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Alarme de falta de energia (ART037)

Estufas, freezers, sistemas de ventilação em ambientes fechados além de outros dispositivos alimentados pela rede de energia não podem ficar sem alimentação por períodos prolongados. No caso de freezers e geladeiras, os produtos armazenados podem deteriorar ou derreter e nos outros casos podemos ter a morte de plantas, interrupção de processos críticos. Neste artigo, de nosso livro Projetos Práticos de Alarmes (esgotado), descrevemos a montagem de um alarme que soará quando houver um corte de energia na rede de alimentação.
Se o corte for durante à noite ou quando existirem outros aparelhos conectados à mesma rede que possam "dar sinais" do ocorrido, a observação do fato não traz problemas. No entanto nem sempre é isso que ocorre. Num mercado pode haver um freezer ligado e ninguém a observá-lo a não ser um guarda que pode não estar atento ao fato. Um aviso simples com a orientação do que deve ser feito se ele for ativado pode ajudar a salvar produtos e processos.O circuito proposto neste artigo tem algumas características diferentes em sua versão básica. Ele não precisa de pilhas ou baterias que passam a ser uma fonte de preocupação constante, pois se elas estiverem gastas e faltar energia, o aparelho não funciona. Nosso sistema opera de um modo diferente, o que será evidenciado na explicação do princípio de funcionamento.
Descrevemos então a montagem de um dispositivo que poderá ser ligado na mesma tomada que alimenta o aparelho monitorado (freezer, geladeira, etc.).Em caso de corte de energia ele aciona um bip sonoro de boa intensidade por 2 a 3 minutos, o suficiente para alertar as pessoas sobre o ocorrido. Numa versão de maior potência podemos usar uma bateria recarregável e o toque será de maior potência e durará mais tempo. A escolha da versão depende da aplicação. Outra característica importante deste circuito é o seu consumo de energia praticamente desprezível o que permite que ele fique permanentemente ligado sem aumento apreciável da conta de energia.

CARACTERÍSTICAS
* Tensão de alimentação: 110 ou 220 VCA
* Consumo de energia: 0,01 W (tip)
* Tempo de toque: 2 a 3 minutos

 

 

COMO FUNCIONA
A tensão da rede de energia é aplicada a um divisor formado pelos resistores R1 e R2 de modo a se obter sobre R2 uma tensão alternada da ordem de 10 volts.  Esses 10 V são retificados por dois diodos servindo então para carregar os capacitores C1 e C2. O capacitor C2 funciona como um "reservatório" de energia que vai servir para alimentar o alarme quando houver o corte de energia na rede local. Assim, com a energia deste capacitor não precisamos usar pilhas. Observe que este capacitor se carrega via resistor R1 (de valor elevado) demorando assim algum tempo para adquirir toda sua carga quando o aparelho é conectado à rede de energia.

O sistema de aviso sonoro tem por base um circuito integrado 4093 que consiste em 4 portas disparadoras que podem ser conectadas de diversas formas. As portas CI-1b e CI-1c são ligadas como osciladores cujas frequências dependem dos resistores e capacitores associados. O primeiro oscilador gera pulsos que determinam o intervalo entre os bips de aviso e o segundo gera os bips propriamente ditos. A porta CI-1a é ligada como elemento lógico de controle das duas outras portas. Os dois osciladores ficam travados quando o nível da entrada de tensão de CI-1a é alto (da ordem de 10V). Com este nível na entrada, a saída se mantém no nível baixo, inibindo os osciladores. Com o corte de energia na rede, a entrada de CI-1a (pino 2) vai ao nível baixo e com isso sua saída vai ao nível alto, habilitando os dois osciladores que entram em funcionamento.

O sinal dos osciladores é levado à última porta do CI (CI-1d) que opera como um buffer-amplificador, ou seja, combina os sinais amplificando-os e isola o circuito da saída (transdutor).O transdutor é do tipo piezoelétrico que tem maior rendimento na faixa dos 3 kHz aos 7 kHz.  O circuito é alimentado pela carga de C2 e pode funcionar no intervalo em que a tensão cai de 10V até aproximadamente 3 V. O som vai diminuir de intensidade neste intervalo, até desaparecer. As curvas da figura 1 mostram como o circuito se comporta a partir do corte de energia.


Figura 1 – Diagramas de tempos no circuito.

Para um capacitor de 2 200 uF obtemos um funcionamento de aproximadamente 1 minuto e meio, o suficiente para alertar as pessoas próximas. Este intervalo depende muito da tolerância dos componentes, já que ela é grande para os capacitores eletrolíticos. O leitor, entretanto, pode fazer experiência com capacitores diversos.
Neste circuito, a função de C1 é manter a porta no nível alto nos intervalos dos semi-ciclos da tensão da rede e evitar o disparo por um corte muito curto de energia. Na segunda versão, uma etapa de potência alimenta um transistor com um transdutor mais potente e além disso, temos um conjunto de pilhas recarregáveis para manter o circuito oscilando. As pilhas são mantidas em carga lenta constante de modo a estarem sempre prontas para o funcionamento.

 


MONTAGEM
Na figura 2 temos o circuito do alarme na versão básica, alimentada pela descarga do capacitor e que não tem fonte própria de energia.

 

Figura 2 – Diagrama completo da versão básica.

Na figura 3 temos a placa de circuito impresso para esta versão.

 


Figura 3 – Placa de circuito impresso para a versão básica.

A versão com bateria ou pilhas recarregáveis (4AA de Nicad) é mostrada na figura 4.

 


Figura 4 – Diagrama da versão de alta potência.

A placa de circuito impresso para esta versão é mostrada na figura 5.

 


Figura 5 – Placa de circuito impresso da versão de alta potência.

A versão básica, pelas suas reduzidas dimensões, pode ser montada numa caixinha do tipo usado em eliminadores de pilhas e conectada por um "benjamim" junto com o aparelho que deve ser monitorado, conforme mostra a figura 6.

 


Figura 6 – Montagem da versão básica numa pequena caixa de eliminador de pilhas.

O único cuidado que o montador deve ter neste caso é com a qualidade do benjamim usado que deve estar apto a suportar a corrente exigida pelo aparelho monitorado. Lembramos que freezers, geladeiras e balcões frigoríficos, quanto têm os motores dos seus compressores acionados exigem correntes bastante elevadas. Se a tomada e o adaptador não estiverem dimensionados para suportar esta corrente o calor gerado pode ser perigoso para a integridade da tomada e da instalação. Para a outra versão pode ser usada uma caixa plástica comum. Os resistores são de 1/8W ou maiores, exceto R1 que deve ser de 1/2W. Os valores de componentes entre parêntesis são para o caso do aparelho funcionar na rede de 220V.

Os capacitores eletrolíticos devem ter tensões de trabalho de pelo menos 16V e o buzzer é na realidade um transdutor piezoelétrico comum (ver eletrônica Rei do Som – Buzzers).   Para a versão de maior potência, como transdutor é usado um tweeter piezoelétrico. Para a versão com pilhas (maior potência) sugerimos o uso de células de Nicad AA, ou ainda um "pack" de 3 células do tipo usado em telefones sem fio e que pode ser encontrado com facilidade. Se o leitor tiver uma bateria de telefone celular ou mesmo telefone sem fio danificada pode estar com sorte se, ao abri-la e fazer o teste de cada unidade interna, encontrar 3 ou 4 delas em bom estado. Estas poderão ser usadas para alimentar o aparelho na versão de maior potência.


PROVA E USO
Para provar, basta ligar o aparelho em qualquer tomada de energia e aguardar um ou dois minutos para obter a carga completa de C2. Retirando o aparelho da tomada, o que simula um corte de energia, ele deve apitar pelo tempo esperado.  Se o leitor não gostar da tonalidade do som produzido, altere o capacitor C4 e se quiser mudar a intermitência, altere C3. Os resistores associados a estes capacitores também podem ser alterados, mas nunca os reduza para menos de 10 k ohms.

Comprovado o funcionamento é só proceder à sua instalação numa tomada que também alimente o aparelho a ser monitorado e pronto! Veja que ligando o alarme numa rede de alimentação todos os aparelhos que dependem dela estarão monitorados.




LISTA DE MATERIAL
(Versão 1)

Semicondutores:
CI-1 - 4093B - circuito integrado CMOS
D1, D2 - 1N4002 ou equivalente - diodo de silício

Resistores: (1/8W, 5%)
R1 - 100 k ohms x 1/2W (220k ohms x 1/2W)
R2 - 10 k ohms
R3 - 47 k ohms
R4 - 2,2 M ohms
R5 - 22 k ohms

Capacitores:
C1 - 10 uF/16V - eletrolítico
C2 - 1 000 uF à 4 700 uF/16V - eletrolítico
C3 - 470 nF - cerâmico ou poliéster
C4 - 47 nF - cerâmico ou poliéster

Diversos:
X1 - Transdutor piezoelétrico (ver texto)
Placa de circuito impresso, caixa com plugue (tipo eliminador de pilhas), fios, solda, etc.

(Versão 2)
Semicondutores:
CI-1 - 4093B - circuito integrado CMOS
Q1 - BD135 - transistor NPN de média potência
D1, D2 - 1N4002 - diodos de silício

Resistores: (1/8W, 5%)
R1 - 22 k ohms x 5W (47k ohms x 5W) - fio
R2 - 220 k ohms (470 k ohms)
R3 - 12 k ohms (22 k ohms)
R4 - 2,2 M ohms
R5 - 47 k ohms
R6 - 10 k ohms

Capacitores:
C1, C2 - 10 uF/16V - eletrolítico
C3 - 470 nF - poliéster
C4 - 47 nF - poliéster

Diversos:
FTE - 4/8 ohms - tweeter piezoelétrico
Placa de ciurcuito impresso, caixa para montagem, cabo de alimentação, fios, solda, etc.

OBS: Especificações entre parênteses são para as versões ligadas na rede de 220 VCA.

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