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Fonte de corrente constante para banhos químicos (ART105)

 

Esta fonte é indicada para a cromeação de objetos ou ainda em trabalhos de eletroquímica como eletrólise. Pequenas oficinas de trabalhos de artesanato, fabricação de objetos metalizados podem servir-se desse circuito para cromeação, prateação, e outros banhos metálicos. O circuito pode fornecer correntes constantes ajustáveis de 10 mA a 3 A aproximadamente. Trata-se de projeto ideal tanto para industrialização como para o próprio trabalho numa pequena indústria. Esse projeto é um dos muitos descritos no meu livro “Fontes de Alimentação”.

 

 

 

 

Processos simples de deposição metálica por galvanoplastia ou ainda de laboratório para cromeação de pequenos objetos exigem o emprego de fontes de corrente contínua com características especiais. A intensidade da corrente determina a velocidade de deposição do metal usado no processo.

Essa velocidade é dada pelo que se denomina “equivalente eletroquímico”, onda a constante de Faraday é aplicada, conforme o metal que vai ser usado. Se o leitor trabalha com a cromeação de pequenos objetos ou costuma fazer experiências de eletro-química como por exemplo, eletrólises e eletrodeposição, a fonte de corrente contínua que descrevemos pode lhe interessar.

 

 

O projeto

Para a alimentação de aparelhos eletrônicos o que se necessita normalmente é de uma fonte de tensão constante.  O funcionamento normal da maioria dos aparelhos é obtido quando uma determinada tensão fixa é usada na sua alimentação.

Em aparelhos em que a corrente varia durante o funcionamento, como amplificadores de áudio e rádios, a fonte deve ser estabilizada de modo que, mesmo em função dessas variações de corrente, a tensão seja mantida.

Nos trabalhos de eletroquímica (galvanoplastia) entretanto, em que o importante não é a tensão, mas sim a intensidade da corrente, uma fonte comum não tem o mesmo desempenho, se bem que possa ser usada.

Muito mais interessante é uma fonte que possa manter constante a corrente no dispositivo que está sendo alimentado, por exemplo, uma cuba de galvanoplastia, o que exige uma configuração especial de circuito.

Usamos então uma fonte de corrente constante, que nada mais é do que um circuito cuja corrente não varia de intensidade, mesmo que ocorram variações das condições de alimentação da carga e consumo como, por exemplo, sua resistência.

Para trabalhos de eletrólises, galvanoplastia e outros que envolvam eletroquímica, uma fonte de corrente constante pode ter interesse e até em outras aplicações como, por exemplo, na carga de baterias (que no fundo também é uma aplicação eletroquímica). Se bem que os processos industriais de galvanoplastia operem com correntes de dezenas ou mesmo centenas de ampères, nossa fonte é mais modesta: com uma corrente máxima da ordem de 3 ampères, entretanto, ela pode ser usada com eficiência na cromeação, niquelação, douração, prateação ou cobertura de pequenos objetos com eficiência.

Uma vantagem importante a ser considerada na nossa fonte, que tem regulagem eletrônica, é seu isolamento da rede de energia através de um transformador, o que a torna totalmente segura: podemos tocar em qualquer parte do circuito que alimenta a cuba, mesmo com ela ligada, sem que exista qualquer perigo de choque elétrico.

 

CARACTERÍSTICAS

Tensão de entrada: 110/220 VCA

Correntes de saída: 25 mA a 3 A

Tensão máxima de saída: 25 V

 

 

COMO FUNCIONA

Circuitos integrados comuns, que são usados como reguladores de tensão em fontes de alimentação lineares, também podem ser usados eficientemente como reguladores de corrente.

Um desses circuitos integrados, que é bastante comum no nosso mercado, é o LM350T que, fornecido em invólucro TO-220 pode fornecer correntes de carga de até 3 ampères. Este circuito integrado será usado como base para nosso projeto.

Assim, à partir da alta tensão da rede de energia, inicialmente temos um transformador redutor que possui um secundário com tomada central.

Essa tomada central permite o uso de dois diodos apenas num circuito retificador que transforma a tensão alternada da rede em tensão contínua.

A tensão depois do diodo é contínua pulsante, exigindo uma filtragem que é feita por um capacitor de valor alto. Neste ponto do circuito já dispomos de uma tensão contínua que poderia ser usada em processos de galvanoplastia, mas sem controle algum, podendo até haver a sobrecarga do transformador. A regulagem é feita pelo circuito integrado.

O circuito integrado é ligado da forma mostrada na figura 1. Nesta configuração um resistor funciona como elemento que vai determinar a intensidade de corrente de saída.

 

Figura 1 – Usando um LM350 como regulador de corrente.

 

O circuito integrado possui um diodo zener interno, que serve de referência fixando a tensão em sua saída.

Assim, se o terminal de referência for ligado da forma indicada, a tensão de referência sobre o circuito interno do integrado passa a ser dependente da corrente sobre o resistor.

Se esta corrente for ajustada para um determinado valor e ocorrerem variações, também varia a tensão no circuito de referência que então age no sentido de fazer a correção.

O valor do resistor determina a corrente. Para obter a corrente, basta dividir a tensão de referência (1,2 volts) pelo resistor usado.

Por exemplo, para obter 3 ampères (que a corrente máxima do circuito integrado), o resistor deve ser de 0,4 ohms. Usando um resistor variável, no nosso caso, e um potenciômetro de 47 ohms, podemos variar a corrente de um máximo de 3 ampères (limitado pelo resistor) até um mínimo‚ algo em torno de 25 mA.

Para indicar a corrente que está circulando pelo circuito alimentado, pode ser usado um amperímetro, mas trata-se de recurso opcional.

Neste caso, usando um instrumento convencional de baixa corrente deve ser calculado o shunt necessário à medida da corrente máxima prevista, da ordem de 3 A.

 

 

MONTAGEM

Na figura 2 temos o diagrama completo do aparelho.

 

Figura 2 – Diagrama completo da fonte.

 

A disposição dos componentes numa placa de circuito impresso é mostrada na figura 3, podendo ser usada uma pequena caixa para a fixação dos maiores, como o transformador.

 

Figura 3 – Placa de circuito impresso para a montagem.

 

O transformador tem enrolamento primário de 18V+18V com uma corrente de 3 ampères (se for usado um transformador de menor tensão e corrente o aparelho ainda funciona, mas com a corrente e tensão máxima que será dada por este componente).

O resistor de 0,4 ohms é algo crítico, mas pode ser obtido de duas formas: uma delas consiste em se ligar dois resistores de 0,22 ohms X 2W em série.  Outra consiste em se ligar 5 resistores de 2,2 ohms x 1W em paralelo, conforme mostra a figura 4.

 

Figura 4 – Obtendo um resistor de baixo valor e alta dissipação a partir de resistores comuns.

 

Os diodos são do tipo 1N5404 ou equivalentes para 50 V x 3 A e o capacitor eletrolítico deve ter uma tensão de trabalho de pelo menos 40V. O LED indicador de funcionamento, juntamente com o resistor em série são opcionais.

O circuito integrado LM350T deve ser dotado de radiador de calor. Para esse componente, equivalentes da mesma série como o LM150T e LM250T podem ser usados sem problemas. O equivalente de invólucro metálico também pode ser usado.

Para conexão do circuito externo pode ser usado um par de bornes de cores diferentes, para se identificar a polaridade ou ainda dois fios grossos com garras para conexão à cuba de experiências ou cromeação. Se for usar um amperímetro, para maior economia ele pode ser do tipo de ferro-móvel, com fundo de escala entre 3 e 5 ampères.

Lembramos que estes instrumentos são bastante imprecisos nos extremos da escala. Para maior precisão deve ser usado um amperímetro de bobina móvel.

 

 

PROVA E USO

Para provar o aparelho basta ligá-lo à alimentação e ajustar sua saída para mínima corrente.

Ligue então um resistor de carga de 10 a 47 ohms x 5W na saída verificando então a tensão neste resistor. Dividindo o valor da tensão medida pela resistência do resistor usado, devemos ter a corrente que foi ajustada no potenciômetro, algo em torno de 25 mA.

Usando este procedimento, pode-se ajustar o potenciômetro para fornecer diversos valores de corrente e com isso marcar-se uma escala nesse componente conforme sugere a figura 5, caso o aparelho não use o amperímetro.

 

Figura 5 – Sugestão de escala para o aparelho.

 

Se usar o amperímetro, a verificação de funcionamento pode ser feita utilizando-se simplesmente o resistor e atuando-se sobre o potenciômetro.

Comprovado o funcionamento é só usar o aparelho.

 

 

BANHOS DE METAL

O que se faz em laboratório é usar sais de cromo, níquel e outros metais que se deseja depositar numa peça, os quais são dissolvidos em água.

Se o leitor já trabalha com este tipo de deposição e portanto sabe quais os sais necessários ao que deseja, tudo bem. No entanto, existem leitores que gostariam de fazer algumas experiências neste sentido e não conhecem os sais.

Como o trabalho com substâncias químicas, sem conhecimento dos cuidados básicos, é perigoso, vamos dar uma aplicação mais simples, que use substâncias que não sejam tão perigosas.

Ensinaremos ao leitor como "cobrear" pequenos objetos de metal como, por exemplo, de alumínio, ferro ou mesmo carbono (um eletrodo de pilha, por exemplo).

Numa cuba de vidro, dissolvemos sulfato de cobre, que pode ser adquirido com alguma facilidade em farmácias, (não pegue diretamente as pedras azuladas deste sal, pois são venenosas, como a maioria das substâncias químicas!).

Como eletrodo positivo usamos uma placa de cobre, por exemplo, uma placa virgem de circuito impresso e como eletrodo negativo, o objeto que vamos "cobrear", conforme mostra a figura 6.

 

Figura 6 – Cobreando um objeto.

 

Para a operação de cobrear, é só ligar a fonte nos dois eletrodos e ajustar a corrente para um valor que depende do tamanho do objeto (valores entre 100 mA e 500 mA são mais do que suficientes para o caso de pequenos objetos).

Observe a polaridade!

Depois de alguns minutos, o objeto vai se recobrir de uma capa de cobre, ou seja, vai ser "cobreado".

Obs: o que ocorre realmente, explicado pela química, é o deslocamento do metal do objeto pelo cobre, acelerado pela corrente elétrica.

 

MISTURAS PARA OUTRAS DEPOSIÇÕES

a) Cromeação

Fórmula diluída:  250 gramas de óxido crômico

2,5 gramas de  ácido sulfúrico

1 litro de água

 

Fórmula concentrada: 400 gramas de óxido crômico

4 gramas de ácido sulfúrico

1 litro de água

 

A temperatura da solução deve ser mantida em torno de 45 graus centígrados, para que a cobertura se torne brilhante, segundo os manuais recomendam.

Com mais de 50 graus corre-se o perigo da deposição ser imperfeita.

 

b) Douração

Fórmula: 7 gramas de Cloreto de ouro

1 litro de água

 

A corrente recomendada é da ordem 0,2 ampères por litro.

 

c) Zincagem

Fórmula: 20 gramas de cianeto de potássio e zinco

20 gramas de hidróxido de sódio

10 gramas de cianeto de potássio

4 gramas de cloreto de sódio

1 litro de água

 

O anodo deve ser de zinco e o catodo pode ser de chumbo ou grafite, consistindo no objeto a ser recoberto. A corrente deve ficar entre 500 mA e 1 ampère.

 

d) Niquelação

Fórmula para capa fina: 75 gramas de sulfato de níquel amoniacal

1 litro de água

 

A corrente deve ficar entre 300 e 500 mA.

 

e) Prateação:

Fórmula:  20 gramas de cianeto de potássio

10 gramas de cianeto de prata

1 litro de água

 

A corrente recomendada é da ordem de 200 mA.

É importante lembrar que muitos dos produtos usados são altamente tóxicos, exigindo pois cuidados especiais e experiência no tratamento de substâncias químicas, além de local apropriado, com boa ventilação.


LISTA DE MATERIAL

 

Semicondutores:

CI-1 - LM350T - circuito integrado

D1, D2 - 1N5404 - diodos retificadores

LED - LED vermelho comum

 

Resistores:

R1 - 4,7 k ohms x 1/2W - amarelo, violeta, vermelho

R2 - 0,4 ohms x 5W - ver texto - fio

P1 - 47 ohms - potenciômetro de fio

 

Capacitores:

C1 - 1000 uF x 40V - eletrolítico

 

Diversos:

F1 - 2A - fusível

S1 - Interruptor simples

T1 - Transformador com primário conforme a rede local e secundário de 18+18V x 3A

M1 - 0-3A - amperímetro

J1, J2 - Bornes de saída - preto e vermelho

 

Placa de circuito impresso, caixa para montagem, botão para o potenciômetro, radiador de calor para o circuito integrado, cabo de alimentação, suporte para o fusível, caixa para a montagem, fios, solda,

 


Fontes de Alimentação

 

Um livro completo sobre o assunto.

 

O projeto que descrevemos neste artigo é um dos muitos circuitos práticos de fontes que o leitor encontrará nesse livro.

O autor, Newton C. Braga nestes quase 40 anos que atua no ramo eletrônico, observou a dificuldade de alguns leitores com os circuitos de fontes de alimentação.

Como todo projeto precisa de uma fonte, o autor, acumulou diversos circuitos que foram publicados em livros e nas revistas Saber Eletrônica e Eletrônica Total, muitas oriundas de aplicativos das fábricas de semicondutores.

Neste livro temos fontes lineares (ou analógicas), que são as mais comuns e as chaveadas, também denominadas SMPS - “switched mode power supplies”.

O autor aborda principalmente fontes de corrente contínua, analisa seu princípio de funcionamento e vários projetos práticos.

Mais informações clique aqui.

 

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