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Eletrônica e Ecologia

Com o aumento, de forma desordenada, das atividades humanas, colocando em risco o meio ambiente, a preocupação de todos com a proteção de tudo que nos cerca tomou grandes dimensões. Em diversas ocasiões temos visto matérias que discutem todas as formas possíveis de proteger nosso meio ambiente da agressão do próprio homem, levando em conta os recursos tecnológicos. Sim, usar a tecnologia para proteger a natureza e não agredi-la. Nesses recursos é claro, não podemos deixar de incluir a eletrônica e como essa nossa mídia se dedica à eletrônica, por que não levar ao leitor o que pode ser feito nesse campo. Nesse artigo trataremos então do que a eletrônica pode fazer e está fazendo pela ecologia.

   Para defender o meio ambiente de uma deterioração maior causada pela própria ação do homem, tudo é válido. Se é a tecnologia avançada que muitas vezes é responsável pela agressão ao meio ambiente, levando-o a um estado deplorável, que podemos constatar principalmente nos grandes centros ou próximos dos centros industriais, ela também pode ser usada em sua defesa. É claro que, economicamente, isso nem sempre é interessante, por isso não é feito.
Filtros anti-poluição, dispositivos que ajude a reciclar elementos poluidores, detectores e monitores de poluição de todos os tipos, são alguns exemplos de recursos importantes que se baseiam muitas vezes em eletrônica e que discutiremos nesse artigo.

   Filtros Eletrostáticos
   Um dos grandes problemas de poluição do meio ambiente para o qual a eletrônica apresenta soluções é o relacionado com o lançamento de partículas poluidoras na atmosfera, principalmente partículas sólidas. Com a ajuda de filtros eletrostáticos, essas partículas podem ser retidas, evitando-se que elas cheguem ao meio ambiente, poluindo a atmosfera. O princípio de funcionamento de um filtro desse tipo é simples de entender, conforme mostra a figura 1.

Figura 1 – Princípio de funcionamento de um filtro eletrostático


   O ar sujo que contém as partículas sólidas em suspensão, e que deve ser lançado na atmosfera, passa por elementos (telas) carregadas com uma alta tensão elétrica, da ordem de milhares de volts, ionizando. Essas partículas adquirem então uma carga elétrica o que faz que ao passar por um segundo elemento, carregado com carga oposta, denominado coletor elas sejam atraídas. Essas partículas aderem então a esse elemento,aglomerando-se e caindo num reservatório apropriado onde são recolhidas. Somente os gases, sem a presença das partículas, ou com um teor muito pequeno delas, passa para ser lançado na atmosfera. Filtros como esse também podem ser usados em veículos e mesmo na filtragem de óleo. Evidentemente, o uso do mesmo princípio pode ser estendido a outros meio poluidores. Na água, por exemplo, temos uma dificuldade a ser vencida que é justamente devido ao fato que, na presença de elementos poluidores, ela se torna condutora. Com isso um elemento não pode ser facilmente mantido carregado. Uma variação interessante dos filtros de poluição eletrostático é a mostrada na figura 2. Trata-se de um filtro seletivo.



Figura 2 – As partículas são deflexionadas segundo trajetórias diferentes.
                
   As partículas poluentes são carregadas eletricamente, da mesma forma que no exemplo anterior dada, e depois são aceleradas por um eletrodo carregado ligado a uma fonte de muito alta tensão. No entanto, na trajetória dessas partículas temos placas também carregadas que provocam uma deflexão que vai depender tanto de sua carga como de sua massa.  As partículas mais leves, dada sua menor inércia, curvam-se  rapidamente, e com isso incidem numa primeira câmara de captação. As mais pesadas fazem uma trajetória menos curva e incidem num reservatório colocado mais longe. Com isso é possível recolher em câmaras diferentes, partículas diferentes, eventualmente de uma forma seletiva para posterior reaproveitamento ou reciclagem, sem a necessidade de uma filtragem ou separação adicional.
Evidentemente, para que um sistema desse tipo, o fluxo de gases deve manter uma velocidade constante. Podemos dizer que o princípio envolvido é o mesmo usado do espectrômetro de massa, usado nos laboratórios de análises químicas. Esses instrumentos, entretanto, trabalham com os núcleos de partículas ou mesmo íons.


   Detectores de Poluição
  Existem muitos tipos de sensores que, ligados à circuitos eletrônicos apropriados, podem detectar pequeníssimas alterações de um meio, por exemplo, o meio ambiente. Sensores de radiações eletromagnéticas como o infravermelho, ultravioleta são comuns. Sensores de radiações nucleares também podem ser citados e, finalmente temos os sensores de modificações químicas. Analisemos com funcionam alguns desses dispositivos. O primeiro sensor a ser analisado é o sensor de poluição química ou sensor de gases nocivos. Na figura 3 temos o aspectos de um sensor de gases encontrado em muitas aplicações práticas.


Figura 3 – Sensores de gases.
                 
   Este sensor detecta gases quimicamente ativos, que possam causar explosões ou envenenamento tais como o monóxido de carbono, gases de petróleo, etc. Ele não detecta a presença de gases inertes ou pouco reativos como o nitrogênio, hélio e também o oxigênio, por ser um comburente e não combustível. Este sensor possui no seu interior dois fios finos (filamentos), sendo um deles o sensor e o outro o compensador. Ambos têm as mesmas características elétricas, sendo ainda recursos de uma finíssima capa de óxido e um catalisador, ambos resistentes à altas temperaturas. O filamento é mantido aquecido por uma corrente elétrica controlada, ficando o circuito dessa forma equilibrado quando ligado na configuração em ponte. Na presença de uma substância combustível ou explosiva, a catalisador acelera uma reação que afeta a condutividade do óxido e assim desequilibra a ponte formada pelo sensor. Nessas condições temos o aparecimento de uma tensão na saída, a qual pode ser amplificada para atuar sobre um elemento externo do circuito. Na figura 4 temos um circuito de aplicação para um sensor desse tipo.

Figura 4 – Circuito básico de um sensor de gases, tirado de um data sheet de fabricante..


   De modo a evitar que o próprio sensor possa causar uma explosão, no caso de operar em meio a um gás combustível, ele tem uma proteção especial de aço duplo, com poros que deixam passar apenas pequenas amostras do gás ambiente. Na figura 5 temos um detector de gases tóxicos de uso portátil, baseado nesse tipo de sensor.



Figura 5 – Detector comercial de gases tóxicos


   Esse tipo de sensor é usado em medidores de nível de poluição para veículos, do tipo empregado em fiscalização e regulagem de motores. Se o combustível empregado não apresentar uma combustão incompleta (atestando um desajuste do motor), com a emissão de gases que possam indicar o problema, a detecção é feita imediatamente. Outro tipo de sensor que começa a ser utilizado em aplicações muito especiais são os formados por chips que contém substâncias orgânicas sensíveis apenas a determinadas substâncias. Assim, esses chips podem funcionar como sensores acusando a presença de uma única substância específica no meio ambiente. Esses sensores altamente seletivos podem ser usados para acionar alarmes quando houvesse o escapamento de uma substância tóxica específica ou ainda quando fosse detectada a presença de tóxicos ou outras substâncias em malas, embalagens e outros locais. No entanto, existe ainda um tipo de poluição invisível, e que sem dúvida, é uma das mais temidas. Trata-se da poluição causada pelas substâncias radioativas. A radiação não pode ser vista e nem sentida a curto prazo, o que significa que a exposição a sua ação pode estar ocorrendo nesse momento e não temos nenhum um meio de saber disso, a não ser com a ajuda de algum recurso eletrônico. Escapando de usinas nucleares, laboratórios de pesquisas ou mesmo usada em atentados, essas substâncias podem contaminar tudo com que entrarem em contacto, mantendo sua ação destruidora durante centenas ou mesmo milhares de anos. O grande problema da radiação nuclear é que ela não é visível, e só podemos perceber que existe alguma coisa de anormal quando o mal já está feito. Para fiscalizar a emissão de partículas radioativa, novamente podemos contar com a ajuda da eletrônica. O tipo tradicional de sensor para radiações nucleares é a válvula Geiger-Müller que tem o aspecto mostrado na figura 6.

   Figura 6 – Válvula Geiger-Muller para detecção de radiação.


   Esta válvula consiste numa câmara de ionização com uma janela de mica, que é uma substância praticamente transparente para os diversos tipos comuns de radiação que são as partículas alfa e beta (ambas ionizantes). Submetida a uma alta tensão, esta válvula não conduz a corrente até que uma partícula ionizante penetre no seu interior. O “rastro” da passagem da partícula é condutor, fazendo circular uma pequena corrente na válvula no breve instante em que isso ocorre.  Produz-se então um breve pulso elétrico que tanto pode ser usado para acionar um transdutor sonoro produzindo um “clique” audível, como pode ser integrado num circuito contador, acionando um indicador. No caso de um alto-falante ou fone, a freqüência dos “cliques” nos dá uma idéia da intensidade da radiação que está sendo captada. Na figura 7 temos um detector desse tipo, com indicador analógico.

  Figura 7 - Medidor de radiação utilizando válvula Geiger-Muller.


   Diodos especiais de grande superfície também são usados como sensores de radiação. A penetração de partículas ionizantes altera a condutividade desses materiais, liberando portadores de carga. Na figura 10 temos um circuito para esse tipo de sensor.

 Figura 8 – Circuito de fabricante obtido na internet, juntamente com o data sheet do tubo.


   Para a detecção de radiação ultravioleta e infravermelha podem ser usadas foto - células, foto - resistores, foto - transistores e foto - diodos dotados de filtros apropriados que deixam passar apenas a faixa de freqüências desejada.  Uma outra aplicação para os foto - elementos é mostrada na figura 9, consistindo num detector de fumaça.

Figura 9 – Circuito simplificado de um detector de fumaça.


   Neste circuito lâmpada e LDR ficam na passagem do ar de um sistema. Quando a transparência do ar se altera pela presença de fumaça, o oscilador é disparado, e seu sinal amplificado, sendo então reproduzido pelo alto-falante. O oscilador pode ser elaborado com base num 555 e o amplificador pode ser de qualquer tipo como o LM386, TDA2002, etc.dependendo apenas da potência desejada.



   Sensores Vivos
   A biônica, integração da eletrônica com a biologia oferece muitas possibilidades de se monitorar o meio ambiente utilizando-se organismos vivos. Uma possibilidade muito interessante já em estudo no nosso país, é a de se usar o Ituí Cavalo, um peixe elétrico de características interessantes na monitoração da poluição da água de mananciais. O ituí cavalo (figura 10), gera um campo elétrico em sua volta, usado para detectar objetos e outros animais (presas), recebendo informações desse campo através de sensores distribuídos pelo seu corpo.

Figura 10 – Ituí cavalo – foto da Internet.


   O campo do itui consiste num sinal de freqüência fixa, entre 1 500 Hz e 3 000 Hz, dependendo do espécime, com uma amplitude da ordem de 2 a 5 V. Esse sinal pode ser detectado facilmente com a utilização de eletrodos colocados nas proximidades do peixe, conforme mostra a figura 11.

Figura 11 – Dois eletrodos próximos do peixe podem captar o sinal que ele gera.
                                  
   Pois bem, a freqüência desse sinal varia sensivelmente com alterações da temperatura e do PH da água, o que permite usar esse sinal para detectar mudanças químicas dessa água. A idéia é portanto colocar o peixe de tal forma que ele receba a água de um manancial a ser monitorado e ligar eletrodos no local, enviando o sinal para uma estação remota, conforme mostra a figura 12.

Figura 12 – Monitorando um manancial com um ituí cavalo como sensor.
           
  Alterações das características do sinal enviado pelo peixe podem então ser associadas a mudanças químicas da água, com a possível presença de elementos poluentes. O monitoramento direto de insetos e outras criaturas que vivem na terra ou na água pode ainda ser útil para se detectar eventuais esforços da estrutura terrestres que avisariam sobre um terremoto próximo ou ainda de criaturas da água, avisando sobre um maremoto (tsunami) ou outros problemas.



   Conclusão

  Existem ainda muitos outros campos em que a eletrônica poderá ajudar dependendo o meio ambiente.  O uso de sensores de todos os tipos, incluindo os biológicos (bio - chips) pode ser de grande utilidade no futuro para que a tecnologia ajuda a preservar o que de mais importante temos no nosso planeta, que é a qualidade de nosso meio ambiente.



  Bem Natural
  Abrimos nesse ponto um pequeno espaço para comentar algo que os profissionais da eletrônica, principalmente das telecomunicações precisam pensar à respeito. Da mesma forma que o ar que respiramos, a água disponível nas fontes naturais e a própria luz solar são bens naturais, que devem ser preservados e isso significa um uso inteligente desses recursos, ocorre o mesmo com o espectro eletromagnético.
Temos observado um certo descaso das autoridades nesse sentido que tratam o espectro eletromagnético, que é um bem comum, de uma forma bastante egoísta e até mesmo com finalidades não muito éticas.
A utilização do espectro por estações de rádio e mesmo TV, que realmente não acrescentam nada a não ser defender interesse escusos dos que conseguem as concessões é um exemplo. O espaço do espectro que elas ocupam é um bem comum que deveria ser usado de uma forma mais apropriada. Seria bastante interessante que os profissionais que dependem das telecomunicações defendessem a idéia de uma melhor fiscalização e utilização do espectro que, para eles, é como o ar que respiram: do espectro eles dependem para sua sobrevivência...

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