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MIEM/FEUP 2013/2014
Como se fazem relógios digitais?
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Como se fazem relógios?
Relógios digitais – Projeto FEUP
Grupo: 02 Turma: 1M4
Francisco Luís Machado Campos - 201303393
José Abílio Ribeiro da Silva - 201303836
Tiago Jorge Maia Prata - 201302975
Luís Rodrigues de Castro – 201306391 4/11/2013
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Como se fazem relógios digitais?
Índice
1. Resumo ............................................................................................................................ 3
2. Palavras-chave: ................................................................................................................ 3
3. Introdução ....................................................................................................................... 4
4. História do relógio ........................................................................................................... 5
5. História do relógio digital ................................................................................................ 6
6. Funcionamento dos Relógios Digitais ............................................................................. 7
6.1 - Equipamentos com ligação à corrente elétrica................................................................. 7
6.2 - Equipamentos alimentados a pilhas ................................................................................. 9
6.3 - Osciladores de Quartzo ................................................................................................... 11
6.4 - Tipologia de Mostradores ............................................................................................... 13
6.4.1 - Díodo foto emissor (led) .................................................................................. 13
6.4.2 - Filamento ou plasma. ....................................................................................... 16
6.4.3 - Lcd (liquid cristal display) ................................................................................. 16
6.5 - Outras Funções dos Relógios Modernos ......................................................................... 18
7. MATERIAIS CONSTITUINTES E SEUS PROCESSOS DE FABRICO ..................................... 19
7.1 - O Plástico ......................................................................................................................... 20
7.1.1 - A origem do plástico ........................................................................................ 20
7.1.2 – Tipos de plástico .............................................................................................. 25
7.1.3 – Plásticos mais comuns e suas caraterísticas (figura 20) .................................. 26
7.2 - O Plástico nos relógios digitais ........................................................................................ 27
7.3 - O vidro e os seus processos de fabrico ........................................................................... 28
8. Curiosidades .................................................................................................................. 29
8.1 - O relógio digital de pulso mais fino do mundo ............................................................... 29
8.2 - Vantagens do relógio digital ........................................................................................... 31
9. Conclusão ....................................................................................................................... 32
10. Bibliografia ..................................................................................................................... 33
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Como se fazem relógios digitais?
1 - Resumo
O tema abordado neste trabalho é a criação e a própria história dos
relógios digitais. O principal objetivo é o esclarecimento das etapas de formação
e constituição dos diversos tipos de relógios digitais através de um pequeno
trabalho criado a partir de pesquisas feitas por este grupo.
Existem centenas de diferentes formas e tamanhos para os relógios
digitais, mas este relatório vai focar-se mais no objeto em si e não na sua
aparência.
O trabalho irá também focar os componentes e a criação dos relógios
digitais, de modo a explicar o funcionamento destes, bem como o porquê dos
relógios digitais funcionarem desta maneira e não de outra.
Ao longo do relatório irão ser mostradas imagens com o funcionamento
dos componentes e a sua função no relógio digital, para explicar de uma forma
mais fácil de compreender.
2 - Palavras-chave:
Relógio
Digital
Cristal líquido
LED’s (díodo fotoemissor)
Vantagens
Contador
Oscilador de quartzo
Bateria
Pilhas
Rede elétrica
Divisores
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Como se fazem relógios digitais?
3 - Introdução
No âmbito da unidade curricular de Projeto FEUP o grupo 2 da turma 1M4
elaborou um projeto sobre os relógios digitais.
Este relatório apresenta a forma como os relógios (objetos de medição do
tempo) são criados, mais especificamente os relógios digitais. Irá incluir, para além
disso o porquê da sua origem e a construção dos seus materiais.
Desde a sua origem que o homem teve uma grande necessidade de controlar o
tempo e essa mesma necessidade impulsionou o desenvolvimento de processos que
permitissem uma leitura do tempo. Estes processos traduziram-se na criação de
estratégias e mecanismos que permitissem “controlar” o tempo.
Assim, a primeira e mais eficaz estratégia que foi criada foi o relógio,
nomeadamente o relógio de sol (figura 1). O relógio é instrumento que mede
intervalos de tempo e pode ter as mais diversas formas [1] que, atualmente, são
capazes de satisfazer as necessidades de toda a população.
Foi devido aos recentes estilos de vida acelerados das pessoas que se começou
a pensar em criar um relógio que permitisse uma leitura mais rápida e mais simples
que se adaptasse às características desta nova sociedade.
Assim, surgiu o relógio digital (figura 2) que muito possivelmente é o tipo de
solução mais comum e simples e com uma margem de erro muito reduzida. A
caraterística mais apelativa deste tipo de relógios é o facto de as horas serem exibidas
diretamente no visor.
Figura 1 - exemplo do relógio de sol Figura 2 - exemplo de um relógio digital
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4 - História do relógio
Os primeiros relógios de que se tem conhecimento são os relógios de sol, que
consiste numa superfície plana com linhas correspondentes às horas do dia e num pino
ou placa. A projeção da sombra desse pino ou placa na superfície plana indica as horas.
Há também o conhecimento de relógios simples de água (clepsidras) e de areia
(ampulhetas) que apareceram na Babilônia e no Egito por volta do séc. 16 A.C, mas na
história do relógio está registado que apareceram apenas no ano 600 A.C, na Judeia.
Apesar de muita controvérsia sobre a construção do primeiro relógio mecânico,
o crédito dessa descoberta é dado ao Papa Silvestre II. Alguns acreditam que estes já
tinham sido inventados na Ásia, mas a verdade é que o mérito é dado, no mundo
ocidental, a este papa. [2]
Por volta de 1500, Peter Henlein fabricou o primeiro relógio de bolso. Este tipo
de relógio era raro e considerado um privilégio, visto que poucas pessoas o usavam, e
era um sinal de alta aristocracia. [2]
Sobre o relógio de pulso, há duas histórias sobre o seu aparecimento:
A primeira é que Santos Dumont, piloto de avião, não conseguia ver
as horas no relógio de bolso durante os voos e confessou-o a Louis
Cartier, que em 1904 lhe apresentou o relógio de pulso como
solução. [2]
A segunda história, e a mais credível, é aquela em que o primeiro
relógio de pulso foi feito por Abraham Louis Bréguet, por
encomenda de Carolina Murat, irmã de Napoleão Bonaparte. [2]
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5 - História do relógio digital
Um relógio digital é um tipo de relógio em que o tempo é exibido através de
números, contrariamente ao analógico em que o tempo é demonstrado por
ponteiros;[3]
Os relógios digitais são associados a unidades eletrónicas, mas a parte do
“digital” refere-se à exibição, e não ao mecanismo de processamento (que tanto para
os relógios digitais como para os analógicos pode ser mecânico ou eletrónico); [3]
O maior relógio digital conhecido é o Lichtzeitpegel (figura 22) ("Light Time
Level"), que se encontra na televisão-torre Rheinturm Düsseldorf, na Alemanha; [3]
O primeiro relógio digital de bolso (figura 3) foi invenção do engenheiro
austríaco Josef Pallweber que criou o mecanismo “jump-hour”, em 1883, que consiste
em mostrar as horas e os minutos em dois discos rotativos, através dum mostrador de
esmalte. Este mecanismo apareceu nos relógios de pulso em 1920, e é usado ainda
hoje. [4]
Em 1970, surgiu o primeiro relógio de pulso digital (figura 4), com mostrador
LED. O nome desse relógio era Pulsar e foi desenvolvido pela empresa “Hamilton
Watch Company”. Apesar do seu custo elevado, a popularidade deste tipo de relógio
começou a aumentar gradualmente. [3]
Figura 3 - Exemplo de um relógio digital de bolso Figura 4 - Exemplo de um relógio digital de pulso.
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6 - Funcionamento dos Relógios Digitais
Os relógios digitais atualmente estão presentes em muitos aparelhos eletrónicos
como os telemóveis, televisores, carros, etc. A maior parte destes estão agora tão
compactados que a sua reparação em caso de avaria é impossível, tornando-os
descartáveis e, deste modo, as empresas têm uma maior margem de lucro. [5]
Os componentes essenciais que constituem os relógios digitais são a fonte de
energia, os osciladores de quartzo (em alguns casos), os divisores, os contadores e os
mostradores de LED’s, filamentos ou LCD’s (liquid cristal display). [5]
6.1 - Equipamentos com ligação à corrente elétrica
Primeiro é necessário dividir os relógios conforme a fonte de energia que pode
provir de uma ligação direta à corrente elétrica ou de uma bateria. No primeiro caso a
frequência da corrente elétrica pode variar entre os 50 e os 60 Hz (considerando agora
os 60hz). Para possibilitar a contagem do tempo é necessário tornar os 60 Hz em 1 Hz.
Para isso usam-se 2 divisores (6 e 10). O primeiro passo vai transformar os 60 Hz em 10
Hz, pois há uma divisão por 6, e o segundo transforma os 10 Hz em 1 Hz e é deste
modo que obtemos 1 pulso por segundo. [6]
Passa-se agora para a segunda parte que é a contagem dos pulsos, para tal
usam-se os contadores (figura 5). Estes vão transformar os pulsos em números que são
apresentados nos mostradores.
Os contadores podem ser assíncronos ou síncronos. Os primeiros são os que
encontramos nos relógios digitais e funcionam quando uma fonte externa com uma
frequência bem definida (pulsos) ativam um contador e este por sua vez emite pulsos
para os outros. Nos síncronos o pulso ativa todos os contadores ao mesmo tempo. [6]
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Figura 5 - exemplo de um contador
Assim nos relógios digitais normalmente existem 3 contadores: 1 para as horas,
1 para os minutos e outro para os segundos. O dos segundos tem 2 sectores, 1 deles
conta até 10 e, o outro, até 6. Assim por cada segundo o contador destes vai contando
até 59 e depois volta tudo ao zero.
Entretanto este contador manda 1 pulso para o contador dos minutos que tem
os mesmos setores do anterior. Finalmente após 60 minutos é mandado um pulso para
o contador das horas que pode contar até 12 ou 24, dependendo do relógio em
questão. [6]
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6.2 - Equipamentos alimentados a pilhas
A alimentação através do recurso a pilha é outra possibilidade. Estas convertem
a energia libertada numa reação química em energia elétrica. A primeira pilha foi feita
em 1800 pelo italiano Alessandro Volta e consistia num empilhamento de discos de
cobre e zinco, existindo entre estes um tecido embebido em ácido sulfúrico. [11]
Pode-se considerar 2 grupos de pilhas - as primárias (aquelas cuja a reação é
irreversível, ou seja não pode ser recarregada) e as secundárias (podem ser
recarregadas). Nos relógios digitais o mais comum é a utilização de pilhas primárias
que podem ser secas (figura 6) ou alcalinas (figura 7). [11]
Pilhas secas - neste tipo o polo negativo é o zinco e o positivo é o carbono, o
eletrólito é constituído essencialmente por uma mistura de cloreto de amónia, dióxido
de manganês e cloreto de zinco. O funcionamento das pilhas dá-se devido à
movimentação de eletrões do polo negativo para o polo positivo.
Figura 6 - estrutura duma pilha seca
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O eletrólito corrói o zinco dando origem a iões ZN 2+, logo há a perda de 2
eletrões que se deslocam do zinco para a barra de carbono. A cápsula de aço existe
pois pode acontecer que o zinco “fure” e haja derramamento de eletrólito para fora da
pilha.
Outro problema a considerar é a libertação do hidrogénio na reação eletrólito-
zinco, este, se ficar acumulado, pode levar a um aumento de pressão e a consequente
explosão da pilha. Para evitar que isto aconteça existe o manganês que vai acabar por
se ligar com o hidrogénio. [11]
Pilhas alcalinas - atualmente são as mais usadas e nestas verifica-se novamente a
existência da cápsula de aço. O polo negativo continua a ser o zinco, no entanto, o
polo positivo é o dióxido de manganês e o eletrólito é constituído por hidróxido de
potássio (KHO).
Estas pilhas geram 1.5 volts como as pilhas secas mas têm uma maior capacidade
de fornecimento de energia, ou seja fornecem a mesma quantidade de energia
durante muito mais tempo que as pilhas secas que têm um decaimento energético
acentuado. Deste modo as pilhas eleitas para os relógios digitais são as alcalinas. [11]
Figura 7 - estrutura de uma pilha alcalina
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6.3 - Osciladores de Quartzo
O oscilador de quartzo (figura 8) substitui a frequência da rede elétrica e está
mais associado a equipamentos alimentados a pilhas/baterias. Para perceber como é
que o este funciona há que saber o que é o efeito piezoeléctrico.
Este foi descoberto por Marie Curie, em 1880, e passou pela constatação de que
em cristais como o quartzo, quando é exercida pressão, é criada uma corrente elétrica
na sua superfície. O contrário também acontece, ou seja, quando no cristal é aplicada
uma corrente elétrica este acaba por vibrar a uma frequência alta e bem definida. [8]
Transpondo este princípio para a prática, têm-se a bateria a aplicar uma tensão
elétrica no quartzo e este vibra a uma frequência bem definida. No entanto, é
necessário ter em consideração alguns fatores que podem alterar a frequência de
vibração, nomeadamente a temperatura, o tamanho e a forma do cristal.
Relativamente ao tamanho quanto maior o cristal for menor vai ser a frequência de
vibração. [12]
Figura 8 - oscilador de quartzo
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Já no que respeita à configuração, a mais eficiente é a em forma de barra com
um corte transversal. Assim, nos relógios de pulso assiste-se à utilização de cristais de
quartzo muito pequenos de que resultam frequências muito altas. Quanto mais alta
esta for maior vai ser a exatidão, mas, ao utilizar-se este tipo de frequências têm-se
um maior gasto de energia. [9]
A preocupação é então encontrar um bom rácio entre o tamanho do cristal e a
frequência de vibração de modo a obter uma boa exatidão sem grandes gastos de
energia. Por norma a frequência utilizada é de 32,768KHz mas atualmente os relógios
de maior precisão produzem frequências até 196KHz com um desvio de +/- de 5
segundos por ano. [8]/ [12]
Então neste tipo de relógios digitais, ao contrário dos de rede elétrica, usa-se 1
só divisor que transforma esses 32,768 KHZ em 1Hz. O processo de contagem do
tempo usando contadores (figura 9) é o mesmo que o anterior. [8]
Figura 9 - estrutura de um contador de relógio
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6.4 - Tipologia de Mostradores
Como já foi referido existem 3 tipos de mostradores: os de led, filamento e os de
lcd.
6.4.1 - Díodo foto emissor (LED)
O LED (figura 10) é um componente semicondutor que consegue transformar a
energia elétrica em luz mas, ao contrário das lâmpadas que usam filamentos metálicos
ou descargas de gases, nos LED’s esta transformação ocorre no estado sólido.
Este componente tem um terminal positivo e um negativo. Dependendo de
como seja polarizado, este vai permitir, ou não, a passagem de corrente elétrica e,
consequentemente, a geração de luz que ocorre no chip semicondutor localizado no
centro.
O LED tem como elementos principais 2 filamentos de metal condutor, uma
cápsula de resina de cristal e, finalmente, o chip semicondutor. A luz libertada pelos
LED’s é chamada de luz fria, no entanto, a potência dissipada é libertada em forma de
calor, por isso torna-se necessário,
às vezes, utilizar um dissipador de
calor para manter a temperatura
constante dentro do LED, o que
favorece a sua preservação.[6]/ [13]
Figura 10 - composição de um LED
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Algumas vantagens apontadas à utilização dos LED’s passam pelos seguintes
aspetos: elevado tempo de vida; reduzidos gastos de eletricidade em comparação com
as lâmpadas incandescentes e muito próxima das florescentes; segurança para o
utilizador pois a voltagem é baixa; maior resistência devido aos materiais utilizados
(não tem filamentos ou vidros); grande variedade de cores e tamanhos disponíveis
(figura 11); possibilidade de ajustar a luminosidade regulando a intensidade da corrente
elétrica. [13]
Os LED’s foram descobertos pelo russo Nick Holonyac, em 1963, em cor
vermelha e baixa intensidade luminosa. Inicialmente estes serviram para o utilizador
saber se um determinado aparelho eletrónico, como a televisão, estava ligado.
Poucos anos depois, ainda na década de 60, surgiram os LED’s de cor amarela;
em 1975, a cor verde; e, já na década de 90, era possível obter todas as cores com uma
grande potência luminosa. Atualmente, os LED’s marcam os 120 lumens de fluxo
luminoso e com uma potência de 1; 3 ou 5 watts. [13]
Figura 11 - diversos tamanhos de um LED
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Neste tipo de mostradores os números são formados por 7 segmentos que não
são mais do que LED’s. Estes são iluminados de forma independentemente por uma
corrente elétrica com origem nos contadores. Assim, depois de ligados, estes vão
formar um número de 0 a 9.
Como sabemos os relógios digitais mostram as horas, minutos e os segundos,
para isso são necessários 3 contadores: 1 para cada subdivisão do tempo. A cada
contador ligam-se 2 conjuntos de 7 segmentos que vão mostrar os números e permitir
assim a visualização das horas. [6]
Os segmentos não são o único método de visualização, pode-se ter ainda um
conjunto de pontos led que, quando iluminados, conseguem não só formar números
como também letras e figuras. A vantagem da utilização dos LED’s é que o seu brilho é
muito forte e por isso facilmente visível no escuro.
No entanto, o gasto energético é muito significativo, por essa razão os relógios
de pulso que usavam este sistema não tinham os leds constantemente ligados, estes
só eram ativados quando pretendido pelo utilizador, pressionando um botão.
Atualmente este sistema só é aplicado nos rádio relógio (figura 12). [6]
Figura 12 - exemplo de um rádio relógio
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6.4.2 - Filamento ou plasma.
Este sistema (figura 13) funciona aplicando-se alta tensão a tubos que contêm um
gás no seu interior, este, ao ser excitado, emite luz. A configuração dos tubos pode ser
em segmentos de 7, como visto anteriormente, formando assim os números, mas é
igualmente possível configurar estes tubos de modo a formar símbolos ou letras.
A desvantagem deste sistema é que no caso de relógios que usem bateria é
necessário um circuito que transforme a voltagem deste em 80 volts (transformador) e
como tal os gastos de energia são muito grandes. [6]
Figura 13 - funcionamento do plasma
6.4.3 - LCD (liquid cristal display)
A utilização de LCD's (figura 14) é muito frequente na indústria dos
computadores, televisões e relógios digitais. Este tipo de mostradores usa uma
tecnologia baseada na propriedade de certos cristais se poderem orientar segundo um
campo elétrico. Estes mostradores normalmente têm uma proteção de vidro ou
plástico e, do lado de dentro, encontra-se o cristal num meio líquido.
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Assim, apesar de este se encontrar no estado sólido, pode-se movimentar com
alguma liberdade no meio onde se encontra. Elétrodos transparentes são colocados no
meio, em lugares bem definidos, e quando uma corrente elétrica, proveniente dos
contadores, os eletrizar, estes elétrodos vão produzir um campo elétrico que vai
orientar os cristais permitindo, ou não, a passagem de luz.
Figura 14 - funcionamento do cristal líquido
Esta ação vai depender do tipo de mostrador que se usa. Num fundo
transparente, aquando da formação do campo elétrico, os cristais vão orientar-se de
modo a tornar aquela área opaca. Ou então pode-se ter um fundo preto e uma fonte
luminosa dentro do aparelho, nesse caso a movimentação dos cristais vai tornar o ecrã
luminoso. [6]
Este tipo de mecanismo permite economizar energia porque só é necessário uma
corrente na ordem dos miliamperes para criar campos elétricos, e, também, porque
este material é de baixo custo e tem um grande tempo de vida.
As principais desvantagens, nos casos em que não há uma utilização da luz
natural, são o aumento do gasto energético e o facto de este ser um material frágil,
sendo frequente falhas na apresentação dos dígitos. [6]
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6.5 - Outras Funções dos Relógios Modernos
Atualmente os relógios modernos também têm outras funções para além de
mostrar as horas:
-Calculadora
-Cronómetro
-Barómetro
-Altímetro
-Termómetro
-Controlo remoto
-Medidor de batimentos cardíacos
-Pedómetro
-Medidor de Profundidade
-Agenda
-GPS
-Telemóvel [6]
Como maior exemplo de todas as diversas funções que um relógio digital pode
ter, existe o novo Samsung Galaxy Gear (figura 15). Cita-se agora um artigo sobre este
novo produto que promete revolucionar o mundo dos relógios digitais. [14]
“O Galaxy Gear é um aparelho com sistema Android que funciona como uma
extensão dos tablets Galaxy Note 3 e Galaxy Tab 10.1 da Samsung, isto é, ligado com
os aparelhos em questão através do Bluetooth, permite fazer chamadas ou aceder ao
Twitter e a mais algumas dezenas de aplicações. [14]
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O relógio 'inteligente', o primeiro da Samsung, tem câmara de filmar de 1.9
megapixéis, 4 GB de espaço para dados e deve ser lançado na Europa a 25 de
setembro, custando cerca de 230 euros (299 dólares, segundo a empresa sul-coreana).
Ao contrário de um relógio normal, cuja pilha dura anos, o Galaxy Gear tem
apenas 25 horas de bateria, ou seja, tem de ser recarregado todos os dias.” [14]
7 - MATERIAIS CONSTITUINTES E SEUS PROCESSOS
DE FABRICO
A grande maioria dos relógios digitais tem como materiais constituintes
preferenciais o plástico e o vidro. Por essa razão passa-se a abordar a constituição e os
vários processos de fabrico destes produtos, associando-os à utilização dos
equipamentos que são objeto deste trabalho.
Figura 15 - Samsung Galaxy Gear
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7.1 - O Plástico
A palavra plástico (de origem grega) tem inerente à própria definição a
propriedade de modelagem por efeito de uma ação exterior. Este material é
constituído fundamentalmente por um polímero, orgânico ou sintético, que em
alguma fase do seu processo de formação foi convertido no estado líquido através da
ação de calor e/ou pressão. [15]
Os polímeros são compostos químicos de elevada massa molecular, resultantes
de reações químicas de polimerização, apresentando uma constituição de moléculas
de enormes dimensões formada por centenas ou milhares de ligações estabelecidas
por moléculas de menor tamanho (monómeros). [15]/[18]
Pode-se então afirmar que os plásticos são polímeros, no entanto, nem todos
os polímeros são plásticos. Na verdade existem 3 categorias de polímeros: os plásticos,
as fibras e os elastómeros. [15]
Os plásticos são polímeros sincréticos ou seja produzidos em laboratório, no
entanto também podemos encontrar polímeros na natureza como por exemplo as
proteínas (DNA), os polissacarídeos, como o amido, ou ainda a lã ou a seda. [15]
7.1.1 - A origem do plástico
A matéria-prima a partir da qual se produz o plástico é o petróleo que é, na sua
maioria, constituído por hidrocarbonetos. O processo de destilação fracionada do
petróleo bruto (figura 16) que ocorre nas refinarias dá origem a vários materiais como o
gás liquefeito, a nafta, a gasolina, o querosene, o óleo diesel, as parafínicas, os óleos
lubrificantes, o piche. [15]
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Figura 16 - destilação fracionado do petróleo bruto
A fração que é utilizada para a obtenção dos plásticos é a nafta, que sendo
submetida a um aquecimento na presença de um catalisador vai originar diferentes
substâncias como o etileno, propileno, butadieno, buteno, isobutileno, todas elas
designadas petroquímicas básicas. [18]
Numa fase seguinte estes acabam por ser transformados em petroquímicos
finos como polietileno, polipropileno, policloreto de vinila (tema a ser explorado mais
à frente). [15]/[18]
Para obtermos os vários tipos de plástico é necessário formarem-se polímeros
através da ligação de moléculas mais pequenas (monómeros). A esta reação dá-se o
nome de polimerização. [15]
Conforme foi já referido, os monómeros ligam-se formando os polímeros (figura
17) e, dependendo do tipo de monómeros e das condições desta reação, vamos obter
diferentes tipos de plásticos, com diferentes propriedades. Se o polímero for
constituído por um único monómero tem a designação de homopolímero, tal como o
polietileno, se for o resultado de vários monómeros tem o nome de copolímero, como
o plástico ABS. [15]
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Figura 17 - reações dos polímeros
Mas existe uma condição para que a reação de polimerização aconteça. Isso passa
pela necessidade de os monómeros terem, no mínimo, funcionalidade igual a 2, isto é
a molécula tem que ter no mínimo 2 pontos que possibilitem a ligação desta molécula
a outra. [15]
Ao nível da estrutura dos polímeros podem-se distinguir várias formas. Existe a
estrutura linear em que os polímeros se alinham segundo a mesma direção, um
exemplo deste tipo é o polietileno linear. [15]
Outro tipo de estrutura é a cadeia ramificada em que, tal como o nome indica,
existe uma ramificação dos monómeros, à semelhança do que acontece nos ramos de
árvore. Um exemplo a indicar para este caso é o do polietileno ramificado. [15]
Finalmente quando os polímeros estão ligados entre si em pontos diferentes
das suas extremidades diz-se então que estes possuem ligações cruzadas. Este tipo de
ligações impede o deslizamento dos vários polímeros conferindo uma grande variação
nas propriedades em comparação com as outras estruturas. [15]
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Efetuadas as reações de polimerização obtêm-se uma resina de polímero que
precisa de ser sujeita a um dos vários processos que os vai transformar em produtos
plásticos finais. Existem diversos tipos de processos, dependendo do tipo de produto
que se deseja obter, tais como: [15]
7.1.1.1 - Processo de extrusão:
Este método baseia-se no pré-aquecimento da resina que é colocada numa
longa câmara onde, por meio da pressão exercida (por exemplo pressão hidráulica) se
vai forçar a resina a passar por um orifício (pode ser cilíndrico ou com uma outra
forma) sendo assim moldada. Este é um processo comum na produção de tubos para
canalização. [15]/[18]
7.1.1.2 - Processo de vazamento:
Este é um processo simples em que a resina é aquecida até atingir um certo
grau de viscosidade e de seguida é vazada num molde. [15]/[18]
7.1.1.3 - Processo de fiação por fusão:
Esta mistura já fundida passa através de orifícios que existem numa placa e
acabam por originar filamentos viscosos que são enrolados numa bobina. Este é um
procedimento especializado na obtenção de fios. [15]/[18]
7.1.1.4 - Processo de compressão:
A mistura aquecida é posteriormente comprimida dentro da cavidade de um
molde. [15]/[18]
7.1.1.5 - Processo de calandragem:
Basicamente a mistura passa entre rolos sucessivos e interligados em rotação.
Este processo é indicado para a produção de “folhas” de plástico com uma espessura
regular. [15]/[18]
7.1.1.6 - Processo de injeção: (figura 18)
A mistura depois de fundida vai ser introduzida no molde através de pressão
exercida por um êmbolo. Este é, por exemplo o método usado no fabrico de
embalagens de manteiga e de iogurte. [15]/[18]
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7.1.1.7 - Processo de sopro:
Para este caso a resina é colocada dentro do molde e através da ação de uma
bomba de ar cujo bico está dentro da resina, já aquecida, vai-se provocar a expansão
desta e a sua adaptação às paredes do molde. Método utilizado na produção de
garrafas de plástico. [15]/[18]
7.1.1.8 - Processo de moldagem por rotação:
A resina é inserida dentro do molde que gira segundo 3 eixos e, por
consequência, o plástico é espalhado igualmente ao longo das paredes do molde.
Utilizado no fabrico de brinquedos, caixotes do lixo, caiaques e muitos outros
produtos. [15]/[18]
Figura 18 - processo de injeção plástica
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7.1.2 – Tipos de plástico
Os plásticos podem ser divididos em dois tipos: termorrígidos e termoplásticos.
7.1.2.1 - Termoendurecíveis
São plásticos que após a solidificação mantêm o formato que lhes foi
inicialmente conferido. Tentar aquecer este tipo de plástico irá degradá-lo
irreversivelmente. [15]
Estes plásticos têm como principais características a rigidez e durabilidade
sendo utilizados principalmente em peças de automóvel, de aeronaves e pneus. Temos
como exemplos de Termoendurecíveis o poliéster ou as resinas de epóxi. [15]
7.1.2.2 - Termoplásticos
Neste caso o plástico, depois de solidificado, pode voltar a ser transformado no
estado líquido (ponto de fusão entre 135ºC e 250ºC). No entanto, por cada vez que
este processo é feito o plástico vai perdendo certas qualidades e pode mesmo ficar
inutilizável devido ao alto número de ciclos. [15]
Os termoplásticos (figura 19) têm a estabilidade térmica e dimensional menores
que os termorígidos mas o custo é muito mais reduzido. É muito utilizado em produtos
de grande rotação comercial, como, por exemplo, as garrafas de plástico. [15]
Figura 19 - exemplos de termoplásticos
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7.1.3 – Plásticos mais comuns e suas caraterísticas (figura 20)
7.1.3.1 - PMMA
Este é um plástico termoplástico obtido através da polimerização do
monómero metilmetacrilato. O PMMA é um plástico extremamente transparente,
duro e resistente aos riscos, por essa razão é muitas vezes usado como um
substituto do vidro, tendo ainda a vantagem de a estas caraterísticas o PMMA
acrescentar uma elevada rigidez e estabilidade dimensional sendo bastante
resistente aos choques. [15]
7.1.3.2 - Pet
Os plásticos PET são transparentes, impermeáveis, extremamente leve e
conseguindo ser simultaneamente rígidos e com uma elevada resistência química.
Este tipo de plásticos é normalmente usado na produção de frascos ou
garrafas.[15]
7.1.3.3 - Pvc
São um tipo de plástico rígido também transparente e impermeável e além
disso apresenta uma alta resistência a altas temperaturas e a choques. É um
plástico associado aos tubos para canalização. [15]
7.1.3.4 - PTFE (politetrofluoretileno)
É o um plástico com uma elevada resistência química, daí resultando que a sua
toxicidade seja paticamente nula, sendo também um material com um baixo coeficiente
de atrito e altamente impermeável. Uma das explorações deste produto faz-se ao nível de
próteses raças à boa reação do corpo humano a este material. [15]
7.1.3.5 - PE (polietileno)
É o tipo de plástico mais conhecido e resulta da polimerização do etileno. No
entanto a partir dele podem-se obter macromoléculas de diferentes dimensões. Se
forem muito grandes forma-se o PEAD (alta densidade) que é um plástico
resistente sendo usado no fabrico de brinquedos e canetas. [15]
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Por outro lado, se as macromoléculas forem pequenas, vai-se obter o PEBD
(baixa densidade) resultando daí um material mais flexível que é usado no fabrico
de sacos plásticos. [15]
Figura 20 - diversos plásticos
7.2 - O Plástico nos relógios digitais
Os tipos de plásticos normalmente mais utilizados na composição dos relógios
digitais são, no visor, o PMMA, devido à sua semelhança com o vidro, e na estrutura os
ABS ou os PP. [16]
O plástico de tipo ABS é constituído por 3 compostos químicos: acrilobitrila,
butadieno e estireno. Este é um termoplástico que tem uma elevada resistência
térmica, química e à fadiga. Para além disso é duro e rígido mas consegue ter uma
certa flexibilidade, acrescentando-se a resistência ao impacto. [16]
Tem um brilho próprio, é leve e pode adquirir várias cores através da adição de
pigmentos enquanto está no estado de fusão. Este é um material com uma boa razão
entre qualidade e preço, pelo que se tornou num plástico muito usado. [16]
O PP (polipropileno) é um termoplástico produzido a partir da polimerização do
gás propileno, e apresenta propriedades vantajosas, tais como elevada resistência a
fraturas e a impactos, boa resistência química, excelentes propriedades elétricas,
sendo muito utilizado na fabricação de recipientes. [16]
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Para além disso é um composto leve e impede a passagem de humidade. A resina
polipropileno, quando misturada com fibra de vidro, torna-se mais resistente e é
bastante utilizada na indústria de autopeças. [16]
7.3 – O vidro e os seus processos de fabrico
A obtenção de vidro resulta do processamento de diversas matérias-primas
segundo uma determinada proporcionalidade. A receita básica para embalagens
correntes é a seguinte:
71% de areia;
14% de soda sob a forma de carbonato de sódio;
11% de calcário;
4% de diversos componentes que permitem a coloração do vidro.
Para o fabrico de certos produtos específicos esta relação sofre ajustes no
sentido de se obterem as características pretendidas. [17]
A mistura é fundida em fornos, a uma temperatura de cerca de 1.500 graus
centígrados. Estes têm um funcionamento contínuo (24 sobre 24 horas) e um período
de vida útil entre 8 a 10 anos. O processo de fusão das matérias-primas é de cerca de
24 horas. [17]
O vidro em fusão é transportado por meios mecânicos até às máquinas de
moldagem onde o fluxo do vidro é cortado em gotas. Este é um processo onde é
preciso controlar com grande rigor o peso, forma e temperatura da gota. [17]
Para os relógios usamos o processo de prensagem:
Prensagem: O vidro, prensado contra o fundo do pré-molde, é forçado a escoar
entre o pino de prensagem e as paredes do pré-molde, até à formação do gargalo.
Neste processo o gargalo é a última região do párison a ser conformada.
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8 - Curiosidades
8.1 - O relógio digital de pulso mais fino do mundo
O relógio digital de pulso mais fino é o CST-01 (figura 21) fabricado nos Estados
Unidos da América pela empresa Central Standard Timing. Este tem uma espessura de
8 milímetros, pesa por volta dos 12 gramas, tem uma boa flexibilidade e para além
disso a placa de 3 milímetros de aço inoxidável torna-o resistente a choques.
O CST-01 em termos energéticos é muito eficiente pois os seus sistemas
eletrónicos não necessitam de muita energia, permitindo assim que a sua bateria dure
1 mês entre recargas.
Esta mesma bateria demora 10 minutos a recarregar (para tal existe um
dispositivo que se compra a parte), esta pode ser recarregada 10.000 vezes e durar até
15 anos. Além disso não tem quaisquer produtos químicos nocivos para o meio
ambiente ao contrário de muitas baterias.
Figura 21 -CST-01 e base de carregamento
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Figura 22 - O maior relógio digital conhecido “Lichtzeitpegel” que se encontra na televisão-torre Rheinturm Düsseldorf, na Alemanha
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Figura 24 - Relógio Mecânico
8.2 - Vantagens do relógio digital
Existem várias razões que levam o relógio digital (figura 23) a superar qualquer
outro relógio, neste caso o mecânico (figura 24). Para além da melhor precisão, o
motivo maior é o valor do relógio. [10]
A produção em série e o baixo custo dos componentes faz com que existam
modelos baratos e bastante acessíveis. Um relógio digital básico e prático tem um
valor praticamente simbólico e uma qualidade bem aceitável. [10]
Para além disso, a questão do peso favorece mais uma vez o relógio digital, pois
não há comparação entre o peso dos constituintes mecânicos e o dos eletrónicos.
Também é possível ter uma maior diversidade de aplicações nos relógios digitais
(temperatura, data, entre outros), sem afetar a precisão e sem aumentar
substancialmente o preço, o que não acontece nos mecânicos. [10]
Outra grande vantagem dos relógios digitais é a facilidade de leitura destes,
que permite a qualquer pessoa ter um acesso rápido às horas e à data. Isto aplica-se
especialmente às crianças, pois torna-se muito mais fácil para elas ver as horas em
números do que em ponteiros. [10]
Este conjunto de fatores vantajosos permite concluir que o relógio digital é
significativamente superior ao seu antecedente, o relógio mecânico. [10]
Figura 23 - Relógio digital
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9 - Conclusão
A realização deste projeto permitiu aprofundar os conhecimentos sobre o
relógio digital- componentes, diversos mecanismos de funcionamento e vantagens.
Relativamente aos mecanismos de funcionamento, verificou-se as diferenças
entre os equipamentos ligados à corrente (funcionam essencialmente através de
pulsos), equipamentos alimentados a pilhas (convertem a energia libertada numa
reação química em energia elétrica) e osciladores de quartzo (utilizam o efeito
piezoelétrico).
Observou-se ainda as vantagens e desvantagens dos vários tipos de mostrador.
O LED tem um longo tempo de vida, grande variedade de cores disponíveis, entre
outras vantagens. Por outro lado, o mostrador de filamento gasta muita energia,
enquanto que o LCD permite economizar a energia, visto necessitar de uma corrente
de baixa intensidade.
Assim, conclui-se que os relógios digitais são essenciais para o estilo de vida
atual, visto serem utilizados nas mais diversas aplicações, tais como GPS, termómetros
ou cronómetros.
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10 - Bibliografia
[1] http://www.infopedia.pt/lingua-
portuguesa/rel%C3%B3gio;jsessionid=Qrbxy5i0d7SUtK0MZ1+7yw__
[2] http://www.vhinkle.com/china/inventions.html#Mechanical_Clock
[3] http://h2g2.com/approved_entry/A1006534
[4] http://www.josefpallweber.com/
[5] blog.onlineclock.net
[6] http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/como-funciona/3901-art532
[7] http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/eletronica-digital/100-licao-9-os-contadores-
digitais
[8] http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/como-funciona/3081-art423
[9] http://pt.scribd.com/doc/23290825/Oscilador-a-Cristal-de-quartzo
[10] http://relogiolandia.com/artigos/relogios-digitais-sentido-pratico-tempo
[11] http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/como-funciona/3208-art437
[12] http://www.tempusrerumimperator.net/artigos/quartz/quartz.html
[13] http://www.iar.unicamp.br/lab/luz/dicasemail/led/dica36.htm
[14] http://expresso.sapo.pt/samsung-apresenta-relogio-do-futuro=f829156
[15] http://www.usinaciencia.ufal.br/multimidia/livros-digitais-cadernos-
tematicos/Plasticos_caracteristicas_usos_producao_e_impactos_ambientais.pdf
[16] http://www.plastivida.org.br/2009/Plasticos_Tipos.aspx
[17] http://pt.verallia.com/o-vidro/processo-e-fluxograma-em-imagens
[18] http://ciencia.hsw.uol.com.br/plastico5.htm