Difícil fazer seu animatrônico para apresentar como trabalho escolar, para ensinar seus alunos do ensino fundamental e mesmo médio? Não! É muito mais fácil do que você pensa. Você pode montar um circuito intermitente de controle usando apenas dois componentes, baratos e muito simples de usar. Veja como fazer isso neste artigo.
Qualquer figura animada por um circuito ou recurso eletrônico é um animatrônico. Um simples móbile, uma cabeça falante, um boneco que se mexa ou ainda uma figura de um presépio ou maquete são animatrônicos.
Difícil fazer um? Se você é iniciante, estudante ou professor do ensino fundamental, deseja incrementar suas aulas de tecnologia e está pensando em coisas complexas como microcontroladores e computadores. Então esqueça. Você pode animar seus projetos usando apenas dois componentes de baixo custo que podem até ser obtidos de sucata. Cada um não custa mais do que 5,00 reais, por alto se você quiser comprar por qualquer fornecedor pela internet.
O que vamos ensinar neste artigo é como usar um capacitor e um relé para obter efeitos intermitentes de acionamento de motores, solenóides, atuadores magnéticos, LEDs e muito mais de uma forma simples. Tudo que você vai precisar além deles é uma matriz de contatos, preferivelmente de 170 pinos para encaixar os dois componentes e os fios de ligação. Mas, mesmo que você não disponha deste recurso, pode perfeitamente usar o soldador, caso você o domine.
O relé e o capacitor
A base de nosso projeto está em dois componentes bem conhecidos de todos que trabalham com eletrônica e no ensino de tecnologia: o relé e o capacitor. Vamos analisar o que cada um faz e como podemos juntá-los para que possam resultar num acionador inteligente de animatrônicos. Os capacitores são componentes que armazenam cargas elétricas. Em outras palavras eles armazenam energia. Se ligamos um capacitor a um conjunto de pilhas, ele se carrega até ficar com a tensão da pilha. Se ligarmos este capacitor e um LED, um motor ou outro dispositivo ele pode fornecer sua energia ao dispositivo alimentando-o.
O tempo que ele fará isso depende de quanta energia ele pode armazenar, ou seja, de sua capacitância. Esta capacitância é medida em Farads (F), mas como essa unidade é muito grande é comum que os capacitores sejam expressos em milionésimos de farad ou microfarads – abreviado uF (veja o artigo indicado no final para saber mais sobre os capacitores). Assim, são considerados grandes os capacitores eletrolíticos (por exemplo) com mais de 100 uF, conforme os mostrados na figura 1. Podemos encontrar nos aparelhos comuns capacitores eletrolíticos de até mais de 10 000 uF. Para o nosso projeto sugerimos tipos acima de 4 700 uF. O outro componente que usamos no nosso projeto é o relé.
Os relés são formados por uma bobina que cria um campo magnético quando percorridas por uma corrente. Este campo funciona como um ímã que atrai contatos de uma chave, conforme mostra a figura 2.
Quando o relé está desenergizado, ou seja, desligado. O contato superior encosta no do meio, fazendo assim com que possa circular uma corrente entre eles. Chamamos este contato de NF ou normalmente fechado. Quando energizamos a bobina, ou seja, ligamos com a aplicação de uma tensão, o contato móvel do meio é atraído e encosta no de baixo, ou seja, o NA (Normalmente Aberto). O resultado é que uma corrente pode circular entre eles. Na figura 3 temos as duas situações.
Os relés possuem uma bobina de acionamento que é dimensionada de acordo com a tensão disponível. Por exemplo, podemos usar no nosso projeto relés de 5 ou 6 V, já que vamos acioná-los com pilhas. Além da tensão de acionamento precisamos também conhecer a corrente que ele precisa para fechar seus contatos. Essa corrente pode variar de 20 a 100 mA. Quanto menor a corrente, melhor para nossa aplicação, conforme veremos. O que vamos fazer no nosso projeto é combinar os efeitos do capacitor e da ação do relé. Carga e descarga do capacitor
O que vamos fazer no nosso projeto é então ligar o capacitor em paralelo com a bobina do relé e a alimentação que vem de 4 pilhas passando pelo contato NF (figura 4).
Quando ligamos o circuito a uma fonte, a corrente imediatamente pode circular pela bobina do relé e também pelo capacitor que se carrega com a tensão dessa fonte. No nosso caso, usamos um relé de 6 V. Quase ao mesmo tempo, pois a tensão demora uma fração de segundo para carregar o capacitor, o relé é ativado e com isso o contato do relé com a fonte é desfeito. Veja que estamos usando os contatos NF, o que significa que o relé no início se encontra ligado à fonte. Ao desfazer o contato, o relé não deixa de ser energizado imediatamente.
O capacitor descarrega-se pela bobina do relé o que o mantém ligado por algum tempo. O capacitor descarrega então através da bobina do relé, conforme mostra a figura 5.
Esse tempo depende de dois fatores. Da capacitância do capacitor, ou seja, de quanta energia ele armazenou, e da resistência da bobina do relé. Forma-se o que denominamos um circuito de descarga RC que tem uma característica mostrada pela curva da figura 6.
Quando a carga do capacitor diminui a ponto de não conseguir manter o relé fechado, ele abre e com isso os contatos NA (Normalmente Aberto) o conectam novamente à fonte de tensão. O resultado é que esse desligamento dura apenas uma fração de segundo.
O capacitor novamente é conectado à fonte juntamente com o relé, e ele novamente é ativado. Um novo ciclo de funcionamento começa, exatamente igual ao que descrevemos. Assim, enquanto o relé e o capacitor estiverem ligados ao circuito ele vai abrir e fechar num ritmo que é determinado pelo valor do capacitor e pela resistência de sua bobina, conforme mostra a figura 7.
Para nossa aplicação que consiste em se automatizar animatrônico, ciclos de fração de segundo a alguns segundos são os ideais. Usando um relé de 5 ou 6 V como os encontrados em muitas lojas para aplicações simples e um capacitor eletrolítico de 4 700 uF a 10 000 uF podemos obter esses tempos.
A montagem pode então ser feita numa pequena matriz de contatos de 170 pontos, conforme mostra a figura 8.
Os relés recomendados podem ter um contato reversível ou dois contatos reversíveis, conforme mostra a figura 9.
Para uma montagem mais simples podemos usar apenas um dos contatos. Para uma montagem mais elaborada podemos usar separadamente os contatos. Vamos analisar as duas possibilidades em nossos projetos.
Montagem e Uso
Na montagem que mostramos na figura 8, ao ligar as pilhas o leitor já vai notar que o relé começa a estalar em ritmos regulares mostrando que o circuito está funcionando. Se puder, experimentes capacitores a partir de 1 000 uF. Ligando em série com o circuito uma bobina, conforme mostra a figura 10, será criado um campo magnético intermitente que atuará sobre qualquer objeto magnetizado em seu interior.
Penduramos então uma agulha de costura presa a um animatrônica, uma figurinha de papel. Com os pulsos magnéticos, essa figurinha começará a se mover de modo aleatório como que dançando. No nosso protótipo usamos uma bobina em anel e penduramos uma agulha com a figurinha que terá movimento.
Essa bobina deve ser obtida experimentalmente, podendo ser elaborada com fio esmaltado fino ou mesmo fio de par trançado e pelo menos 10 espiras. O diâmetro foi de 7 cm, mas pode ser maior ou menor, conforme a figurinha.
Outra possibilidade, mais simples, é mostrada na figura 11, consiste em se enrolar de 20 a 100 espiras de fio esmaltado fino num tubinho de papel ou plástico e posicionar a figurinha com a agulha magnetizada ou imã imediatamente acima dele.
Para magnetizar uma agulha existe um processo muito simples que consiste em esfregá-la em qualquer objeto magnetizado como, por exemplo, um pequeno ímã, conforme mostra a figura 12.
Como no animatrônico descrito no outro artigo desta revista, os pulsos de corrente fazem a mola contrair provocando assim uma movimentação aleatória. Sempre tenha em conta que os pulsos dependem do valor do capacitor e sua intensidade de sua carga, mas existe uma maneira de se ter muito mais potência desse animatrônico.
Usando os outros contatos do relé
Podemos obter muito mais corrente para acionar um motor, um solenoide, um LED ou outro dispositivo se usarmos os outros contatos do relé. É claro que ele precisa ser um relé de dois contatos reversíveis, conforme mostra a figura 13 em que acionamos um pequeno motor.
Assim, podemos ligar aos outros contatos um motorzinho de acordo com a tensão do relé, se quisermos aproveitar as mesmas pilhas, conforme mostra essa figura. O motor, por exemplo, será acionado de modo intermitente movimentando um animatrônico. Na figura 14 as ligações dos componentes numa versão soldada. O circuito pode ser montado numa matriz de contatos. Usando outros componentes. É claro que a intermitência do relé pode ser usada para controlar outros componentes como, por exemplo, os solenoides.
Os solenoides são dispositivos muito interessantes para a construção de animatrônicos. Eles são formados por uma bobina e um núcleo móvel. Quando a bobina é energizada pela passagem de uma corrente, o forte campo magnético criado puxa para seu interior o núcleo de material ferroso. Na figura 15 temos um pequeno solenoide de 6 V ideal para se usar em animatrônicos. Para acionamento intermitente use o circuito da figura 13 (montagem na figura 14) ligando o solenoide em lugar do motor.
Veja mais em :
Revista Mecatrônica Jovem - Edição 3 - Animatrônicos
