o toque, o rel dispara. Comprovado o funcionamento s usar o mdulo, lembrando que sensores resistivos devem ser ligados entre A e B para acionamento com a diminuio da resistncia e entre C e D para acionamento com o aumento da resistncia. Para aplicao de sinais externos, faa-o entre B e D, interligando C e D, veja a figura 6. Ajuste a sensibilidade ao sinal externo em P1. Nessa configurao, a impedncia de entrada do circuito da ordem de 1 M ohms.6Operao com sinais externos

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Lista de materiaisSemicondutores: Q1 BC548 ou equivalente transistor NPN de uso geral Q2 BC558 ou equivalente transistor PNP de uso geral D1 1N4148 diodo de uso geral Resistores: R1 47 k x 1/8 W amarelo, violeta, laranja P1 1 M potencimetro Capacitores: C1 ver texto 1 a 100 F eletroltico C2 100 F x 12 V eletroltico Diversos: K1 MCH2RC1(6V) ou MCH2RC2 (12) rel ver texto S1 Interruptor simples B1 Pilhas, bateria ou fonte 6 ou 12 V ver texto Placa de circuito impresso universal ou ponte de terminais, caixa para montagem (opcional), terminais de parafusos ou bornes, fios, solda, etc.

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montagem

Efeitos Especiais com LEDsConfira o efeito de LEDs que pisca aleatoriamente. Ele pode ser utilizado na sinalizao de robs, objetos, brinquedos, rvores de natal e painis de propaganda. Alimentado por pilhas ou por uma fonte a verso bsica possui 4 LEDs e baixo consumo.Newton C. Braga

LEDs coloridos piscantes podem ser usados em uma infinidade de aplicaes, destacando-se as decorativas. Quanto maior for a quantidade de LEDs, melhor ser o efeito. Para conseguir o efeito de maneira aleatria existem muitos circuitos. Alguns at embutidos em tipos especiais de LEDs, mas o que escolhemos para descrever aqui o tipo mais simples, que utiliza componentes comuns. Usando apenas um circuito integrado de baixo custo. Este sistema em verso bsica alimenta 4 LEDs, no entanto, com o acrscimo de 4 transistores de uso geral, pode-se aumentar para at 20 LEDs, ou at mesmo utilizar pequenas lmpadas. Apenas no caso de maior quantidade de LEDs, em lugar das pilhas deve-se utilizar fonte ou aproveitar a alimentao de uma bateria de maior capacidade. Os quatro osciladores independentes desse circuito fazem com que os LEDs pisquem de maneira aleatria, determinada apenas pelos componentes usados. Com diferentes cores pode-se obter efeitos ainda melhores.24

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Usando um transistor para excitar maior nmero de LEDs ou cargas de maior potncia

Caractersticas: Tenso de alimentao: 5 a 12V Corrente consumida: 15 mA (tip) para cada LED Nmero de LEDs: 4 a 20 Circuitos integrados: 1 Como Funciona A base do projeto um circuito integrado 4093 que consta de 4 portas NAND disparadoras de duas entradas, podendo ser utilizadas como

osciladores de maneira simples. Com apenas dois componentes por porta, um capacitor e um resistor, podemos elaborar um oscilador retangular com ciclo ativo de 50%. Isso significa que em cada ciclo, o LED permanece 50% do tempo aceso e 50% apagado. A baixa corrente desse oscilador excita apenas um LED, mas podemos expandir essa capacidade com um transistor em cada sada, conforme mostra a figura 1. Mecatrnica Fcil n41

montagemDesta forma, podemos ligar de 2 a 5 LEDs em cada transistor, aumentando assim a possibilidade de uso para o efeito. Em cada oscilador, tanto o resistor como o capacitor determinam a freqncia das piscadas dos LEDs correspondentes. O resistor pode possuir valores na faixa de 100 k ohms a 2,2 M ohms, enquanto que o capacitor pode ter valores na faixa de 1 F a 100 F. Se o leitor preferir alterar os valores originais do projeto, de modo a obter outras freqncias de operao, poder faz-lo desde que dentro das faixas de valores indicadas. Maiores valores, tanto para os resistores como para os capacitores, implicam em menor freqncia para as piscadas. O circuito integrado poder ser alimentado com tenses de 5 a 12 V .E os resistores, junto aos LEDs, devem ser de 330 ohms para alimentao de 5 V, 470 ohms para 6 V e 1 k ohms para 12 V. Montagem Na figura 2 temos o diagrama completo da verso com 4 LEDs. Veja na figura 3 a disposio dos componentes em uma placa de circuito impresso. Os leitores tambm podero fazer a montagem em uma placa universal com o padro de matriz de contatos ou de outro tipo. Para o circuito integrado o leitor poder utilizar um soquete DIL de 14 pinos, que tanto facilitar a montagem como a troca do componente, em caso de necessidade. Os LEDs podem ser vermelhos ou de outras cores comuns. Os resistores so de 1/8 W e os capacitores eletrolticos devem possuir tenses de trabalho maiores do que a tenso utilizadas na alimentao. Por exemplo, para 6 V de alimentao use capacitores para 12 V ou mais. Para a alimentao podem ser usadas pilhas de qualquer tamanho no caso de 4 LEDs. E no caso de maior quantidade interessante usar uma fonte de alimentao apropriada. Prova e Uso Para provar o aparelho basta ligar sua alimentao. Os LEDs devem comear a piscar imediatamente. Se Mecatrnica Fcil n412Diagrama completo do aparelho. Podem ser montadas diversas unidades para um efeito ainda mais amplo, com 8 ou mais LEDs

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Disposio dos componentes numa placa de circuito impresso

algum LED no acender verifique sua polaridade, invertendo se necessrio. Os LEDs podem ser ligados ao circuito atravs de fios at 2 metros de comprimento, desde que seja observada a polaridade desses componentes. Lista de materiaisSemicondutores CI-1 4093 circuito integrado CMOS LED1 a LED4 LEDs comuns de qualquer cor Resistores R1 a R4 470 ohms x 1/8 W amarelo, violeta, marrom R5 100 k ohms x 1/8 W marrom, preto, amarelo R6 120 k ohms x 1/8 W marrom, vermelho, amarelo R7 220 k ohms x 1/8 W vermelho,

O leitor poder montar diversos desses circuitos ligando-os a uma fonte de alimentao nica, podendo obter efeitos mais interessantes.

fvermelho, amarelo R8 330 k ohms x 1/8 W laranja, laranja, amarelo Capacitores C1 a C4 1 F ou 2,2 F ver texto capacitores eletrolticos Diversos: Placa de circuito impresso, soquete para o circuito integrado, suporte de pilhas ou fonte de alimentao, fios, solda, etc.

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montagem

Sinalizador de FMPequeno transmissor emissor de bips cujos sinais podem ser captados por qualquer receptor de FM em uma freqncia livre. Trata-se de um aparelho de grande utilidade no monitoramento de pequenos robs, veculos e sondas. Outra funo a vigilncia e espionagem de objetos, j que capaz de localiz-los atravs de um sinal emitido.Newton C. Braga

O transmissor sinalizador bastante compacto e pode ser facilmente escondido em objetos de pequeno e mdio porte, como em pequenos robs, sondas, malas e pacotes. Alimentado por pilhas, ele possui boa autonomia. Como se trata de circuito de curto alcance (100 a 200 metros), um dispositivo ideal para localizao ou monitorao de objetos em prdios e casas. Com o transmissor escondido, pode-se localizar um objeto roubado dentro de uma fbrica, antes que seja levado do local. Tambm podemos utilizar o circuito como um alarme remoto substituindo o interruptor geral S1 por um sensor que dispara, emitindo um sinal de alerta para um receptor de FM. Os componentes usados na montagem so comuns e no temos elementos crticos que possam dificultar sua realizao. Tudo que o leitor precisa saber fazer placas de circuito impresso segundo o padro que damos neste artigo.26

Caractersticas: Tenso de alimentao: 6 ou 9 Volts Alcance: 100 a 200 metros Freqncia de emisso: 88 a 108 MHz Como Funciona Para gerar os bips em intervalos regulares utilizamos dois osciladores com base em duas portas NAND do circuito integrado disparador 4093. A primeira porta gera o tom de udio cuja freqncia determinada basicamente por R1 e C1. O leitor poder alterar estes componentes numa ampla faixa de valores de modo a escolher o tom que seja mais agradvel. Valores menores de C1 produzem sons mais agudos. A segunda porta gera os intervalos entre os bips que so determinados pelo resistor R2 e pelo capacitor C2. Valores maiores de C2 fazem com que tenha-se bips mais longos.

Os sinais dos dois osciladores so combinados nas outras duas portas do circuito integrado que funcionam como amplificadoras. Obtemos na sada pulsos ou bips que servem para modular a etapa transmissora. A etapa transmissora consiste basicamente em um transistor que gera um sinal cuja freqncia depende de L1 e CV. Ajustamos CV para que o circuito opere em uma freqncia livre da faixa de FM. Nada impede, entretanto, que alterando a bobina possa se operar na faixa de VHF. Evidentemente, o leitor deve possui um receptor capaz de sintonizar esses sinais. A vantagem do uso da faixa de VHF est na dificuldade para o intruso localizar um sinal, e tambm na facilidade de encontrar uma freqncia livre para operao. A realimentao que mantm o circuito em oscilao obtida pelo capacitor de 4,7 pF. Esse capacitor deve ser obrigatoriamente cermico de boa qualidade. Para a faixa de V HF reduza esse componente para 2,2 pF ou mesmo 1 pF. Mecatrnica Fcil n41

montagemOs sinais gerados pela etapa transmissora so irradiados pela antena e o comprimento desta antena depende do alcance do transmissor. Podemos usar pedaos de fio de 10 cm a 40 cm ou ento uma antena telescpica. No ser conveniente usar uma antena maior para no instabilizar o circuito. Montagem Na figura 1 apresentamos o diagrama completo do transmissor sinalizador. A disposio dos componentes em uma placa de circuito impresso mostrada na figura 2. Os resistores so todos de 1/8W e os capacitores devem ser cermicos, salvo indicaes que permitam tambm o uso de tipos de polister. A bobina formada por 4 espiras de fio 22 ou mesmo mais grosso com dimetro de 1 cm sem ncleo. Para transmitir na faixa de VHF, entre 108 e 140 MHz use uma bobina de 2 ou 3 espiras do mesmo fio em forma de 1 cm. Reduza o capacitor entre o emissor e o coletor do transistor para 2,2 pF ou 1 pF. Para a alimentao pode-se usar pilhas mdias ou grandes em suporte apropriado. As pilhas grandes proporcionam uma autonomia maior. No ser conveniente usar bateria de 9V, pois o consumo do aparelho faria com que se esgotasse rapidamente. O transistor BF494 pode ser substitudo por equivalentes como o 2N2222 e at de maior potncia como o BD135, caso em que o circuito pode ser alimentado com tenso de at 12 V. Neste caso, o alcance pode superar a 1 km, utilizando-se uma antena apropriada e receptor bem sensvel. Ajuste e Uso Para ajustar o aparelho basta ligar nas proximidades um receptor de FM sintonizado em uma freqncia livre. Recomendamos sempre a utilizao de receptores com sintonia analgica, visto que mais fcil localizar e manter o sinal. Depois, cuidadosamente, ajustamos CV para que o sinal mais forte do transmissor seja captado. Deve-se ter cuidado nesta operao para no confundir sinais Mecatrnica Fcil n411Diagrama completo do transmissor sinalizador de FM

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Disposio dos componentes numa pequena placa de circuito impresso

esprios ou harmnicas, que so mais fracos, com o sinal fundamental que mais forte. O sinal esprio some logo quando nos afastamos com o receptor. Se o leitor no gostar da tonalidade dos bips produzidos pode alterar os componentes associados conforme explicamos. Tambm importante procurar freqncias que no sofram muitas interferncias. Observamos que locais em que existam lmpadas fluorescentes ou muitas estaes de FM podem causar alguma dificuldade de operao para o circuito, limitando seu alcance.

Uma vez comprovado o funcionamento o aparelho pode ser fechado em uma caixa de plstico ou madeira para o uso. Outra possibilidade, so aplicaes de vigilncia, que consiste em instalar o aparelho no objeto vigiado, por exemplo, no fundo de uma caixa, embalagem ou mala. A antena, deve ficar de preferncia na vertical, longe de qualquer parte metlica que possa causar instabilidades de funcionamento. No se recomenda instalar o aparelho dentro de objetos de metal. Para localizar o objeto siga o sinal baseado no aumento de sua inten27

m

montagemsidade. Uma possibilidade para ter maior preciso na localizao, consiste na utilizao de uma antena direcional, como mostra a figura 3. Uma antena desse tipo, alm de permitir que a direo exata seja determinada, tambm dota o receptor de maior sensibilidade, possibilitando a localizao do transmissor sinalizador a uma distncia maior. f3Utilizao de uma antena direcional para facilitar a localizao do transmissor

Lista de materiaisSemicondutores CI1 - 4093B - circuito integrado CMOS Q1 - BF494 ou equivalente - transistor de RF ver texto Resistores (1/8W, 5%) R1 - 39k ohms - laranja, branco laranja R2 - 2,2 M ohms - vermelho, vermelho, verde R3 - 10 k ohms - marrom, preto, laranja R4 - 6,8 k ohms - azul, cinza, laranja R5 - 47 ohms - amarelo, violeta, preto Capacitores C1 - 47 nF - cermico C2 - 2,2 uF/16V - eletroltico C3 - 10 nF - cermico C4 - 2,2 nF - cermico C5 - 4,7 pF - cermico C6 - 100 nF - cermico CV - trimmer - ver texto Diversos: L1 - Bobina - ver texto S1 - Interruptor simples B1 - 6 V - 4 pilhas pequenas ou mdias A - antena - ver texto

Placa de circuito impresso, soquete para o circuito integrado, suporte para pilhas, caixa para montagem

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Mecatrnica Fcil n41

escola

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Pescaria EletromagnticaNas escolas de nvel fundamental, a busca por experimentos tecnolgicos exige cuidados especiais. Alm da facilidade de montagem, os princpios ensinados devem ser importantes, e mais do que isso: devem despertar o interesse dos alunos por algum aspecto diferenciado. No nosso caso, optamos pelo aspecto ldico, com a programao de uma competio. Veja neste artigo como implementar uma aula de eletromagnetismo com uma interessante competio entre os alunos.Flvio Bernardini Newton C. Braga

A simples montagem de um eletrom alimentado por pilhas adotada em muitas escolas como opo de aula prtica envolvendo tecnologia. No entanto, a grande falha desta abordagem est no pouco interesse que o projeto desperta nos alunos. Mecatrnica Fcil n41 - Novembro 2004

Assim, no Colgio Mater Amabilis de Guarulhos SP, onde so lecionadas Mecatrnica e Tecnologia para o nveis fundamental e mdio, criamos uma variante desse experimento que levou os pequenos a uma atividade muito mais atraente.

A idia bsica consiste na montagem de uma vara de pescar com um eletrom na ponta para pescar peixes magnticos, ou seja, pequenos peixes de papel ou papelo com clipes (ou pregos) que possibilitem sua atrao. Simples de montar, uma29

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escola1Campo magntico criado por uma corrente que percorre um condutor retilneo

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Campo magntico de um solenide. A intensidade maior no seu interior

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Fechadura; quando a chave ligada, a corrente cria um campo na bobina que atrai o mbolo liberando a fechadura

vez que so alimentados por uma nica pilha, pode-se associar o seu funcionamento ao eletromagnetismo com exemplos de aplicaes prticas importantes, e de muito baixo custo, visto que o material muito fcil de obter e de manusear. O Princpio A aula terica que precede as aulas prticas aborda o princpio de funcionamento do eletrom. O nvel est de acordo com a srie. Assim, no texto a seguir, descrevemos o assunto de forma a poder ser adotado para alunos da quinta nona srie do Fundamental. (O projeto pode ser implementado em uma ou duas aulas, e a competio numa aula seguinte). Quando uma corrente eltrica passa por um fio, em sua volta aparece uma perturbao que denominamos campo magntico. Essa perturbao cria foras que atuam sobre os objetos de metal, exatamente como no caso dos ms. Conforme mostra a figura 1, o campo magntico envolve os fios e muito fraco para podermos us-lo para atrair coisas de metal. Entretanto, podemos reforar esse campo (ou perturbao) se enrolarmos o fio de modo a formarmos uma bobina, veja a figura 2. O campo concentra-se no interior da bobina e se nela colocarmos um objeto de metal apropriado, ele se magnetizar comportando-se exatamente como um m. Esse princpio usado em muitos dispositivos eletromagnticos que usamos no dia-a-dia. As fechaduras eltricas de prdios e casas, por exemplo, possuem um dispositivo desse tipo. Quando estabelecemos a corrente, o forte campo que aparece na bobina atrai um pedao de ferro30

e seu movimento abre a porta, conforme ilustra a figura 3. Eletroms muito poderosos so utilizados para levantar sucata e chapas de ferro nas indstrias, observe na figura 4. O eletrom que montaremos dos pequenos, pois atrai apenas pequenos objetos como clipes, preguinhos, alfinetes, etc, mas serve para mostrar como funciona. A corrente eltrica que o alimenta ser obtida de uma pilha pequena. Montagem Na figura 5 temos o aspecto da montagem da varinha de pescar eletromagntica e do peixinho de papel ou papelo. Devem ser montados pelo menos uns 20 peixinhos para a realizao da competio. Em um prego de 2 a 3 cm de comprimento enrolamos de 40 a 100 voltas de fio esmaltado fino. Esse fio poder ser comprado por peso em casas especializadas, o que seria interessante para o caso de um escola onde muitos alunos iro fazer a montagem. 200 gramas de fio 30 a 32 servem para mais de 50 alunos. Usamos aproximadamente 5 a 6 metros de fio para cada eletrom, conforme mostra a figura 6. Uma outra possibilidade de se obter esse fio seria desmontando um transformador velho e retirando o fio. Veja que o fio no dever estar queimado (escuro), e sim com a cor marrom clara, que indicando que seu isolamento de esmalte ainda est perfeito. Lembre que um pedao de pelo menos 80 cm desse fio deve ser deixado para ligao pilha. A conexo a pilha deve ser feita pelo professor, uma vez que exige a soldagem. De

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Aplicao prtica do eletrom um guindaste que levanta chapas de metal

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A vara pode ser feita com um palito de churrasco ou qualquer outro tipo de vareta. O peixinho feito de cartolina ou papelo leve

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Detalhes da construo do eletrom. Use de 5 a 6 m de fio e raspe as pontas para soldar

Mecatrnica Fcil n41 - Novembro 2008

escola7Modo de fazer a conexo pilha e de preparar a ponta do fio com uma bolinha de solda para melhor contato

e

acordo com a figura 7, colocamos uma pequena pelota de solda em uma das extremidades do fio e na outra soldamos a pilha. Para fazer essa soldagem, a ponta do fio esmaltado deve ser raspada pois, do contrrio, a solda no pega. A pilha ser presa a uma varinha de madeira (que pode ser um palito do tipo usado para fazer churrasco), utilizando-se fita adesiva. Quando a pelotinha de solda da ponta livre do fio encostada no plo positivo da pilha, a corrente circula e o eletrom atrai objetos de metal nas suas proximidades. Lembre-se de que o consumo de energia do eletrom elevado. Assim, voc s dever lig-lo no momento em que for us-lo pois, do contrrio, a pilha se esgotar rapidamente. Faa os testes! A Competio A idia verificar quem pesca mais peixinhos de um recipiente em que exista uma certa quantidade deles e os leva at um outro recipiente num tempo determinado pelo professor. Outra possibilidade consiste em simplesmente colocar-se alunos em grupos junto a um recipiente com diversos peixinhos e, num intervalo de tempo pr-determinado, verificar quem pesca mais. Pode-se tambm colocar peixinhos de cartolina de diversas cores, atribuindo-se pontos conforme as cores e, dar como vencedor aquele que pescar peixinhos com o maior nmero de pontos somados.

Lista de materiais- 5 a 6 metros de fio esmaltado fino (30 ou 32 AWG) - 1 pilha pequena - Solda - Vara de madeira de 30 a 50 cm - Fita adesiva - Cartolina para os peixinhos - Clipes ou preguinhos para os peixinhos

Mais informaesNo portal da Mecatrnica Atual (www. mecatronicaatual.com.br), os leitores podem ter acesso a mais fotos da competio entre os alunos do Colgio Mater Amabilis de Guarulhos.

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Mecatrnica Fcil n41 - Novembro 2004

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eletrnica

Aplicaes bsicas para TRIACsOs TRIACs, com sua capacidade de controlar correntes alternadas de alta intensidade, so cada vez mais usados no controle de equipamentos que tenham motores ou cargas alimentadas pela rede de energia. Eles podem, em muitos casos, substituir os rels com vantagens, mas preciso saber como fazer isso. Neste artigo mostramos algumas aplicaes bsicas dos TRIACs, incluindo a de rel de estado slido, muito empregada nas aplicaes industriais.Newton C. Braga

Os TRIACs so dispositivos semicondutores da famlia dos Tiristores, sendo capazes de conduzir a corrente nos dois sentidos. Com um TRIAC possvel controlar correntes alternadas intensas a partir de sinais externos relativamente fracos que podem ser gerados por sensores, circuitos de todos os tipos ou chaves de baixa capacidade de corrente. No entanto, como todo o semicondutor de ao rpida existem algumas caractersticas que devem ser consideradas quando se usa um TRIAC numa aplicao e que podem implicar em diferenas quando comparamos este tipo de dispositivo a um rel comum de contatos mecnicos ou mesmo a uma chave comutadora manual. Neste artigo vamos discutir algumas das aplicaes do TRIAC e32

tambm analisar estas caractersticas de comutao que o tornam um dispositivo que necessita de cuidados especiais nas aplicaes. O TRIAC O TRIAC um dispositivo semicondutor de quatro camadas da famlia dos tiristores, tendo a estrutura bsica mostrada na figura 1. Se bem que possamos comparlo a dois SCRs ligados em paralelo e contrafase com um gate comum, na

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Estrutura e smbolo do TRIAC

prtica seu comportamento no equivale a esta configurao.Quadrante de operao (modo) I+ IIII+ III-

Polaridade de MT2 + + + + -

Comporta (gate)

Mecatrnica Mecatrnica Fcil2004 Fcil n16 - Maio n41

eletrnicaUm TRIAC apresenta a curva caracterstica mostrada na figura 2. Para disparar o TRIAC existem 4 possibilidade ou 4 modos que dependem do quadrante em que ele vai funcionar, conforme mostra a tabela: As sensibilidades nos diferentes modos de operao variam, sendo os modos I+ e III- aqueles em que se obtm mais sensibilidade. Nos casos tpicos, a corrente tpica necessria ao disparo nestes quadrantes pode ser de 4 a 5 vezes menor do que aquela exigida para o disparo nos outros quadrantes. Por este motivo, na maioria das aplicaes prticas, os TRIACs so usados com circuitos de disparo nestes quadrantes. Vantagens e Desvantagens Quando usados como rels, os empregados apresentam tanto desvantagens como vantagens em relao aos rels de contatos mecnicos. As vantagens: No h repique: quando os contatos de um rel abrem ou fecham, eles levam uma frao de segundo para completar esta operao, e durante este intervalo fortes variaes da corrente podem ser geradas. Em cargas fortemente indutivas, estes repiques podem causar a gerao de pulsos de alta tenso, e em muitos circuitos tambm so geradas interferncias eletromagnticas (EMI), conforme exemplifica a figura 3. Num TRIAC o estabelecimento da corrente ou sua interrupo ocorrem de forma constante. b) No h formao de arco: nos rels de contatos mecnicos que controlem cargas fortemente indutivas a abertura do circuito pode fazer com que tenses muito altas sejam geradas provocando o aparecimento de faiscas ou arcos. Estas faiscas ou arcos reduzem a vida til dos contatos causando posteriormente falhas de funcionamento. Nos circuitos com Triac isso no acontece. c) No existem partes mveis: os rels possuem parte mveis que a) Mecatrnica Fcil n16 - Maio 2004 41 esto sujeitas a falhas de funcionamento, o que no sucede no caso dos TRIACs. d) Maior velocidade: os contatos mecnicos precisam de um tempo muito maior para abrir ou fechar o circuito do que os TRIAC. A velocidade de operao destes Triacs muito maior. e) Maior rendimento: os rels exigem mais potncia aplicada bobina do que o TRIAC comporta para comutar uma carga de determinada potncia. Isso ocorre porque nos rels preciso haver uma fora mecnica mnima aplicada aos contatos para mant-los firmes, fechados, a qual determina a corrente de disparo. No TRIAC a potncia necessria ao disparo menor. Desvantagens: Maior sensibilidade a sobrecarga: os TRIACs so mais sensveis a uma sobrecarga do que os rels. Eles podem queimar-se com muito mais facilidade. b) Sensvel a curto-circuito: os TRIACs so danificados com muito mais facilidade do que os rels se ocorrer um curto-circuito no circuito da carga que est sendo controlada. c) Disparo por transientes: os TRIACs so muito mais sensveis a transientes no circuito de disparo que pode levar a um falso disparo. Os rels, por exigirem mais potncia e por serem fortemente indutivos so menos sensveis a estes transientes. d) Queda de tenso maior: nos rels a queda de tenso nos contatos praticamente nula e portanto quase nenhuma potncia dissipada. Nos TRIACs existe uma queda de tenso da ordem de 2 V no disparo que faz com que tanto potncia seja dissipada na forma de calor que tambm uma certa perda seja introduzida no circuito. e) Falha de comutao: os TRIACs podem falhar ao ligar ou desligar sob determinadas condies o que mais difcil de acontecer com os rels. f) Necessidade de dissipador de calor: pela queda de tenso que a)Os TRIACs so dispositivos semicondutores de potncia que controlam a corrente nos dois sentidos. Num triac temos 3 terminais denominados MT1, MT2 e G (terminal principal 1, terminal principal 2 e gate), conforme mostra a figura A. O terminal MT2 normalmente ligado carga, o MT1 terra e o sinal de controle a comporta. Tipos com correntes de alguns amperes a mais de 100 amperes so comuns. Uma das sries mais usadas em aplicaes gerais a TIC, que comea com o TIC206 para 2 amperes e vai at o TIC263 para 25 ampres.

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Curva caracteristica de um TRIAC

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Repique devido a carga indutiva

ocorre na conduo, os TRIACs precisam ser montados em dissipadores de calor cujas dimenses dependem da potncia da carga controlada.33

e

eletrnica4Aplicao tpica de um TRIAC

g) Isolamento: no h isolamento eltrico entre o circuito de disparo e o circuito controlado. Para que este isolamento seja obtido, preciso usar circuitos adicionais tais como transformadores de disparo, opto-acopladores, etc. Aplicaes Na aplicao, tpica o TRIAC tem a carga ligada em srie com o terminal MT2 enquanto que o sinal de disparo aplicado entre a comporta e o terminal MT1 que est aterrado, veja na figura 4. O sinal para o disparo pode ser retirado antes ou depois da carga, conforme mostra a figura 5. Com este procedimento temos a operao nos quadrantes I+ ou III+ em que se obtm maior sensibilidade. a) Interruptor de Potncia Uma primeira aplicao prtica para um TRIAC como os da srie TIC apresentada na figura 6. Neste circuito a corrente de disparo limitada pelo interruptor (S1) ficando em algumas dezenas de miliampres. Podemos colocar em lugar do interruptor um reed-switch, um reedrelay ou outro sensor mecnico de baixa corrente. O TRIAC deve ser dotado de radiador de calor compatvel com a potncia da carga que deve ser controlada. b) Interruptor de meia onda Na figura 7 temos uma aplicao interessante em que o pulso de dis-

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Com o sinal de disparo antes ou aps a carga

paro aplicado em somente metade dos semiciclos da tenso alternada da rede de energia. Com isso, temos a aplicao de metade da potncia na carga a ser controlada. Podemos usar esta configurao para ter duas potncia num chuveiro, num elemento de aquecimento ou numa lmpada incandescente. Outra aplicao como controle de duas velocidades para um motor universal. c) Chave remota isolada Uma aplicao muito interessante para TRIACs e com utilidade na indstria o interruptor remoto seguro usando um TRIAC, que mostrado na figura 8. Neste circuito, ajusta-se o trimpot para que a tenso aplicada a comporta do TRIAC fique no limiar do disparo quando o interruptor remoto est aberto. Quando o interruptor fechado ele pe em curto o enrolamento de baixa tenso do transformador levando-o a se refletir no enrolamento primrio como uma queda de impedncia. Isso faz com que a tenso na comporta do TRIAC suba e ele dispare alimentando a carga. Vantagens importantes podem ser citadas para este circuito: A corrente no interruptor de controle muito baixa assim como a tenso. O circuito do interruptor totalmente isolado do circuito de carga pelo transformador. O interruptor pode ser colocado em lugar remoto conectado por fios comuns de baixa corrente.

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Aplicao prtica com TRIAC srie TIC

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Pulso de disparo em metade dos semiciclos de tenso CA

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Chave remota isolada

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Mecatrnica Mecatrnica Fcil2004 Fcil n16 - Maio n41

eletrnicad) Usando Optoacoplador Os acopladores pticos oferecem uma opo importante para os projetos que envolvem o uso de triacs como rels de estado slido. Com o emprego destes acopladores adicionamos o isolamento entre o circuito de controle e o circuito controlado que uma das desvantagens do uso do TRIAC sozinho, em relao aos rels comuns, conforme j vimos. Para este tipo de aplicao existem acopladores pticos que utlizam como elementos sensveis optodiacs, ou seja, diacs sensveis luz, como no caso do MOC3010 (110 V) e MOC3020 (220 V). Conforme revela a figura 9, estes dispositivos, tm caractersticas de disparo que os tornam ideais para levar os TRIACs conduo rapidamente, aumentando assim sua eficincia. Para as aplicaes prticas, existem duas famlias de optodiacs da Motorola que so extremamente importantes para os projetistas. A primeira a do MOC3010 para a rede de 110 V a qual pode controlar diretamente TRIACs da srie TIC de at 32 ampres ou mesmo mais, conforme mostra a figura 10 . Para a rede de 220 V, controlando os mesmos TRIACs mas com tenses maiores, temos a srie MOC3020 que exibida na figura 11. O disparo obtido quando uma corrente de 8 mA no MOC3010 (ou 15 mA no MOC3020) circula pelo diodo emissor de infravermelho (LED) do acoplador. Nas mesmas famlias l acopladores mais sensveis como o MOC30129Opto-diac para uso no disparo de TRIAC

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para 110 V que precisa de apenas 3 mA no LED e o MOC3023 que precisa de 5 mA nos circuitos de 220 V. Estas caractersticas permitem que estes acopladores sejam disparados diretamente pela sada de circuitos lgicos digitais das famlias TTL e CMOS sem a necessidade de etapas de amplificao de corrente. EMI A comutao rpida dos TRIACs passando da conduo para a no conduo em tempos extremamente curtos faz com que interferncia eletromagntica (EMI) seja gerada podendo afetar equipamentos de telecomunicaes, rdios, televisores, etc nas proximidades. Normalmente, os sinais gerados pelos circuitos com TRIACs possuem um espectro de interferncia que tem as caractersticas mostradas na figura 12, com a intensidade irradiada diminuindo muito acima dos 30 MHz. Para amortecer os pulsos de altas frequncias que so gerados pelos TRIACs existem diversas tcnicas que podem ser adotadas para se evitar problemas com este tipo de componente.11Opto-disc MOC 3020 para a rede de 220V

SufixosPara os triacs da srie TIC os sufixos na forma de letras indicam a tenso de pico de trabalho conforme indica a seguinte tabela:

Sufixo Y F A B C D E M

Tenso de Trabalho 30 V 50 V 100 V 200 V 300 V 400 V 500 V 600 V

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Intensidade irradiada X freqencia

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Opto-disc MOC 3010 para a rede de 220V

Mecatrnica Fcil n16 - Maio 2004 41

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e

eletrnica13Circuito de filtros usado em eletrodomsticos

15

Filtro RLC em srie-paralelo com o TRIAC

14

Ligao do filtro antes da carga com TRIAC

TRIAC - SCR

Na figura 13 temos um primeiro circuito de filtro bastante comum em eletrodomsticos que evita que a interferncia gerada se propague pela linha de alimentao chegando a outros equipamentos ligados mesma rede ou mesmo evitando que esta linha funcione como antena irradiando os sinais. As bobinas normalmente so formadas por algumas espiras de fio de espessura compatvel com a corrente do equipamento num ncleo de ferrite que pode ser (ou no) toroidal. Os ncleos toroidais, em especial, so muito mais eficientes neste tipo de aplicao. Os capacitores usados so de polister, com tenso de trabalho de pelo menos 200 V na rede de 110 V e pelo menos 400 V na rede de 220 V. A ligao terra para oferecer um percurso aos sinais de alta freqncia muito importante para aumentar a eficincia do filtro. Veja que sem o terra, os capacitores poem em curto os sinais enquanto que com o terra o sinal desviado36

para a terra, conforme ilustra a figura 14. Um outro tipo de filtro visto na figura 15 que formado por uma rede RLC em srie-paralelo com o TRIAC. Este circuito amortece os pulsos gerados na comutao do Triac evitando que eles gerem sinais irradiados ou que se propaguem pela rede de alimentao at outros equipamentos. A bobina formada por 70 espiras de fio esmaltado num basto de ferrite. O fio usado deve estar de acordo com a intensidade de corrente no circuito. Este tipo de filtro recomendado para cargas inferiores a 1 kW. Concluso O uso de TRIACs oferece solues importantes para projetos de eletrodomsticos e aplicaes industriais. Porm, devemos estar atentos para as deformaes que a presena de um dispositivo deste tipo pode causar na forma de onda da energia forne-

cida a outros equipamentos de uma instalao e que podem trazer problemas como os que abordamos quando tratamos disso no artigo True RMS. Isso significa que todos os projetistas que pretendam usar TRIACs no controle de potncias elevadas devem estar atentos aos picos e transientes que eles podem gerar e tomar as devidas precaues para que no venham a influenciar no funcionamento de outros equipamentos. O prprio emprego do TRIAC tambm implica em se obervar at que ponto a maneira como ele controla uma carga eficiente. Com as indicaes que demos neste artigo o leitor j tem uma idia do que deve observar e, se for necessrio, procurar literatura adicional.

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Mecatrnica Mecatrnica Fcil2004 Fcil n16 - Maio n41