Mecatronica Facil 47

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ndiceEditora Saber Ltda. Diretores Hlio Fittipaldi Thereza M. Ciampi Fittipaldi

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MECATRNICA FCIL

www.mecatronicafacil.com.brEditor e Diretor Responsvel Hlio Fittipaldi Conselho Editorial Luiz Henrique C. Bernardes, Newton C. Braga Auxiliar de Redao Erika M. Yamashita Produo Diego M. Gomes Design Grfico Carlos C. Tartaglioni Edimldia Ferreira ColaboradoresHamilton Bandin Jr. Newton C. Braga Rafael Gonalves de Souza

Notcias

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Rdio Experimental de GileteFaa do gilete um componente eletrnico e monte uma rdio para receber ondas mdias

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Redutor de 12 para 6 ou 9 VVeja modificar seus aparelhos para serem alimentados pela bateria do carro

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PARA ANUNCIAR: (11)2095-5339 [email protected]

Cortador de IsoporCircuito ideal que possibilita a regulagem de potncia para corte

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Capa Arquivo Editora Saber

AcelermetroMedidor de acelerao que detecta a variao de velocidade

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ASSINATURAS www.mecatronicafacil.com.br Fone: (11) 2095-5335/Fax: (11) 2098-3366 Atendimento das 8:30 s 17:30 h

Tcnicas de Modulao AM/FMTcnicas de modulao na prtica, principalmente as relacionadas com transmissores de alta potncia

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Retificao e filtragemAssociado da:

Como as fontes funcionam e como convert-las de alternada para contnua

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Escolhendo Msculos de RobsVeja qual a melhor escolha do sistema a ser utilizado em seu projetoAssociao Nacional dos Editores de Revistas

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A arte de escrever Mensagens OcultasConhea a esteganografia e a criptografia atravs dete artigo

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Associao Nacional das Editoras de Publicaes Tcnicas, Dirigidas e Especializadas.

Princpios Bsicos de PneumticaConfira os compressores utilizados na indstria

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Monta-TrekoOito projetos simples como fontes DC, Sirene de dois tons, lampada non e muito mais

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Redes Neurais Artificiais - Parte 2Caracteristicas e diferenas entre os neurnios artificiais e biolgicos

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notcias

RoboRob criado pela Honda movido por pensamentosCapacete envia sinais cerebrais atravs da interface crebro-mquinaA empresa japonesa Honda anunciou no dia 31 de maro que est desenvolvendo um rob guiado pelo pensamento humano. A inovao feita graas a um dispositivo em formato de capacete, que envia sinais das atividades cerebrais mquina. A tecnologia no requer qualquer movimento fsico, como pressionamento de botes. Apenas pela fora do pensamento em mo direita, por exemplo, a pessoa pode mover a mo direita do rob Asimo, disse um dos cientistas do projeto, Tatsuya Okabe, do Instituto de Pesquisas Honda, no Japo. Ele ainda completa que a preciso dos movimentos depende da concentrao da pessoa. A empresa informou tambm que o rob Asimo est sendo ajustado para a Interface Crebro-Mquina (BMI, na sigla em ingls). O estado atual do desenvolvimento tecnolgico do humanide permite at quatro movimentos com seus braos, pernas e boca. E, desde 2005, a Honda e o instituto internacional Advanced Telecommunications Research (ATR) vm realizando pesquisas e desenvolvimento de tecnologia BMI para explorar o potencial de uma nova interface que liga as pessoas e mquinas.

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Mecatrnica Fcil n47

notcias

Rob Roony construir casa lunar em 2012Pesquisa est sendo coordenada pela Universidade MalardalenPesquisadores da Universidade Malardalen, na Sucia, esto trabalhando no projeto de um rob que dever ser capaz de sair de um foguete pousado na Lua, escolher um lugar adequado nas proximidades e construir uma casa. A expectativa de lan-lo at o ano de 2012. A primeira casa espacial levada pelo o rob, batizado de Roony, ter uma massa de cinco quilogramas, empacotada em um volume de seis litros. Depois de montada, a casa lunar ter um ambiente de 10m2. Como se trata de um experimento de demonstrao, os cientistas ainda no esto se propondo a construir algo habitvel. Construes habitveis na Lua devero pesar muito mais, devido tanto necessidade de pressurizao quanto proteo contra a radiao e o impacto de meteoritos. Contudo, o conceito de utilizao de um rob especfico para a construo automatizada de instalaes na Lua promissor.

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Ganhadores da Febrace concorrem ao Intel-ISEFCompetio contar com nove representantes brasileirosOs ganhadores da Febrace - Feira Brasileira de Cincias e Engenharia-foram anunciados no dia 20 de maro durante a cerimnia de encerramento na Faculdade de Direito da USP, em So Paulo. Dentre os 282 apresentados durante o eventos apenas nove representaro o Brasil na Intel-ISEF (International Science and Engineering Fair). Os selecionados iro aos Estados Unidos juntamente com estudantes de 50 pases para competir entre os dias 10 e 15 de maio. Entre os projetos escolhidos est o Dispositivo eletrnico com sensor de umidade para acionamento de sistemas de irrigao, feito pelo o aluno Felipe Augusto Vitoriano. Mecatrnica Fcil n47 Esse prottipo mede o nvel de umidade do solo junto s plantas e liga/desliga o sistema de irrigao de acordo com a necessidade estabelecida previamente para o vegetal. O aparelho desenvolvido constitudo com um circuito eletrnico e um sistema de irrigao adaptado pelo aluno de So Joo del Rei - MG. No circuito ele utilizou componentes como transistores, diodo, resistores, trimpot, rel, LDR e LED de alto brilho branco e no sistema de irrigao ele improvisou uma bomba dgua, parbrisa de carros, mangueira de aqurio e um reservatrio de gua. Aps terminado o projeto, Vitoriano verificou tambm a possibilidade de utiliz-lo para acionar uma sirene em caso de enchente, com o sensor posicionado no nvel mximo de um rio. Outro ganhador da Febrace foi o Carbono e CO2: uma nova fonte de energia exposto na rea de Engenharia. O trabalho foi elaborado pelos estudantes Jorge Elias Arajo Ferraz, Csar Rocha Freitas e Diallyson de Morais Maia, de Inhumas - GO. O trio mostrou que possvel retirar parte dos gases poluentes e seus particulados de uma fonte emissora e, atravs de reaes qumicas, transform-los em condutores de energia eltrica. O ISEF ser sediado no Reno-Sparks Convention Center (Nevada - EUA) e os vencedores ganharo US$ 4 milhes em prmios como bolsas de estudos, cursos e produtos tecnolgicos.

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montagem

Rdio experimental de gileteVoc acredita que uma gilete (lmina de barbear) possa ser usada como componente eletrnico para detectar ondas de rdio? Se no, eis uma idia para um projeto de um rdio (que funciona!) capaz de receber estaes de ondas mdias atravs de uma gilete. O projeto ideal como curiosidade tecnolgica, podendo ser implementado em cursos dos nveis fundamental e mdio.Newton C. Braga

dem funcionar como detectores de sinais de altas frequncias, ou seja detectores de ondas de rdio captadas por uma antena. bastante conhecida a histria de uma prtese dentria que, captando sinais de uma estao prxima, levava seu portadores a ouvir coisas diretamente pelo dente (sem a necessidade de um rdio), tendo sido esse ouvinte levado a diversos psiquiatras antes que se descobrisse a origem do fenmeno. Na estria O Denterdino nosso personagem Prof. Ventura, com seus alunos Beto e Cleto, se envolvem numa aventura em que justamente todo esse fenmeno detalhado. Ela foi publicada numa antiga edio da Eletrnica Total. O rdio que propomos neste artigo tambm usa um meio incomum de se detectar sinais: uma lmina de barbear (usada ou nova). Se voc gosta de experincias inditas com tecnologia eletrnica, esta bem interessante.

Muitos corpos comuns po-

s dos diodos semicondutores, e com isso detectar sinais de rdio. O tradicional bigode de gato sobre um cristal de galena , sem dvida, o tipo de detector experimental mais antigo e, por isso, conhecido por aqueles que estudam a histria do rdio. Os primeiros rdios que existiram, os denominados rdios de galena , tinham como detectores a configurao ilustrada na figura 1. Tocando em um ponto sensvel do cristal, o bigode formava um contato semicondutor capaz de retificar as tnues correntes de altas frequncias induzidas na antena pelo sinal1Radio de galena

de rdio. O resultado era a deteco (para posterior filtragem e aplicao a um fone de ouvido), onde resultavam em sons. Como no havia amplificao naquela poca (os transistores e vlvulas ainda no haviam sido inventados), os sinais possuam a potncia que a antena podia colher, o que exigia que ela tivesse grandes dimenses. O nosso rdio emprega um detector diferente. Experimentando diversas combinaes de corpos, conseguimos muitas que deram resultados satisfatrios como, por exemplo, uma palhinha de

Os fundamentosDois metais ou corpos de naturezas diferentes, quando em contato, podem apresentar propriedades semelhantes

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montagem2Esquema eltrico do rdio

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O circuito de sintonia

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Rede de polarizao

ao, um pedao de grafite sobre uma chapa de alumnio, etc. Mas, a que propomos, sem dvida, poder ser a base de um projeto que faria enorme sucesso numa feira ou demonstrao pela sua curiosidade: ele usa um detector fora do comum e no precisa de transistores ou vlvulas.

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Nossa sugesto de montagem

Como funcionaA estrutura bsica de nosso rdio mostrada na figura 2. A etapa de sintonia (e antena) tem por funo captar os sinais das estaes e separar o daquela que desejamos ouvir. Como o rdio no possui amplificao, a antena deve ser a mais longa possvel para captar o mximo de energia da estao (que deve ser forte e estar bem prxima). Uma antena para este rdio deve ser um fio esticado de pelo menos uns dez metros de comprimento. O circuito de sintonia possui um capacitor varivel e uma bobina, observe a figura 3. O sinal do circuito de sintonia levado ao elemento bsico do projeto que o detector. Esse detector, que deve funcionar como um diodo comum (nada impede que seja usado um diodo 1N34 ou equivalente para se obter um rdio de cristal comum), formado por uma lmina de barbear e um pedacinho de grafite retirada de um lpis preto. O sensvel toque da grafite sobre a lmina, em pontos que devem ser obtidos experimentalmente, faz o conjunto funcionar como um detector de sinais de altas frequncias induzidos pelas ondas de rdio. Esse detector consegue separar do sinal de alta Mecatrnica Fcil n47

frequncia vindo do circuito de sintonia, o sinal de baixa frequncia que corresponde aos sons. Os sons, na verdade, correntes de baixa frequncia, so levados etapa seguinte que um fone de ouvido. No circuito existe ainda uma rede de polarizao formada por um potencimetro e um resistor, alm de uma bateria de 6 V (quatro pilhas) conforme exibe a figura 4. A finalidade desta rede polarizar o detector ajudando-o a ficar perto de ponto de conduo ideal para que a deteco ocorra. Isso acontece porque preciso que o sinal vindo da antena, que fraco, seja apenas adicionado tenso disponvel de modo a ultrapassar o ponto em que o detector conduz.

ComponentesComo se trata de um rdio experimental, muita coisa pode ser improvisada e at mesmo aproveitada de aparelhos eletrnicos fora de uso. Somente alguns componentes precisam ser comprados em casas especializadas. Sugerimos que a montagem seja feita tendo por base uma placa de madeira ou plstico, veja exemplo na figura 5. A bobina L1 enrolada em um basto de ferrite de qualquer dimetro, por aproximadamente 1 cm, sendo formada por 80 a 100 voltas de fio esmaltado de calibre 26 a 30 AWG ou mesmo fio encapado 22. Esta bobina ser fixada na base de montagem atravs de duas braadeiras. O capa7

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montagemDetector de gilete

citor varivel pode ser do tipo miniatura ou grande, retirado de algum rdio antigo fora de uso. Se tiver mais de uma seo, usaremos apenas uma delas mantendo a outra desligada. O fone de ouvido deve ser obrigatoriamente de tipo piezoeltrico ou cristal de alta impedncia, pois outros tipos no tm sensibilidade, principalmente os de baixa impedncia encontrados em walkmans e CD-players. Uma cpsula telefnica poder ser experimentada. O capacitor C1 cermico, de 47 pF a 120 pF, e o resistor de 2,7 Mohms ou prximo disso. O potencimetro de 470 kohms a 1 Mohms. A bateria ser formada por quatro pilhas pequenas, que tero uma durabilidade enorme dado o baixo consumo do aparelho. Essas pilhas devem ser montadas em um suporte apropriado. O mais importante a montagem do detector de gilete que feita conforme ilustra a figura 6. Esse detector formado ligandose, com cuidado, um fio em um pedacinho de grafite que formar o anodo do diodo (2), e conectando-se com cuidado o outro fio numa gilete comum, formando o catodo do diodo (1). A grafite dever ser simplesmente apoiada sobre a gilete e, eventualmente, sua posio trocada algumas

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Diagrama completo do rdio

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Montagem na ponte de terminais

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montagem9Instalando a antena

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vezes at que seja conseguida a que resulte em maior sensibilidade. Para a ligao da antena e terra so utilizados bornes comuns ou uma tomada de terminais com parafusos.

MontagemAs soldagens dos componentes devem ser feitas com um ferro de pequena potncia e ponta fina. Todas as ligaes, exceto a da grafite e gilete devem ser soldadas. Na figura 7 apresentamos o diagrama completo do rdio. Na figura 8 damos uma idia da disposio real dos componentes com suas ligaes, lembrando que tudo deve estar fixado na base de madeira. Para que a montagem fique perfeita, observe os seguintes pontos: Raspe bem as pontas dos fios da bobina L1 antes de fazer sua soldagem. Aos soldar o varivel, observe com cuidado a disposio de seus terminais e use um boto plstico para facilitar a sintonia. Solde rapidamente o capacitor C1 e o resistor R1 para que excesso de calor no os danifique. Faa a ligao do potencimetro conforme o desenho, e dos fios do suporte de pilhas observando a sua polaridade. O fio vermelho o positivo (+) e o preto o negativo (-). Complete a montagem com a soldagem dos fios do detector. Depois, s conferir a montagem e verificar o funcionamento do rdio.

antena, conforme mostra a figura 9, pode ser presa pelas extremidades em isoladores. Duas rvores, mastros ou outros objetos podem servir para segurar a antena que deve ser a maior possvel. Assim, quanto mais comprida for a antena, melhor ser a intensidade do sinal obtido. A ligao terra pode ser feita em qualquer objeto de metal de grande porte que esteja em contato com o cho como, por exemplo, um encanamento de gua, uma esquadria de porta ou janela de alumnio etc. Feita a ligao da antena e terra ao rdio, coloque o fone junto ao ouvido e apie a grafite na gilete. Ajuste ao mesmo tempo, com muito cuidado, a sintonia e P 1 at captar alguma estao. Se nada conseguir alm de estalidos, procure uma nova posio da grafite sobre a gilete at obter resultados satisfatrios. O volume, como em todo o rdio sem componentes de amplificao, ser bem pequeno, mas a qualidade do som clara. Lembre-se que, no incio do sculo passado, os receptores de rdio tinham esse mesmo princpio de funcionamento e qualidade de som. Nas aulas de educao tecnolgica incentive a pesquisa sobre os tempos primitivos do rdio. Sugira a pesquisa de nomes como: Marconi Landel de Moura Brandt f Lista de materiais:Lista de materiais X1 Detector de gilete ver texto XTAL Fone de cristal ver texto L1 Bobina de antena - ver texto CV Capacitor varivel de 120 a 410 pF C1 100 pF capacitor cermico R1 2,7 M resistor vermelho, violeta, verde P1 470 k potencimetro B1 6 V quatro pilhas pequenas Diversos Base para montagem, pontes de terminais, suporte para pilhas, antena longa, fios esmaltados, basto de ferrite, gilete, pedao de grafite, fios comuns, solda etc.

Prova e usoAntes de tudo, providencie uma boa antena e uma ligao terra. A Mecatrnica Fcil n47

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montagem

Redutor de 12 para 6 ou 9 VMuitos leitores possuem aparelhos alimentados por pilhas ou bateria de 9 V, que gostariam de poder usar no carro energizados pela bateria. O redutor que apresentamos (com capacidade de at 1 ampre) ideal para este tipo de aplicao. O mesmo circuito tambm serve para se obter 9 V ou 6 V a partir de baterias de 12 V em aplicaes de mecatrnica e robtica.

Newton C. Braga

rdios, barbeadores com pilhas, gravadores e at mesmo pequenos televisores podem ser alimentados pela bateria do carro, mesmo que sejam projetados para operarem com tenses de 6 ou 9 V de pilhas comuns. Com o uso de um redutor, como o mostrado neste artigo, estes aparelhos podem ser utilizados no carro sem a necessidade de se empregar pilhas que gastam rpido e custam caro. O aparelho tambm pode ser facilmente adaptado para fornecer 4,5 V para dispositivos que usam trs pilhas (de qualquer tamanho). Com um circuito integrado regulador de tenso, o projeto absolutamente seguro e tem proteo contra curto-circuitos na sada.

Walkmans, CD-players,

Caractersticas Tenso de entrada: 10 a 24 volts (tip) Corrente mxima de sada: 1 ampre Tenses de sada: 4,5 , 6 ou 9 V

Como funcionaA tenso de 12 V da bateria (13,6 V na realidade) pode ser obtida do conector do acendedor de cigarros do carro.10

Passando por um fusvel de proteo e um filtro para evitar que os rudos do sistema eltrico do carro possam chegar at o aparelho alimentado (X2, C1 e C2), a corrente da bateria vai para um circuito integrado regulador de tenso. Para 6 V temos o circuito integrado 7806. Para 9 V o circuito integrado mais difcil de encontrar (7809), no entanto, podemos obter esta tenso colocando dois diodos a mais no circuito com um 7808, conforme mostra a figura 1. Para esta finalidade existe o local j programado na placa de circuito impresso, e que ser jumpeado se os diodos no forem usados. Para obter uma sada de 4,5 V, usamos o 7805 e um diodo em srie com a sada, havendo tambm o local para este componente previsto na placa e que deve ser jumpeado se a verso for de 6 V ou 9 V, conforme ilustra a figura 2. Na sada do circuito temos a tenso desejada desacoplada por C3 e aplicada a um conector de acordo com o aparelho que deve ser alimentado. Veja que existem aparelhos em que o conector do tipo com polo positivo no centro, e tambm outros

conectores com polo negativo no centro. O leitor deve verificar antes da montagem qual o conector empregado no aparelho que deve ser alimentado. Uma inverso de polaridade no aparelho alimentado pode ser perigoso para sua integridade.1Aumentando a tenso de sada do 7808

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Uso de um 7805 para obter perto de 4,5 V

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montagem3Diagrama do redutor de tenso

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Os capacitores eletrolticos tm a tenso mnima de trabalho indicada na lista de material. Na figura 5 vemos o modo de se usar o aparelho com um CD player comum.

Prova e usoInicialmente conecte o aparelho ao carro (pelo conector do acendedor de cigarros) e com um multmetro confira a tenso de sada. Uma tolerncia de 10% no valor admitida, principalmente para as verses de 4,5 e 9 V. Verifique se a polaridade da sada est correta. Somente depois conecte o aparelho que ser alimentado e observe seu funcionamento. Para os CD players que possuem um consumo algo elevado pode ocorrer um distoro quando o volume totalmente aberto, principalmente nos sons graves. Se isso ocorrer, aumente o valor de C3. Valores de at 4 700 F so admitidos. Se isso no resolver, reduza o comprimento do fio que vai at X3. Sua elevada resistncia pode provocar o efeito indicado pelo acoplamento entre as etapas do aparelho alimentado via fonte. Quando no estiver usando o aparelho no o deixe ligado ao conector do acendedor de cigarros. f

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Placa de circuito impresso para o redutor

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Uso do redutor com um CD-player

plo, o 7806 fornece 6 V de sada. A tenso de entrada deve ser de 2 V a mais que a de sada at 25 V, aproximadamente. Estes circuitos integrados possuem proteo contra curtos e devem ser montados em radiadores de calor quando fornecem correntes acima de 100 mA, pois tendem a esquenta

Lista de MateriaisSemicondutores CI1 - 7805, 7806 ou 7808 - circuito integrado regulador de tenso, conforme a tenso desejada na sada D1 - 1N4002 (*) D2, D3 - 1N4002 (**) Capacitores C1 - 100 nF - cermico C2 - 1 000 F/16 V - eletroltico C3 - 100 F/ 12 V - eletroltico Diversos X1 - Conector para acendedor de cigarros de automvel X2 - Choke - ver texto X3 - Conector de eliminador de pilhas conforme o aparelho alimentado F1 - 2 A - fusvel Placa de circuito impresso, caixa para montagem, radiador de calor para o transistor, suporte de fusvel, fios, solda etc.

MontagemNa figura 3 temos o diagrama para a verso bsica de 6 V. Os componentes indicados com (*) so para a verso de 4,5 V e os componentes indicados com (**) so para a verso de 9 V. Os componentes podem ser facilmente montados numa pequena placa de circuito impresso, conforme exibe a figura 4. Observe que o circuito integrado precisa de um radiador de calor. O choke de filtro obtido enrolando-se umas 100 voltas de fio esmaltado 30 ou 32 num resistor de 100 k ohms x 1/2 W.

Os circuitos Integrados 78XXOs circuitos integrados da famlia 78XX so reguladores de tenso que contm em seu interior todos os componentes para se obter uma tenso fixa de sada a partir de certa faixa de tenses de entrada com correntes de at 1 A. O nmero que est no lugar do XX indica a tenso de sada. Por exemMecatrnica Fcil n47

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montagem

isoporCortador deO circuito que descrevemos aqui possibilita a regulagem da temperatura de um fio quente usado no corte de peas de isopor numa ferramenta que pode ser construda facilmente conforme mostra a figura 1. Um fio de nicromo o elemento de corte que aquecido por uma corrente contnua pulsante, cujo valor mdio determina seu aquecimento. Com o uso de um controle PWM possvel ajustar numa ampla faixa de valores a corrente circulante pelo fio e, com isso, sua temperatura. A grande vantagem no uso de um circuito eletrnico no controle a possibilidade de se operar com correntes contnuas com isolamento da rede de energia, o que traz um elevado grau de segurana para o equipamento e economiza as pilhas que, neste tipo de aplicao, tm uma durao reduzida.1Ferramenta de corte do isopor

Newton C. Braga

Materiais plsticos moles como o isopor podem ser cortados por uma ferramenta dotada de um fio quente. O circuito que propomos neste artigo possibilita uma regulagem da potncia ideal para o corte em funo da temperatura da pea, mas tambm pode ser adaptado para outras finalidades tanto de uso em mecatrnica como industrial.Entre os dois limites mostrados na figura em que temos o mximo e o mnimo de potncia possvel fazer o ajuste de potncias intermedirias. Para isso, o que temos um oscilador com o ciclo ativo controlado usando um circuito integrado 555. O ciclo ativo e portanto a separao entre os pulsos, determinada por R1, R2 e pelo ajuste de P1 alm do capacitor C2. O capacitor tambm determina a frequncia mdia do circuito, a qual pode ser alterada mudando-se a separao dos pulsos com a ajuda do potencimetro. Este potencimetro justamente o controle de temperatura do cortador. O sinal obtido do oscilador cujo ciclo ativo ir determinar a potncia aplicada carga aplicado ao transistor de potncia.

Por outro lado, o circuito bastante eficiente na regulagem permitindo um ajuste da temperatura com uma boa preciso.

Como funcionaO que temos um circuito PWM, onde a corrente mdia que circula pelo elemento de aquecimento e portanto sua temperatura, dependem da separao entre os pulsos conduzidos por um transistor PNP de potncia. Se os pulsos estiverem bem espaados, a corrente mdia ser baixa e o aquecimento do fio de nicromo menor. Se os pulsos estiverem prximos, a corrente mdia ser maior e a potncia desenvolvida pelo fio de nicromo na forma de calor ser muito maior. Pela figura 2 o leitor pode perceber o que ocorre.2Controle por pulsos

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Mecatrnica Fcil n47

montagem3Usando o circuito no controle de uma pequena estufa

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Uso do terminal (4) de controle

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Diagrama completo do controle

O circuito proposto pode trabalhar com elementos de aquecimento que exijam correntes de at 1 ou 2 ampres, o que leva chance de seu uso em outras aplicaes tais como: a) Controle de pequenas estufas ou cmaras de aquecimento, ou secagem de tintas. Uma sugesto de aplicao a cmara de secagem ou manuteno de temperatura para folhas de papel de impressora, conforme ilustra a figura 3. b) Controle de brilho de lmpadas incandescentes (dimmer) para aplicaes em laboratrios ou ainda paineis de automveis, robs ou outros veculos. c) Controle de velocidade de motores de corrente contnua, aplicao que j descrevemos nesta revista em detalhes. Evidentemente, outras aplicaes podem ser imaginadas pelo leitor levando-se em conta que o terminal 4 do 555 pode servir de terminal de controle para o circuito, veja a figura 4. Mecatrnica Fcil n47

Este recurso possibilita o controle do aparelho a partir de sinais digitais externos como, por exemplo, os comandos feitos por circuitos de tempo ou ainda sensveis luz.

MontagemNa figura 5 temos o diagrama completo do aparelho. Na figura 6 vemos a placa de circuito impresso do aparelho. Os componentes usados no so crticos. O transistor PNP de potncia pode ser de qualquer tipo com corrente compatvel carga controlada. Este componente deve ser montado em um radiador de calor. O transformador deve ter um secundrio de 9 + 9 V com corrente compatvel com a esperada para o elemento de aquecimento. Para uma aplicao normal, um transformador de 1,5 a 3 ampres o que recomendamos. O elemento de aquecimento usado na funo sugerida pelo artigo como cortador de isopor pode ser obtido13

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montagemde resistores de fio, ou ainda de aparelhos de uso domstico fora de uso que utilizem este material. Aquecedores de cabelo, ferros de soldar e outros equipamentos (que podem estar queimados) so fontes potenciais destes fios de nicromo que, como necessitam ser aproveitados aos pedaos, no precisam estar completos. O clculo da corrente e do aquecimento pode ser feito com base na6Placa de circuito impresso do cortador

lei de Ohm. Use um multmetro para verificar a resistncia de um pedao de comprimento conhecido. Podemos dizer que um pedao de fio de 20 a 50 ohms ideal para um cortador de isopor, j que uma temperatura muito alta que seria obtida com elementos de resistncia menor causaria a abertura no de um simples corte, mas o derretimento com a produo de uma fenda irregular no material.

por este motivo que deve-se ajustar com bastante cuidado a temperatura antes de usar a ferramenta, testando-a previamente com um pedao do material que deve ser cortado. Para saber qual a temperatura a ser atingida numa aplicao interessante antes medir a resistncia do pedao de fio que ser usado e, depois, fazer testes at obter o comprimento e a espessura ideal para cada aplicao.

Prova e usoO teste de funcionamento pode ser feito utilizando-se, uma lmpada incandescente de 12 V como, por exemplo, uma pequena lmpada de interior de carro. Ligando-se esta lmpada como carga, seu brilho deve variar ao se ajustar P1. Comprovado o funcionamento do circuito eletrnico com a lmpada, o leitor pode pensar em fazer os testes com fios de nicromo obtendo um exemplar que leve aos efeitos desejados como cortador de isopor, ou para outra finalidade que tenha o aparelho. Veja que fios de nicromo mais grossos possuem menor resistncia por unidade de comprimento. J os mais finos possuem maior resistncia por unidade de comprimento. Isso significa que, para um mesmo comprimento, a corrente no mais grosso ser maior e portanto maior a temperatura gerada.

Outras aplicaesO circuito tambm pode ser usado como controle de pequenos motores e solenides. No entanto, como se trata de carga indutiva deve ser previsto o uso de um diodo em paralelo com estas cargas de modo a proteger o transistor de potncia. No caso especfico de motores pode haver uma sensibilidade frequncia situao em que pode ser necessrio alterar o valor do capacitor do oscilador de modo a se obter um controle eficiente sem que o motor vibre nas baixas velocidades. f14

Mecatrnica Fcil n47

montagem

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AcelermetroEste interessante medidor de acelerao pode ser usado em projetos de robtica e mecatrnica, em testes de laboratrio e em experincias de fsica. Instalado num objeto que se move ou em um veculo, ele detecta variaes da velocidade (acelerao). Ele utiliza um peso que se movimenta de modo proporcional acelerao, dando uma indicao remota num instrumento eletrnico. O circuito pode ser alimentado por tenso de 6 a 12 V de bateria, fonte ou mesmo por pilhas comuns. Em um rob ou veculo radio1

controlado, este aparelho serve para medir a intensidade da acelerao ou frenagem ou ainda, numa curva, a fora que aparece em sua decorrncia e que eventualmente pode alertar para o perigo de um tombamento. Outra aplicao possvel para o aparelho em experimentos de fsica, onde podemos medir o grau de acelerao ou frenagem de objetos em movimento ou mesmo devido ao de molas e outros mecanismos. O aparelho tambm pode ser utilizado no carro para dar indicaes de arrancadas ou de frenagem. O sistema empregado no aparelho muito simples: um peso que se movimenta com a acelerao, saindo da posio normal de equilbrio aciona um potencimetro, que o transdutor. O consumo de corrente deste circuito extremamente baixo e ele pode ser facilmente instalado numa pequena caixa plstica. Para o carro, o instrumento indicador pode ser fixado no painel. Como funciona A fora que atua sobre um corpo, retirando-o de uma posio vertical de repouso depende da acelarao a que ele est sujeito, conforme mostra a figura 1. Assim, prendendo-se uma certa massa ao eixo de um potencimetro comum do tipo rotativo, ele tende a ficar numa posio de equilbrio quando em velocidade constante (ou parado). Mecatrnica Fcil n41

No entanto, para qualquer acelerao (positiva ou negativa), ele tende a sair do equilbrio e acionar o eixo do potencimetro de modo proporcional acelerao existente. Ora, estando o potencimetro acoplado a um circuito indicador, este se encarregar de mostrar o valor desta acelerao em um instrumento, de forma bastante precisa se convenientemente calibrado. No nosso caso, o circuito indicador uma ponte de Wheatstone em que um dos ramos justamente o potencimetro usado como sensor e o indicador um microampermetro comum. Desse modo, zerando-se o instrumento, com a ponte em equilbrio na falta de acelerao (acelerao = 0), colocamos o aparelho em condies de medir aceleraes. O instrumento usado no nosso caso um microampermetro com zero no centro da escala, mas at mesmo outros tipos podem ser utilizados desde que cuidemos para que na posio de equilbrio o ponteiro fique no centro da escala, conforme ilustra a figura 2. Na verso final usamos um regulador de tenso 7806 para reduzir os 12 V ou mais de uma bateria de carro para os 6 V estabilizados de alimentao do circuito. No entanto, para a alimentao por pilhas basta retirar este regulador de tenso do circuito. Montagem Na figura 3 temos o diagrama completo do acelermetro.

A fora F depende da acelerao a

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Escala do microampermetro

A disposio dos componentes numa ponte de terminais, que a forma mais simples de se fazer a montagem, mostrada na figura 4. Optamos pelo uso de uma ponte de terminais dada a simplicidade do circuito, mas nada impede que os leitores mais habilidosos utilizem uma placa de circuito impresso. O estabilizador de tenso 7806 no precisa de radiador de calor e o potencimetro P1 deve ser linear. Este potencimetro deve ter adaptado o mecanismo de acionamento com o peso.15

m3

montagemDiagrama do acelermetro.

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Sistema de acionamento proposto.

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Montagem na ponte de terminais.

sobre ele, devida acelerao que se deseja medir. O positivo de entrada ligado a qualquer ponto positivo da fiao do carro, se esta for sua aplicao, e o ponto de zero volt a qualquer ponto do chassi ou do negativo da fonte. Para uso em robs e outros mecanismos, a alimentao pode ser retirada do circuito. Uma alimentao independente pode ser feita com o uso de quatro pilhas comuns. Neste caso, o regulador de tenso (7806) pode ser retirado do circuito. Observao O mesmo projeto tambm pode ser utilizado como um detector de inclinao, caso em que a escala do instrumento ser calibrada em graus. f Lista de materiais

O sistema de acionamento visto na figura 5. O peso deve ser suficientemente grande para poder movimentar facilmente o eixo do potencimetro. Se possvel, o leitor habilidoso pode abrir o potencimetro e diminuir a fora que a mola pressora faz no elemento resistivo de modo que ele fique mais mole e, assim, seja acionado com mais facilidade pelo peso. Os resistores so de 1/8 W e os capacitores C2 e C3 no so crticos, tendo por funo apenas evitar movimentos muito bruscos da agulha indicadora. O instrumento indicador um microampermetro de 50 A com zero no centro, mas microampermetros de at 500 A podem ser usados. P2 um trimpot comum. Ajuste e uso Para ajustar, ligue a unidade e coloque o eixo de P1 de modo que o peso16

na posio de repouso leve o instrumento indicao de meia escala. Depois, movimentando levemente o peso, ajuste P2 de maneira que os movimentos da agulha no sejam muito bruscos. Se precisar, aumente o valor de P2 para at 1 Mohms de forma a se obter a melhor faixa de comportamento do aparelho em funo das caractersticas do instrumento usado. Dependendo do fundo de escala e da resistncia, podem ser necessrias alteraes dos valores de alguns componentes para se obter um acionamento suave e preciso. Comprovado o funcionamento e feito o ajuste, s fazer sua instalao definitiva onde se deseja monitorar a acelerao. O peso deve ficar orientado para se movimentar com a fora que atue

Semicondutores: ClI - 7806 - circuito integrado regulador de tenso Resistores: (1/8 W, 5%) R1 - 2,2 k ohms - vermelho, vermelho, vermelho R2, R3 - 10 k ohms - marrom, preto, laranja P1 - 10 k ohms - piotencimetro linear P2 - 10 k ohms a 1 M ohms - trimpot Capacitores: C1, C2, C3 - 10 F/6V - eletrolticos Diversos: F1 - 500 mA - fusvel M1 - 50-0-50 A - microampermetro com zero no centro da escala Ponte de terminais, peso e sistema mecnico sensor, caixa para montagem, fios, solda, etc.

Mecatrnica Fcil n41

eletrnica

Tcnicas de modulao AM/FMA montagem de pequenos e mdios transmissores para finalidades didticas, recreativas, ou mesmo profissionais exige o conhecimento de algumas tcnicas importantes. Uma delas a relacionada com o modo como a informao vai ser transportada por uma portadora de alta frequncia, ou seja a modulao. Neste artigo abordaremos tcnicas de modulao empregadas na prtica, principalmente aquelas relacionadas com transmissores de alta potncia. O assunto de grande interesse tanto para o profissional da rea quanto para os estudantes de engenharia.Newton C. Braga

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ra transmitir informaes como voz, imagens e dados atravs de sinais de rdio precisamos gerar uma portadora de alta frequncia, a qual ser modulada por essas informaes. Sabemos tambm que existem diversas tcnicas de modulao que envolvem alteraes na frequncia, amplitude, fase, ou qualquer outra caracterstica do sinal de alta frequncia que permita uma recuperao da informao posteriormente. Para os sistemas de alta potncia empregados em telecomunicaes e radiodifuso, os principais processos de modulao so a modulao em amplitude e a modulao em frequncia. No primeiro caso, variamos a amplitude de uma portadora de acordo com as variaes da amplitude do sinal modulador, e no segundo caso variaes a frequncia da portadora com a amplitude do sinal modulador. Mostramos os dois processos na figura 1. Na prtica, quando trabalhamos com os circuitos que geram e amplificam os sinais de alta frequncia, o processo segundo o qual o sinal modulador aplicado pode variar bastante, havendo para essa finalidade configuraes que os profissionais devem conhecer. Mecatrnica Fcil n47

Conforme sabemos, pa-

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Os processos de modulaes

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Transmissor AM

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eletrnicaModulao em AmplitudeUm transmissor de AM tpico pode conter diversos estgios amplificadores que, a partir de um oscilador, chegam ao sinal final que deve ser transmitido, conforme ilustra a figura 2. Em algumas configuraes, cada etapa simplesmente amplifica o sinal da etapa anterior at se chegar potncia final de um sinal que vai ser aplicado antena e dela transmitido. No entanto, existem configuraes em que o sinal gerado numa frequencia mais baixa e cada etapa, alm de amplificar esse sinal dobra tambm sua frequncia, conforme indica a figura 3. O circuito possui ento etapas dobradoras de frequncia, permitindo o uso de cristais de frequncias mais baixas para gerar sinais de frequncias mais attas. A modulao de um transmissor que tenha essa estrutura bsica pode ser feita de diversas formas. No caso especfico de um transmissor de informaes que correspondam voz (sons) como, por exemplo, de radiodifuso, o que se faz acoplar um amplificador de udio no ltimo estgio amplificador, observe a figura 4. O amplificador usado deve ter uma potncia que depende da etapa final de RF no qual ele est acoplado de modo a se obter 100% de modulao, veja a figura 5. Para uma etapa transistorizada, a modulao realizada dessa forma pode ter uma configurao semelhante da figura 6, em que realizamos o que se denomina modulao por emissor. O sinal modulador aplicado a um transformador cuja finalidade alm de isolar o circuito de modulao do circuito de RF tambm casar suas impedncias, controlando a corrente de emissor do transistor amplificador e com isso a amplitude do sinal. A modulao ocorre justamente em vista das caractersticas no lineares do transistor. Evidentemente, a mesma configurao tem seu equivalente nos circuitos valvulados, uma vez que, quando se trabalha com potncias muito altas, os transmissores ainda empregam vlvulas. Na figura 7 temos um circuito valvulado para essa finalidade.18 3Amplificando o sinal e a frequncia

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Amplificando o udio

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Obtendo 100% de modulao

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Modulao por emissor

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Circuito valvulado

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Modulao feita pelo anodo da vlvula

Nesse tipo de circuito temos a vantagem de que a amplificao do transistor ou vlvula aproveitada no processo de modulao, e com isso no precisamos de uma potncia da mesma ordem que a da etapa final de RF para obter 100% de modulao. A desvantagem desse tipo de circuito est na elevada distoro harmnica que ele introduz. Por outro lado, quando se faz a modulao pelo anodo da vlvula, observe a figura 8, preciso usar uma potncia muito alta para essa finalidade, da mesma ordem que a potncia do transmissor.

Um circuito modulador de potncia muito alta trabalhando com modulao pelo anodo de uma vlvula, como exemplificado na figura 9, pode ser encontrado em alguns transmissores de radiodifuso, onde os transistores ainda no conseguem gerar um sinal com a mesma intensidade. Nesse circuito temos uma vlvulatriodo de alta potncia alimentada com uma tenso da ordem de 10 a 15 kV que passa atravs de um transformador modulador. A excitao desse transformador modulador feita por uma etapa em push-pull tambm usando vlvulas-triodo. Mecatrnica Fcil n47

eletrnica9Circuito modular de potncia muito alta

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O uso de vlvulas-tetrodo

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Modulando o sinal numa etapa intermediria

Um ponto importante que deve ser considerado nesse circuito a necessidade de neutralizao, uma vez que o retorno de RF para a vlvula pode fazer com que ela tenda a oscilar. Uma forma de se evitar os problemas de realimentao com o uso de vlvulas-tetrodo ou pentodo. Na figura 10 temos um exemplo de circuito de alta potncia, do tipo encontrado em emissoras de radiodifuso para modulao em amplitude. Nessas configuraes, o sinal modulador pode ser aplicado grade de blindagem. A desvantagem delas est na distoro relativamente alta que ocorre. O uso de tetrodos, alm de proporcionar maior ganho, reduz os problemas de neutralizao. Nesse circuito, interessante observar os percursos dos sinais de altas frequncias e dos sinais moduladores de baixas frequncias. Se o transmissor tem uma potncia muito alta, tornando-se problemtico o uso de um amplificador de udio com potncia da mesma ordem para a modulao, o que se faz modular o sinal numa etapa intermediria de amplificao, conforme mostra a figura 11. Existem trs configuraes bsicas destinadas modulao em etapas intermedirias com menor potncia: Chireix, Ampliphase e Doherty. Elas se baseiam na combinao de sinais com fases diferentes.

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Empregando um MOSFET de porta dupla

Modulao em FrequnciaNa modulao em frequncia, a caracterstica da portadora que se Mecatrnica Fcil n47

altera com o sinal modulador a sua frequncia. A modulao em frequncia pode ser direta ou indireta. Na modulao direta atua-se diretamente sobre o circuito oscilador que determina a frequncia do transmissor. A atuao pode ser feita diretamente sobre os elementos L ou C desse circuito. Na figura 12 vemos um circuito modulador de reatncia em que se emprega um MOSFET de porta dupla em um oscilador. Nesse circuito, de modulao direta, normalmente opera-se numa frequncia mais baixa do que a de sada do transmissor, sendo o seu sinal aplicado a etapas multiplicadoras de frequncia e amplificadoras. Isso tambm necessrio porque, para maior estabilidade o circuito deve operar com um desvio pequeno na

frequncia gerada quando modulado, esse desvio fica multiplicado nas etapas seguintes, obtendo-se a profundidade de modulao desejada. Uma desvantagem desse tipo de circuito est no fato de que ao mesmo tempo que se obtm uma modulao em freqncia, uma alterao da amplitude do sinal tambm inevitvel. Isso acontece porque, saindo da frequncia de ressonncia, o ganho da etapa se altera. Para que no ocorrar esse problema, o sinal aplicado etapa seguinte deve passar por algum tipo de circuito limitador que mantenha sua amplitude constante dentro da faixa de modulao. Um outro fato importante a ser considerado est na possibilidade de gerao de bandas laterais pelo batimento da frequncia de modulao com o sinal da portadora. Para que

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eletrnicaObtendo a modulao direta da frequncia

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Caracteristicas dos diodos varicaps

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Circuito tpico do oscilador modulado em frequncia por um VARICAP

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Aplicando o sinal modulador em um ccircuito modulador de fase

Se aplicarmos ao diodo varicap um sinal de baixa frequncia, e ele estiver ligado no circuito oscilante, o resultado ser uma modulao em frequncia do sinal de alta frequncia gerado pelo oscilador. Na figura 15 temos o circuito tpico de um oscilador modulado em frequncia por um varicap. Na modulao indireta, o que se faz aplicar o sinal modulador em um circuito modulador de fase, veja na figura 16. Podemos, ento, usar um oscilador controlado por cristal, o que garante excelente estabilidade de funcionamento. Nesse circuito, o sinal gerado pelo oscilador aplicado ao modulador de fase juntamente com o sinal modulante. Na sada deste circuito temos a portadora modulada em fase ou MPH. Uma desvantagem desse sistema que o desvio de frequncia obtido pequeno, e ainda existe distoro e rudo. Podemos ter um sistema muito melhor para modular um sinal em frequncia se associarmos os dois processos vistos anteriormente. O sinal modulador aplicado diretamente ao oscilador de onde obtida uma amostra da frequncia que j est modulada. Esse sinal comparado com o sinal do oscilador controlado a cristal, gerando assim uma tenso de erro. Essa tenso de erro reaplicada ao oscilador livre de modo a controlar sua frequncia.

ConclusoNos processos prticos de modulao podemos ter diversas tecnologias, encontrando configuraes que dependem no apenas dos componentes utilizados, mas inclusive da potncia do equipamento e do desempenho desejado. As tecnologias que vimos so bsicas, e muitos desenvolvimentos tm sido observados nesse campo com circuitos que permitem a ateno de sinais modulados de alta qualidade. Este artigo apresentou apenas uma breve introduo terica que permite ao leitor entender como os circuitos moduladores podem ser elaborados na prtica. f Mecatrnica Fcil n47

isso seja evitado, o sinal aplicado ao modulador deve passar por um filtro que elimine suas componentes de frequncias mais altas. Uma forma muito utilizada de se obter a modulao direta de frequncia atravs de diodos de capacitncia varivel ou varicaps, conforme configurao ilustrada na figura 13. Os diodos varicaps possuem uma caracterstica de capacitncia que20

depende da tenso inversa que lhes seja aplicada, de acordo com o grfico da figura 14. Assim, se no houver tenso aplicada a esses diodos, a juno ter sua largura mnima atuando como o dieltrico de um capacitor, resultando numa capacitncia mxima. Com uma tenso inversa aplicada, a largura da juno aumenta e com isso a capacitncia diminui.

eletrnica

Retificao e FiltragemBoa parte dos projetos eletrnicos so alimentados por pilhas e baterias que so fontes de corrente contnua ou seja, dispositivos que fornecem uma tenso constante que fora a corrente em um nico sentido. No entanto, existem casos em que precisamos ligar o aparelho na rede de energia que consiste numa fonte de corrente alternada. Como converter a corrente alternada em contnua para alimentar os circuitos que exigem esse tipo de corrente o que veremos neste artigo.Newton C. Braga

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muns, em sua maioria, exigem tenses contnuas para sua alimentao, podendo essas serem fornecidas por pilhas ou baterias. Nos circuitos de corrente contnua, a corrente consiste num fluxo de eltrons que partem do polo negativo do gerador, passam pelo circuito (carga) e depois retornam ao gerador pelo seu polo positivo. Essa corrente, se bem que possa variar de intensidade em funo do consumo do circuito alimentado, nunca inverte seu sentido de circulao, por isso denominada corrente contnua (CC) ou corrente direta se adotarmos o termo ingls cuja abreviao DC. A corrente contnua, conforme mostra a figura 1, pode ento ser definida como aquela em que o sentido de circulao nico. Essa corrente ser pura, se alm disso sua intensidade no variar com o tempo, como ilustra o mesmo grfico. Por outro lado, existem geradores que podem estabelecer nos circuitos Mecatrnica Fcil n47

Os circuitos eletrnicos co-

correntes que invertem constantemente de sentido de circulao, ou seja, que circulam ora num sentido, ora em outro, mudando rapidamente de polaridade. Nesses geradores, o polo positivo aparece de um lado, uma frao de segundo, e depois passa para o outro, mantendo-se nele tambm por uma frao de segundo, e isso num processo constante de inverso, conforme exibe a figura 2. A corrente nesses circuitos constitui-se, portanto, mais numa agitao dos eltrons que vo e vm, do que propriamente num fluxo constante dessas cargas. Esse tipo de corrente denominada corrente alternada (CA ou AC) sendo que os geradores que a produzem, so os alternadores. importante notar que os efeitos obtidos com a corrente alternada na transmisso de energia eltrica so os mesmos que os obtidos com sua transmisso em corrente contnua, veja a figura 3.

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Corrente X Tempo num circuito de corrente contnua

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Gerador e forma de onda de corrente alternada

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eletrnicaEntretanto, certas vantagens fazem com que a energia levada para nossas casas seja atravs de uma corrente alternada, o que quer dizer que preciso tomar cuidado com sua utilizao, pois os equipamentos que somente usam correntes contnuas, no podem ser ligados diretamente a uma tomada. Caso desejar usar a corrente alternada disponvel na rede de alimentao, ser necessrio transform-la em corrente contnua. Os equipamentos eletrnicos projetados para serem ligados tomada de energia precisam de circuitos especiais que exercem justamente essa funo. O processo de obteno de uma corrente continua a partir de uma corrente alternada denomina-se retificao, e os diodos semicondutores so os componentes mais empregados nesses circuitos, dada a propriedade que possuem de conduzir a corrente somente num sentido. Um circuito retificador caracteriza-se, portanto, por possibilitar a obteno de uma corrente contnua a partir de uma fonte de corrente alternada. O retificador mais simples pode ser construdo com um diodo semicondutor, conforme sugere a figura 4. Se aplicarmos uma tenso alternada nesse diodo, apenas no momento em que a corrente for forada no seu sentido direto de conduo que ela poder circular, ficando entretanto bloqueada nos momentos em que o diodo ficar polarizado no sentido inverso. Depois do diodo, obtemos apenas os semiciclos correspondentes circulao da corrente num sentido. Dizemos que se trata de uma corrente contnua pulsante. Em uma linguagem mais apropriada dizemos que a corrente alternada consiste em um sinal sinal senoidal em que temos semiciclos positivos e negativos. Conforme a posio no circuito, o diodo pode conduzir apenas os semiciclos positivos ou somente os semiciclos negativos, confira a figura 5. Num caso a corrente contnua ter um sentido e no outro caso, sentido oposto. Dizemos que se trata de circuitos de retificao positiva ou retificao negativa.3Os efeitos da corrente alternada so os mesmos da corrente contnua

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Retificador simples

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Retificao positiva e negativa

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Transformador comum

Observe que no processo de retificao, a tenso aplicada ao diodo sofre grandes alteraes, de modo que para obter-se uma tenso de 9 V de uma tenso alternada de 110 V ou 220 V, um processo simples de retificao no suficiente. Neste caso usamos um transformador, que um dispositivo cujo princpio de funcionamento est na induo eletromagntica. Esse componente pode abaixar ou elevar uma tenso alternada, como a da rede de energia, levando-a ao valor necessrio a uma aplicao. Na figura 6 vemos um transformador comum, encontrado em tipos de equipamentos eletrnicos. Devemos ainda notar que a corrente contnua aps a retificao no pura, mas constituda por pulsos de corrente num nico sentido, o que na maioria das aplicaes no serve para se obter o funcionamento normal. Para termos uma corrente contnua pura ou com um mnimo de ondulaes, devemos empregar um sistema de filtragem que normalmente constiutudo por capacitores e eventualmente alguns outros componentes adicionais.

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Smbolo e aspecto eletroltico

A funo do capacitor funcionar como uma espcie de reservatrio de energia de modo a suprir o circuito com corrente nos intervalos entre os pulsos de corrente fornecidos pelo retificador. So usados normalmente capacitores eletrolticos de valores altos, com smbolo e aparncias dados na figura 7. Em diversas montagens podem ser usadas fontes simples utilizando apenas diodos retificadores ligados rede de energia, mas nos casos mais elaborados temos diversos outros Mecatrnica Fcil n47

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eletrnicacomponentes que permitem proteger, regular e isolar a fonte. Na montagem de fontes de alimentao, o leitor deve tomar cuidado com o manuseio dos componentes, principalmente o transformador, diodos e capacitores, pois so componentes polarizados. Algumas recomendaes iniciais sero dadas a seguir para aqueles que montaro sua primeira fonte de alimentao.8Smbolo e aspecto do transformador comum

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Valores em uma forma de onda senoidal

TransformadoresOs transformadores mais comuns, cujos smbolo e aspecto so apresentados na figura 8, so formados por dois enrolamentos denominados primrio e secundrio. Na compra de um transformador devem ser especificadas a tenso do enrolamento primrio que a da sua rede de energia e a tenso do secundrio, alm da corrente mxima que pode-se obter do enrolamento secundrio. Por exemplo, um transformador de 110 V x 6 V x 500 mA um transformador feito para se ligar na rede de 110 V, e dele obtemos uma tenso de 6 V no secundrio com uma corrente mxima de 500 mA. Veja que em um projeto, sempre podemos usar um transformador que tenha uma corrente maior do que a especificada, mas nunca menor. Para um transformador maior, o circuito alimentado drenar apenas a corrente que ele precisa e nada demais acontecer. Por outro lado, um transformador menor no consegue fornecer a corrente exigida podendo sofrer uma sobrecarga com excesso de aquecimento e queima.

significa que ela tem picos maiores, conforme ilustra a figura 9. Assim, na rede de 110 V, por exemplo, os picos superam os 150 V. Um diodo que suporte apenas 120 V pode queimar-se nessa rede. O diodo usado deve ter uma tenso de pelo menos 200 V. Para a rede de 220 V conveniente usar diodos que tenham tenses inversas de pelo menos 400 V. A corrente do diodo, por outro lado, pode ser igual ou maior do que a exigida pelo circuito, dando-se uma margem de segurana, claro, para que o diodo no trabalhe no limite. Normalmente, nas listas de material dos projetos que usam fontes, as especificaes dos diodos so dadas de modo que o leitor no precise se preocupar muito, a no ser que v projetar sua prpria fonte de alimentao.

CapacitoresOs capacitores eletrolticos usados em filtragem, normalmente encontrados nas fontes comuns, so especificados pela sua capacitncia e tenso de trabalho. Geralmente, no setor de filtragem so exigidos capacitores de grandes capacitncias, sendo tpicos os valores entre 470 F e 100 000 F, dependendo da tenso e da corrente da fonte. A tenso de trabalho do capacitor eletroltico de uma fonte normalmente deve ser maior que a tenso de pico da tenso pulsante obtida depois do retificador, ou seja, a tenso de pico do secundrio do transformador.

Essa tenso pode ser obtida multiplicando-se por 1,41 a tenso do secundrio do transformador. Por exemplo, um transformador de 6 V de secundrio ter uma tenso de pico da ordem de 6 x 1,41 = 8,46 V depois do diodo, desprezando-se a queda de aproximadamente 0,6 V no diodo. Isso significa que um capacitor que seja usado na filtragem nesse ponto deve ter uma tenso de trabalho de pelo menos 10 V. Observe ainda que essa ser a tenso que estar presente na sada da fonte, quando ela no estiver alimentando nenhum circuito. No momento em que ela alimentar uma carga, sua tenso cair. Na utilizao de um capacitor eletroltico o leitor deve ainda observar cuidadosamente sua polaridade, pois se ele for invertido pode queimar-se, entranto em curto e causando danos ao diodo, transformador e at mesmo a outros componentes.

DiodosOs diodos so especificados em funo de sua mxima tenso inversa e da corrente mxima que podem conduzir no sentido direto. Na construo de fontes, o principal cuidado que devemos ter que a tenso mxima seja sempre pelo menos uns 80 % maior que a tenso do circuito. Isso ocorre porque normalmente a tenso do circuito (alternada) dada em valores rms (root mean square) ou valor mdio quadrtico, o que Mecatrnica Fcil n47

ConclusoFontes so fundamentais para o bom funcionamento dos circuitos eletrnicos. Neste artigo demos uma idia de como elas funcionam, atravs de um processo de retificao e filtragem. Se o leitor quiser se aprofundar em fontes recomendamos o livro Fontes de Alimentao de Newton C. Braga, que pode ser adquirido na Nova Saber (www.novasaber. com.br). f

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r

robtica

Escolhendo msculos de robsNo projeto de um rob, ou mesmo de um dispositivo mecatrnico como um brao mecnico ou um sistema efetor, o montador pode contar com diversas opes de dispositivos. Podem ser usados solenides, SMAs, motores, atuadores lineares, sistemas pneumticos etc. Todavia, a escolha de um deles depende de diversos fatores que s vezes confundem o projetista. Como saber qual a melhor soluo para um projeto? justamente disso que trataremos neste artigo.

Newton C. Braga

Nossos msculos no possuem apenas um equivalente mecnico. Existem diversas opes para o projetista que visa dotar um mecanismo de movimento. Podem ser usados motores, solenides, sistemas hidrulicos ou pneumticos, e at mesmo as Shape Memory Alloys ou Ligas com Memria de Forma. No entanto, no basta escolher um tipo e realizar o projeto para que ele funcione da melhor maneira. preciso saber que cada tipo de equivalente muscular de um rob ou outro dispositivo mecatrnico possui caractersticas especficas, que podem significar vantagens e tambm desvantagens nas aplicaes. Para entender que tipo de soluo deve ser adotada em um projeto precisamos estar atentos justamente a estas propriedades, que passamos a analisar agora.Prs e contras das opes No que se refere aos tipos comuns de solues adotadas para se prover um mecanismo de movimento, temos os seguintes casos:24

a) Sistema Hidrulico Vantagens: obtm-se a maior potncia de todos os sistemas descritos em relao ao tamanho. Se alta presso estiver disponvel, conseguese operao do dispositivo com alta velocidade de resposta. Desvantagens: as vlvulas usadas so caras, e qualquer pequeno escape de presso pode causar problemas de funcionamento. A vedao do sistema pode ser crtica, dependendo da aplicao. Da mesma forma, acionadores pequenos so difceis de obter e de trabalhar com eles. O sistema para disponibilizar a presso complexo e caro em alguns casos. b) Sistema Pneumtico Vantagens: pode-se obter uma boa potncia em relao ao tamanho, e se alta presso for disponvel, teremos uma resposta muito rpida aos comandos. Desvantagens: devido ao fato dos gases poderem ser comprimidos, isso causa uma certa instabilidade de funcionamento. Exige-se um compressor ou ento um sistema que arma-

zene presso, a qual no no pode estar disponvel por muito tempo. Do mesmo modo que nos sistemas hidrulicos, o sistema sensvel ao escape (fugas), tornando-se crtica sua montagem. c) SMA Vantagens: simples de utilizar. Precisa apenas de uma fonte de corrente constante ou PWM apropriada. Desvantagens: velocidade de resposta muito baixa. Menos de 1 contrao por segundo, em mdia. No fcil de obter em nosso mercado e seu custo relativamente elevado. O rendimento tambm no dos maiores: a taxa de contrao pequena, podendo trazer problemas de projeto, dependendo da aplicao. d) Msculo Pneumtico Vantagens: tem as mesmas vantagens dos sistemas pneumticos. Desvantagens: as velocidades de operao so baixas e a potncia no das maiores. Exige-se um sistema que fornea a presso constantemente: um compressor ou outra fonte. O sistema tambm crtico ao escape Mecatrnica Fcil n47

robticae vazamentos, podendo tornar-se instvel. Sua montagem relativamente simples, mas a obteno do gs sob presso pode ser problemtica. e) Motores Eltricos de Corrente Contnua Vantagens: no precisam de nenhum recurso mecnico adicional como vlvulas ou canalizaes. Simples de usar, pois basta ter um circuito de controle apropriado. Podem ser interfaceados diretamente com microcontroladores. So encontrados numa grande variedade de tamanhos, tenses de alimentao e potncias. Desvantagens: so pesados em relao a outros sistemas de propulso e precisam de uma potncia elevada para funcionar. Apresentam problemas de aquecimento e necessitam de sistemas de reduo com engrenagens e outros recursos. Os sistemas de reduo so igualmente pesados e em alguns casos caros. Dependendo da potncia, podem tambm gerar calor. f) Motores de Passo Vantagens: so relativamente pequenos, precisos e no necessitam de elementos adicionais. Podem ser interfaceados diretamente com os circuitos de controle como, por exemplo, computadores. Seu uso relativamente simples quando no se exigem movimentos complexos. Podem ser obtidos em uma grande variedade de tamanhos e potncias. Desvantagens: possuem uma potncia muito baixa. Para se obter maior potncia precisam ser acoplados a caixas de reduo. Requerem circuitos de controle que, em alguns casos, podem ser bastante complexos em funo do movimento desejado.T1 Msculo Hidro. Pneum. SMA Pneum. M -A M P M PM PM P M -A P-M PM P B S S N S A B-M B-M S S S S A M-A B M M-A M-A MB B-M Motor DC P P M N S B-M M

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g) Servomotores Vantagens: so pequenos e tm um custo relativamente baixo. Em alguns casos, os controladores tambm so simples e baratos. No necessitam de recursos especiais como redues. Desvantagens: possuem uma potncia muito baixa e so lentos, quando comparados aos motores de passo ou sistemas pneumticos. No nosso pas no so obtidos com facilidade, principalmente nos locais mais afastados. h) Atuadores Lineares Vantagens: so muito fortes, podendo realizar esforos grandes. So simples de usar, pois basta ter a alimentao eltrica apropriada. Podem facilmente ser acoplados a controles por microprocessadores ou mesmo computadores. Desvantagens: na maioria dos casos so grandes demais para utilizao em sistemas que exigem dispositivos pequenos como, por exemplo, robs mveis. No so simples de se obter e custam caro. Em alguns casos devem ser fabricados pelo prprio montador. Comparativo A tabela 1 faz uma comparao entre os diversos sistemas, com base na seguinte legenda: B Baixo S Sim M Mdio N No A Alto P Pequena MB Muito baixo Concluso Antes de escolher o sistema que ser usado no seu projeto, leve em considerao todos os fatores indicados acima, alm de outros que podem ser especficos da aplicao. Analise o comportamento de cada atuador para verificar se atende s suas necessidades. fMotor Passo P P P-M N S B-M A Servo Motor P P P N S B B Atuador M M-A M -A N S A M-A Peso Tamanho Custo Vlvulas Custo da vlvula Exige controlador Potncia Velocidade

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Mensagens OcultasCom o sucesso do livro e do filme Cdigo Da Vinci, os artefatos estranhos da estria, contendo mensagens ocultas, tm chamado a ateno de muitas pessoas. A criptografia e a esteganografia, amplamente abordadas por Dan Brown em sua obra, escondem muitos mistrios que o leitor poder entender atravs deste artigo.Newton C. Braga

A arte de escrever

Esteganografia consiste na arte ou cincia de se escrever mensagens ocultas de tal forma que ningum saiba que elas existem. diferente da criptografia, onde a mensagem tem sua existncia conhecida, mas no se sabe como decifr-la. Um texto embaralhado, como o produzido pela famosa mquina Enigma, um texto criptografado. No entanto, um microponto numa mensagem que ningum sabe que existe uma mensagem esteganografada. Um texto escrito ao contrrio como Leonardo da Vinci costumava fazer, de modo a s poder ser lido com a ajuda de um espelho um exemplo de criptografia. A palavra esteganografia atribuida a Johannes Trithemius, grafada com o ttulo steganographia, em livro em que o autor tratava destas tcnicas como magia negra . O leitor no deve confundir esteganografia com estenografia, que a tcnica de se escrever de forma abreviada rpida, muito usada pelas secretrias (no eletrnicas) que, antes do advento do gravador, tinham de anotar tudo que se passava numa reunio ou mesmo as cartas ditadas pelos chefes. Para se obter um texto esteganogrfico comum que em primeiro lugar ele seja encriptado, ou seja, passe por algum tipo de processamento que o26

torne ilegvel. Depois, o mesmo texto modificado de alguma maneira tal que sua presena no possa ser detectada, obtendo-se assim um estegotexto. Um exemplo interessante de esteganografia que pode ser dado do tempo dos gregos antigos. Naquela poca tbuas com textos secretos eram cobertas de cera de modo que a mensagem ficava escondida. Bastava derreter ou remover a cera para que ela pudesse ser lida. Um outro exemplo dado por Herdoto. Diante da invaso dos persas, precisando alertar um general sobre isso, mas de forma secreta, o rei mandou raspar a cabea de um escravo, onde escreveu a mensagem. Depois que o cabelo cresceu, mandou o escravo procurar o general com a ordem simples de rapar a cabea. Se casse em mo inimigas o escravo no saberia dizer o contedo da mensagem (pois no pode ler o que estava em sua cabea) e os inimigos certamente no pensariam em procurar l a mensagem. Evidentemente, em nossos dias, em que as mensagens precisam ser enviadas rapidamente, essa tcnica no funcionaria. Mas, atualmente, existem variaes muito interessantes para a tecnologia usada na esteganografia que podem estar sendo aplicadas neste momento.

Um exemplo moderno, pode ser dado nos prprios arquivos que circulam pela Internet e que podem esconder mensagens secretas de uma forma extremamente interessante.

Esteganografia DigitalInformaes comuns enviadas na forma digital apresentam uma caracterstica que facilmente permite que elas sejam utilizadas para codificar mensagens codificadas na forma oculta. Partindo do fato de que as imagens digitais so formadas por conjuntos de bits que representam a porcentagem com que cada cor est presente, podemos usar isso de forma atraente, conforme encontramos em documentao na Internet. Uma imagem em bitmap, por exemplo, utiliza 24 bits para 8 bits para representar a cor de cada pixel. Com 8 bits temos 256 nveis de cores primrias, o que mais do que suficiente para combinar esses nveis, obtendo milhes de combinaes para as cores finais. Se reduzirmos essa quantidade pela metade, nossa viso provavelmente no notar muita diferena. Isso significa que podemos usar, por exemplo, os 2 ltimos bits da proporo em que cada cor entra em cada ponto de uma imagem em bitmap, para embutir uma mensagem ou uma imagem secreta. Mecatrnica Fcil n47

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Com dois bits de cada ponto de cor, temos 6 bits, o que mais do que suficiente para embutir numa imagem caracteres e nmeros, alm de sinais grficos. Para que o leitor tenha uma idia do potencial em que isso ocorre, encontramos na Wikipedia um interessante exemplo de esteganografia feita com uma imagem em bitmap, usando 2 bits de cada componente de cor. A imagem original enviada a mostrada na figura 1. Removendo-se os dois ltimos bits de cada componente de cor do arquivo bitmap dessa imagem, obtm-se uma imagem praticamente negra. No entanto, aumentando-se o brilho dessa imagem em 85 vezes, obtm-se a imagem vista na figura 2. Quanto maior for a quantidade de bits usada na transmisso de uma imagem, mais fcil esconder uma mensagem ou uma segunda imagem, sem que isso seja percebido e com a possibilidade de se obter maior capacidade de ocultao para a mensagem secreta. Por esse motivo, as imagens digitais disponveis na Internet so um prato cheio para os mal intencionados que desejam enviar mensagens secretas de maneira praticamente indetectvel. Mecatrnica Fcil n47

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Imagem obtida na internet

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Imagem decodificada

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escola3Decodificando uma mensagem com tinta invisvel, usando-se gua

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Produzindo um microfilme

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Usando um microfilme com microponto

Especula-se que o prprio Bin Laden tenha usado esse recurso para enviar ordens aos seus subordinados, de uma maneira simples, se bem que isso no tenha sido provado. Bastava aplicar uma tcnica de extrao simples da imagem disponvel, para revelar imediatamente a mensagem ou imagem esteganografada! O mais grave dessa tcnica que a introduo da informao secreta numa imagem comum torna-a praticamente indetectvel. No h praticamente nenhuma alterao visvel na imagem enviada que possa levar um eventual interceptador a desconfiar de algo, conforme vimos nas imagens dadas como exemplos. Na prpria transmisso de imagens digitais com compresso JPEG ou MPEG pode-se ter a incluso de mensagens secretas esteganografadas com facilidade. Na transmisso de imagens na forma comprimida comum a introduo de rudo em substituio a certa redundncia (abordamos esse assunto em srie de artigos da Revista Saber Eletrnica em que tratamos da TV Digital). Esse rudo, no caso da TV digital e de imagens comprimidas (que podem ser enviadas para celulares), consiste em um conjunto de bits aleatrios. Porm, nada impede que eles sejam substitudos por uma sequncia no aleatria que leve uma mensagem secreta. Somente o receptor que saiba desse contedo pode aplicar o algoritmo que faa a sua extrao. Os demais no tero sequer a ideia de que essa mensagem existe! Para eles aqueles bits a mais, se acessados, sero interpretados como rudo.28

Outras TcnicasExistem diversas tcnicas interessantes, algumas envolvendo eletrnica, que permitem ocultar uma mensagem em outra aparentemente inocente, ou mesmo em imagens ou objetos. Vamos citar algumas. Tinta invisvel Pode-se escrever uma carta inocente a um parente e nas entrelinhas uma mensagem secreta com tinta invisvel. Somente quem sabe da existncia da segunda mensagem, pode fazer sua revelao. Se o leitor gosta de experimentar com coisas diferentes, pode escrever sua mensagem secreta com a tinta invisvel, para a qual damos a frmula a seguir (que no nada secreta). Dissolva meio-a-meio gua e detergente comum, enchendo com a mistura uma caneta-tinteiro comum. Escreva a mensagem de disfarce com uma caneta esferogrfica comum e nas entrelinhas a mensagem secreta com a tinta invisvel descrita. Esperando que a tinta seque, voc ver que a mensagem secreta desaparece. Para revelar basta molhar a folha de papel, conforme ilustra a figura 3. Micropontos Essa uma tcnica muito usada pelos espies da poca anterior a James Bond (que de alta tecnologia). Os espies na Segunda Guerra Mundial usaram muito esse recurso. A tcnica consiste em se fotografar a mensagem ou plano secreto e, depois, reduzir a imagem a um microponto usando uma cmera fotogrfica especial adaptada a um microscpio invertido, conforme exibe a figura 4.

O microponto pode ento ser colocado sob o selo de uma carta comum, ou mesmo substituir um pingo no i de um determinado texto, j conhecido por quem vai receber a mensagem, veja a figura 5. Diversos micropontos numa mensagem permitem enviar longos documentos e planos secretos.

Terrorismo e ContramedidasEspecula-se que as ordens dadas por Bin Laden para o ataque de 11 de setembro tenham sido feitas atravs de imagens esteganografadas colocadas em sites pblicos como o eBay. As mensagens estariam perdidas entre milhes de imagens que circulam pela internet e somente quem soubesse exatamente onde elas se localizariam e como extra-las, teria acesso. Os terroristas da Al-Qaeda tambm estariam usando mensagens via e-mail com textos ocultos, que facilmente passariam despercebidos em textos comuns, como as tcnicas esteganogrficas ensinam. Contudo, muitas dessas especulaes perderam sua fora quando o correspondente Jack Kelley, um dos que afirmava a existncia dessas tcnicas foi pego num grande escndalo em 2004, por forjar histrias fantsticas inventando fontes inexistentes. O prprio New York Times andou publicando em 2001 artigos afirmando que a Al-Qaeda usava tcnicas esteganogrficas para contactar seus agentes. Posteriormente, foi capturado um manual de treinamento daquela organizao e nele no havia nenhuma citao a qualquer tcnica esteganogrfica (ou ela tambm estaria esteganografada para ningum saber...). Segundo o manual, os militantes daMecatrnica Fcil n47

escolaquela organizao ainda se baseavam em tcnicas antigas de cifras e cdigos para suas mensagens. De qualquer forma, o fato de sabermos que a tecnologia existe e que possvel esteganografar mensagens disfaradas em praticamente qualquer coisa, nos leva a repensar nossa capacidade de anlise. A anlise de mensagens esteganografadas denominada esteganoanlise. Uma maneira simples de tentar detectar uma mensagem oculta que esteja disponvel na forma de uma imagem na internet ou outro arquivo comparar o arquivo dela com o arquivo da imagem original, detectando alteraes. claro que, para isso, devemos ter acesso ao arquivo original. Partindo do fato de que um eventual agente pode usar uma imagem disponvel na internet para embutir sua mensagem, a descoberta da imagem original pode ser de grande valia para a decodificao da mensagem secreta. Existem at softwares comerciais que fazem isso! O que pode atrapalhar que a aplicao de algoritmos de compresso numa imagem, que em alguns casos atuam de maneira aleatria, ou conforme o meio de transmisso, faz com que mesmo imagens que no transportem nada de especial alm delas mesmas, sejam diferentes nos arquivos, conforme o local em que sejam recebidas.

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Inversores de FrequnciaTeoria e AplicaesTcnicos, tecnlogos e engenheiros que atuam nas reas de automao, mecatrnica e eletrotcnica, alm de profissionais que desejam manter-se atualizados, podem se beneficiar deste livro. Com uma linguagem clara e objetiva aborda os conceitos bsicos dos inversores de freqncia, seus princpios de funcionamento, controles escalar e vetorial, caractersticas de instalao, aplicaes e uma descrio detalhada dos seus parmetros. Exerccios so propostos ao final de cada captulo para facilitar a compreenso e a fixao dos assuntos abordados. Fornece um apndice que mostra os transdutores de velocidade, fundamentais para o controle de velocidade com inversores de frequncia.

Controladores Lgicos ProgramveisSistemas DiscretosOs conceitos fundamentais de CLPs, linguagens de programao Ladder, Seqenciamento Grfico de Funes (SFC), Lista de Instrues (IL), Diagrama de Blocos Funcionais (FBD) e converso de Grafcet em Ladder so estudados nesta obra, de forma didtica e objetiva, alm de sensores e atuadores. Indispensvel a tcnicos, tecnlogos e engenheiros que atuam nas reas de automao, mecatrnica e eletrotcnica, alm de profissionais que desejam manter-se atualizados. Apresenta exemplos resolvidos nos CLPs Allen-Bradley, Schneider Electric e Siemens, alm de implementaes em um controlador que segue a norma IEC 61131-3. Mostra a utilizao do software Zelio Logic como ferramenta de apoio e exerccios propostos para fixao do aprendizado.

ConclusoUnida criptografia (arte de cifrar mensagens), a esteganografia consiste numa poderosa ferramenta para os agentes secretos, terroristas e espies de todos os nveis. No sabemos quantas das imagens que inocentemente acessamos na Internet, algumas das quais bonitas o suficiente para baixarmos como nosso pano de fundo, trazem em suas entrelinhas digitais informaes capazes de abalar o mundo como frmulas secretas roubadas de laboratrios, receitas de armas qumicas, planos de msseis e at mesmo bombas nucleares. O leitor j pensou na possibilidade de que o pano de fundo baixado da Internet, que agora decora a tela do seu monitor, possa trazer em seu arquivo um terrvel segredo capaz de acabar com o mundo? f Mecatrnica Fcil n47

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Princpios bsicos de pneumticaConhecer os conceitos bsicos de pneumtica fundamental para qualquer tcnico mecatrnico, tanto para os que prentendem trabalhar com animatrnicos como para aqueles que desejam trabalhar com robs industriais. Esta primeira parte visa mostrar alguns tipos de compressores utilizados na indstria.Rafael Gonalves de Souza

A fora dos ventos era atribuda aos deuses no passado distante, e sempre fascinou filsofos e gnios de antigamente, tanto que o prprio Leonardo DaVinci tentanva usar a resistncia do ar para poder voar, assim como os pssaros. A palavra pneumtica vem do grego pneumtikos que significa flego, alma. A pneumtica consiste no emprego do ar na cincia e na tecnologia. Uma das grandes vantagens na utilizao do ar como energia em uma indstria o custo em comparao com um sistema hidrulico, porm sabido que o forte da pneumtica sua velocidade e no a fora como na tecnologia hidrulica, e por falta desta fora os acidentes com mquinas pneumticas so menos comuns, mas uma dica importante nunca colocar a sada de ar em contato com os olhos, usando sempre culos de proteo, pois uma simples fagulha pode cegar o operador. O ar comprimido tambm um poluidor sonoro, e por isso importante tambm que o operador utilize proteo para os ouvidos ou silenciadores nas sadas de ar. comum nas indstrias a aplicao mista de pneumtica (velocidade) e hidrulica (fora e preciso), at mesmo por razes financeiras.30

Para evitar a contaminao, por impurezas no ar, de alimentos na hora de sua fabricao, as empresas alimentcias empregam o ar puro para movimentar as suas mquinas e para obter este grau de pureza os compressores utilizam filtros de ar, tanto na entrada como na sada. O ar (neste caso o oxignio, mas podemos usar outros tipos de gases e at vapores) pode ser comprimido e expandido, desde que bem acondicionado. Com ele possvel amortecer pancadas fortes em movimentos suaves como o caso de alguns amortecedores a ar, lembrando que existem os amortecedores a leo, mas neste caso trata-se de hidrulica que outra cincia. Este mesmo ar que se comprime para dar uma certa resistncia ao impacto, serve de resistncia ao ser extremamente rarefeito, sempre tendendo a voltar posio de inrcia se nada o segurar. Mas, como devemos fazer para colocar ar de forma comprimida dentro de um cilindro hermeticamente fechado? Primeiramente o ar ambiente capturado atravs de um compressor, este equipamento tem como funo aumentar a presso de um fluido em estado gasoso (ar, vapor da gua etc) que deve estar em um local fechado com boa ventilao sem su-

jeira e fresco, pois imprescindvel o grau de pureza do ar para a vida til dos componentes do sistema pneumtico, que o empurra para dentro do cilindro. Existem basicamente dois tipos de compressores que devem ser escolhidos com cautela para suprir a necessidade de um sistema, inicialmente verificaremos as caractersticas do compressor. O smbolo do compressor utilizado nos diagramas mostrado na figura 1.

As caractersticas e os tipos dos compressoresTipo construtivo: Compressor de mbolo com movimento rotativo: (deslocamento volumtrico alternativo) Compressor Dinmico (radial, axial): (acelerao do ar)1Simbologia do compressor

Mecatrnica Fcil n 47

escolaDinmicosExistem duas verses de compressores dinmicos, o Radial e o Axial. Compressor Radial: como podemos observar na figura 2 o ar empurrado pelo rotor e devido a sua grande rotao ele lanado atravs de um difusor radial, a velocidade do processo pressiona o ar no rotor e tambm no difusor radial e de sada. Existem compressores centrfugos multiestgios que utilizam dois ou mais rotores girando no mesmo eixo. Os estgios tm um difusor e um canal para retorno separando os rotores (figura 3). Compressor Axial: um compressor de alta capacidade e rotao, com caractersticas bem diferentes do radial, cada estgio consiste em duas fileiras de lminas, uma rotativa e outra estacionria. As lminas transmitem velocidade e tambm presso ao ar, sendo que a velocidade transformada em presso nas lminas estacionrias (figura 4). Curiosidade: Observando os compressores, chegamos e concluso que um ventilador encostado na parede, no pode refrigerar muito, pois o ar capturado de trs para frente com suas palhetas e no empurrado com muita gente pensa. Portanto quando ligar seu ventilador domstico, no o encoste na parede, pois sua funo no ser realizada com sucesso.2Difusor radial

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3Compressor centrfugo

4Compressor Axial

5Compressores com mbolo

6Compressores tipos Roots

Compressores de deslocamento PositivoCompressores com mbolo - deslocamento linear: o princpio destes compressores reduzir o volume da massa gasosa (o ar da atmosfera) confinada em cmaras fechadas (Cmara de Compresso), esta reduo feita por um mbolo para que ocorra um aumento de presso (figura 5). Compressores tipo Roots: consiste de dois rotores simtricos em forma de oito, chamados de lbulos, que giram em direo oposta, transportando o ar de um lado para o outro, sem alterao de volume (figura 6).

Dicas para o profissionalLer e conhecer, conhecer e testar, testar e observar, somente com dedicao e raciocnio lgico o futuro profissional de mecatrnica poder utilizar todo o potencial da pneumtica Mecatrnica Fcil n 47

em seus projetos. Saber onde e como usar pode ser importante para o bom aproveitamento de um projeto, com preciso, velocidade, segurana e confiabilidade no sistema implantado. Entender pneumtica uma arte, dominar os seus diversos aspectos e propriedades vem da dedicao aos clculos e da experincia.

Uma dica de leitura o livro Automao Pneumtica, disponvel para venda no site www.novasaber.com. br. Outra dica fazer um bom curso ou escola para aqueles que pretendem se especializar em pneumtica. So diversas as instituies que possuem um bom currculo, sendo o Senai uma delas. f31

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MontatrekoConfira oito projetos simples incluindo montagens de fontes DC e de alta tenso, metrnomos, minieletrificador, sirene de dois tons com lmpada non e muito maisProjeto 1: Minibooster de udioEste um excelente circuito reforador de som para walkmans, pequenos gravadores, CD players e rdios que tenham apenas sada para fones. Podemos usar essa sada para obter reproduo em um altofalante de pelo menos 15 cm. Instalado em uma pequena caixa acstica, o alto-falante com o booster e eventualmente sua fonte de alimentao proporcionaro um som melhor para seu equipamento porttil, que tenha alimentao de duas ou quatro pilhas comuns ou apenas sada de fone de ouvido. Lista de materiais:Semicondutores Q1 - TIP120 - transistor NPN Darlington de potncia Resistores (1/8 W, 5%) R1 - 47 k - amarelo, violeta, laranja R2 - 22 - vermelho, vermelho, preto P1 - 10 k - trim pot ou potencimetro Capacitores C1 - 10 F/12 V - eletroltico C2 - 100 F/12 V - eletroltico C3 - 1000 F/12 V - eletroltico Diversos T1 - transformador - ver texto FTE - 4 ou 8 x 15 cm ou maior - altofalante Ponte de terminais, caixa acstica, radiador de calor para o transistor, fonte de alimentao, fios, solda, cabo com plugue para entrada de sinal.

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A fonte de alimentao deve fornecer uma tenso de 6 a 9 V com pelo menos 500 mA. O circuito tem apenas um transistor como base e um nico ajuste para se obter um som sem distoro. Na figura 1 temos o diagrama completo do booster (reforador). Caso seu equipamento seja estreo e voc queira reforar os dois canais, monte duas unidades iguais que sero alimentadas por uma fonte de alimentao nica. Na figura 2 observamos a disposio dos componentes em uma pequena ponte de terminais isolados, j que se trata de circuito pouco crtico.2Montagem do reforador numa ponte de terminais

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Diagrama completa do reforador de som

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Mecatrnica Fcil n47

escola3Diagrama completo do metrnomo

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Disposio dos componentes numa ponte de terminais

O transistor Q2 um Darlington de potncia, o qual admite equivalentes. Na verdade, qualquer Darlington NPN com pelo menos 4 ampres de corrente de coletor pode ser usado. Este transistor deve ser dotado de um pequeno radiador de calor. Os resistores so todos de 1/8 W ou maiores, e os capacitores eletrolticos devem ter uma tenso de trabalho de pelo menos 12 V. O transformador pode ser do tipo utilizado como sada de rdios transistorizados fora de uso (o enrolamento que vai ao alto-falante passa a ser o enrolamento de entrada), ou mesmo um pequeno transformador de fonte de alimentao com primrio de 110/220 V e secundrio de 5 a 12 volts com corrente entre 50 e 250 mA. O enrolamento de baixa tenso ser usado na entrada dos sinais. Para melhor qualidade de som o alto-falante deve ser pesado, com pelo menos 15 cm de dimetro, instalado em uma pequena caixa acstica de acordo com suas dimenses. Feita a montagem, ligue a unidade na fonte de alimentao e coloque P1 na posio mdia. Ligue na entrada a fonte de sinal, que pode ser um radinho ou walkman. O sinal ser retirado da sada de fone (mono ou estreo) com plugue apropriado. Ajuste o volume at obter o mximo de sinal no alto-falante e ao mesmo tempo sobre P1, para que o som saia puro sem distores. Uma vez feito o ajuste de P1 para a melhor reproduo voc no precisar mais tocar neste componente. Para regular a intensidade do som atue sobre o controle de volume do aparelho que serve de fonte de sinal. Mecatrnica Fcil n47

Projeto 2: Metrnomo - 1A finalidade deste circuito produzir estalos ritmados que servem para dar o compasso ao se tocar algum instrumento musical, ou ainda controlar o modo como um exerccio de ginstica feito, ou mesmo o ritmo de operaes numa experincia no laboratrio de fsica. Como trabalho escolar este circuito pode ser usado para demonstrar o princpio de funcionamento deste aparelho, que usado no ensino de msica e em atividades. O metrnomo descrito alimentado por pilhas, bateria ou ainda uma fonte de 6 a 12 volts. A tenso escolhida ir determinar a intensidade dos estalos produzidos. A nica alterao no projeto original ocorrer se desejarmos alimentar o circuito com 12 volts, caso em que deveremos usar um TIP32 em lugar do transistor BC558. O montador, entretanto, dever observar que este componente tem uma disposio de terminais diferente do original. O ajuste da frequncia ou velocidade das batidas feito em P1, que abrange uma enorme gama de valores e que ainda pode ter alteraes se trocarmos C1.

das oscilaes. Como P1 varivel podemos ajustar neste componente a frequncia das oscilaes. A carga usada no transistor Q2 de sada um alto-falante que reproduz as oscilaes na forma de pulsos, gerando estalos audveis de boa intensidade.

MontagemNa figura 3 vemos o diagrama completo do metrnomo. A disposio dos componentes em uma ponte de terminais e placa de circuito impresso mostrada na figura 4. Os resistores so de 1/8 W ou maiores com qualquer tolerncia, e os transistores admitem equivalentes. Os capacitores eletrolticos devem ter tenses de trabalho iguais ou maiores que as indicadas na lista de material. O potencimetro pode ser de qualquer tipo e na realidade seu valor no crtico, podendo ficar entre 470 k ohms e 2,2 M ohms. O altofalante influenciar no volume obtido. Podem ser usados pequenos alto-falantes de 5 cm para uma montagem porttil, mas para maior intensidade de som interessante fazer uso de um alto-falante maior montado numa caixa acstica. Para a verso de 12 V em que Q2 deve ser um TIP32, este componente deve ser dotado de um radiador de calor que consiste numa chapinha de metal dobrada em U. Na verso de 9 V no recomendamos o uso de bateria, mas sim de seis pilhas ou fonte, uma vez que o consumo algo elevado.33

Como funcionaO circuito consiste basicamente em um oscilador com dois transistores complementares, onde o capacitor C1 juntamente com R2 formam o elo de realimentao. Este elo aplica de volta entrada do circuito o sinal obtido na sada de modo que ele oscile. Estes componentes, juntamente com P1 e R1 determinam a frequncia

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escola5Diagrama do pr-amplificador de udio

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Montagem feita com base numa ponte de terminais

Prova e usoPara testar o aparelho, basta colocar as pilhas no suporte ou ligar a alimentao externa observando a polaridade e ajustar P1 para que os estalos ocorram na frequncia desejada. Se no alcanar a frequncia desejada, altere o valor de C1. Se o leitor quiser, poder calibrar a escala do potencimetro com base num cronmetro comum ou ainda um metrnomo de verdade. A escala ser feita em nmero de estalos por segundo. Para usar basta ajustar o aparelho para produzir os estalos na frequncia desejada. Se optar por uma montagem Lista de materiais 2:Semicondutores Q1 - BC548 ou equivalente - transistor NPN de uso geral Q2 - BC558 ou TIP32 - transistor PNP - ver texto Resistores (1/8 W, 5%) R1 - 10 k - marrom, preto, laranja R2 - 1 k - marrom, preto, vermelho P1 - 1 M - potencimetro Capacitores C1 - 10 F/12V - eletroltico C2 - 100 F/12 V - eletroltico Diversos FTE - 4/8 - alto-falante de 5 a 10 cm S1 - Interruptor simples B1 - 6, 9 V - bateria ou fonte - 12 V - fonte - ver texto Ponte de terminais ou placa de circuito impresso, caixa para montagem, suporte de pilhas ou fonte de alimentao, boto para o potencimetro etc.

porttil, para utiliz-lo em caminhadas por exemplo, o alto-falante pode ser trocado por um fone de baixa impedncia (8 a 32 ohms) e a alimentao feita por duas pilhas pequenas.

ExplicaoO aluno deve pesquisar antes a finalidade dos metrnomos no ensino de msica e, se possvel, at conseguir um tipo antigo de vareta (uma vareta que vibra acionada por um mecanismo de mola). Depois, deve explicar o princpio de funcionamento dos circuitos osciladores eletrnicos e comparar com os metrnomos antigos. Faa uma analogia entre o comprimento da vareta que determina a frequncia nos tipos mecnicos antigos e o valor do capacitor C1 que determina a frequncia no tipo eletrnico. Em um trabalho de eletrnica tenha em mos diversos valores de capacitores para usar em lugar de C1, mostrando ento como esse componente influi na frequncia do aparelho.

AplicaesColoque algumas bolinhas de isopor dentro do cone do alto-falante virado para cima. As bolinhas saltaro ritmamente a cada estalo. Use este experimento para explicar como funcionam os alto-falantes.

Projeto 3: Pr-amplificador de udioEste circuito simples pode ser usado para reforar o sinal de fontes que no sejam capazes de excitar seu amplificador, ou a entrada de seu PC, tais como microfones de baixa

e mdia impedncia, fonocaptores, captadores de violo e guitarra etc. O circuito compacto podendo at ser instalado dentro da fonte de sinais, devendo ser intercalado entre a fonte de sinal e o prprio amplificador. A alimentao poder ser feita com tenses de 6 a 9 V obtida de pilhas comuns ou de uma bateria. Como a corrente exigida baixa, a durabilidade de pilhas ser bastante grande. O nvel de sinal de sada depende do nvel do sinal de entrada e da amplificao. No caso, esta amplificao da ordem de 50 vezes, mas pode ser alterada com a troca do resistor R1 e tambm o ajuste de P1. Este potencimetro (ou trimpot) P1 justamente permite que se ajuste o ganho do circuito com a fonte de sinal de modo a se obter uma sada sem distoro capaz de excitar o amplificador externo. Na figura 5 voc pode vizualizar o diagrama completo. Na figura 6 ilustramos uma sugesto para a disposio dos com