Processos experimentais ou 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. 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.
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 entretanto, em que o importante não é a tensão, mas sim a 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.
É claro que no uso em laboratórios de escola temos a grande vantagem de economizar pilhas, que normalmente são as fontes usadas nesse tipo de experimento.
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, em que um resistor funciona como elemento que vai determinar a intensidade de corrente de saída.
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.
MONTAGEM
Na figura 2 temos o diagrama completo do aparelho.
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.
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.
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.
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 4.
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.
Para estudantes, o banho mais simples e menos perigoso, é justamente o que envolve o cobreamento.
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, etc.