Eletrificador portátil (ART470)

Este interessante artigo é algo antigo, 1997, mas totalmente atual pois pode ser montado com facilidade com componentes de fácil obtenção. Recomendamos estes projetos para estudantes de cursos técnicos e de iniciação tecnológica pelo que se pode aprender e para os amadores pelos resultados e aplicações que oferece.

Introdução
Gerar alta tensão para eletrificar um objeto, uma certa ou alguma barreira que não deve ser ultrapassadas por pessoas ou animais não é algo simples. Além dos perigos que representa o uso da energia da rede neste tipo de tarefa (e que é proibido) existe a possibilidade de não se ter qualquer fonte de energia alternativa no local em que se pretende utilizar tal aparelho. O circuito que descrevemos gera um choque forte porém inofensivo a partir de pilhas comuns e pode ser usado para proteger passagens, manter animais confinados ou ainda proteger objetos.

Não existe nada mais convincente para manter animais ou pessoas num determinado local do que o choque elétrico. Uma barreira com choques, sem dúvida, pode fazer milagres em termos e de persuasão, mesmo sendo os choques aplicados inofensivos.

O que propomos neste artigo é um simples circuito alimentado por pilhas ou bateria recarregável que produz uma alta tensão que, mesmo sendo inofensiva, é responsável por uma descarga bastante desagradável em que tocar nos pontos eletrificados.

O circuito pode ser usado para proteger objetos e ligados a cercas pode manter animais e pessoas longe ou confinados numa determinada área.

Se bem que o consumo não seja baixo, um jogo de pilhas pode alimentar o circuito por algumas horas o que é suficiente para a realização de uma tarefa de confinamento ou proteção ou ainda pode ser alimentado por uma bateria recarregável com muito maior autonomia.

Os choques produzidos são inofensivos tanto pela baixa corrente de operação do circuito como pelo fato de estarem numa frequência relativamente alta na forma de pulsos que, diferentemente dos choques de corrente contínua ou da rede, podem paralisar a vítima impedindo que ela se solte ou se afaste do objeto que lhe causa o choque e por isso agravando os seus efeitos.

É claro que, como a lei manda, todo objeto ou local que for eletrificado deve ter um aviso informando disso.

O circuito usa componentes comuns e tem um custo bastante baixo podendo ser instalado numa pequena caixa plástica para maior facilidade de transporte e uso.

Características:

1. tensão de alimentação: 6 a 12 V
2. consumo: 100 a 200 mA (tip)
3. tensão de saída: 400 a 600 V (picos)
4. frequência dos pulsos: 100 a 500 Hz

COMO FUNCIONA

Duas das quatro portas disparadoras NAND de um circuito integrado 4093 são usadas como osciladores de frequências diferentes. CI-1 opera numa frequência muito baixa, determinada por R1 e C2 e fixa a cadência de operação do outro oscilador ou a intermitência dos pulsos de alta tensão.

Podemos alterar C1 na faixa de 100 nF a 1 µF de modo a mudar o efeito, ou então usar em lugar de R1 um trimpot de 1 M ? em série com um resistor de 10 k ?.

Veja que este oscilador tem um ciclo ativo diferente de 50%. Com pulsos estreitos de curta duração ele faz com que o circuito consuma menos energia aumentando assim a durabilidade das pilhas. A relação entre os valores de R1 e R4 determina a largura dos pulsos produzidos e pode ser alterada justamente pelo ajuste que sugerimos anteriormente.

O segundo oscilador, formado em torno de CI-1b opera numa faixa de áudio com 50% de ciclo ativo. Este oscilador determina a frequência de cada pulso e está condicionado às características do transformador de modo a haver indução da tensão mais alta possível.

Os sinais dos dois osciladores são combinados digitalmente nas duas portas restantes do mesmo circuito integrado de modo a se obter pulsos de áudio com 50% de ciclo ativo.

Estes sinais são levados à base de um transistor Darlington de potência que os aplica ao enrolamento primário de um pequeno transformador de alimentação, do tipo usado em fontes com secundário de 6 a 12 volts e primário de 110 V ou 220 V.

Este transformador opera "invertido" neste circuito. Na operação normal, aplicamos 110 V ou 220 V no seu enrolamento primário e obtemos 6 ou 12 V no seu secundário.

O que fazemos, entretanto, é aplicar pulsos de 6 a 12 V no secundário de modo que no seu enrolamento primário aparece uma alta tensão. Seria de se esperar que esta tensão fosse os 110 V ou 220 V para o qual o transformador é projetado se os pulsos aplicados fossem senoidais de 60 Hz.

No entanto, os pulsos são retangulares e de frequência mais alta. O resultado é a indução de uma alta tensão muito mais alta, cujos picos podem chegar a 400 ou 600 volts dependendo do ajuste de frequência e do próprio transformador usado, conforme mostra a figura 1.

Sinais produzidos pelo circuito.

Basta então ligar um dos terminais do transformador à terra e o outro ao objeto que desejamos eletrificar para termos os efeitos desejados.

MONTAGEM

Na figura 2 temos então o diagrama completo do eletrificador.

Digrama completo do eletrificador portátil.

Na figura 3 temos a disposição dos componentes numa pequena placa de circuito impresso. Evidentemente, a caixa usada para alojar estes componentes, depende tanto do tamanho desta placa como das próprias baterias ou pilhas usadas na alimentação.

Placa do eletrificador portátil.

O transistor de potência deve ser dotado de um pequeno radiador de calor já que tende a se aquecer. No projeto original recomendamos o uso de um TIP125. Na verdade qualquer Darlington PNP de potência com corrente de coletor de pelo menos 2 A e tensão coletor/emissor de pelo menos 200 V pode ser usado neste circuito sem problemas.

O transformador tem enrolamento primário de 110 ou 220 V e secundário de 6 a 12 volts com corrente na faixa de 250 a 500 mA.

Os resistores são de 1/8 W ou maiores e os capacitores eletrolíticos devem ter uma tensão de trabalho de 12 V ou um pouco maior que a tensão usada na alimentação do aparelho.

Para conexão ao objeto a ser protegido use fios bem isolados com garras. Estes fios podem ter até 10 metros de comprimento.

A alimentação deve ser feita com pilhas médias ou grandes preferivelmente alcalinas, já que o consumo algo elevado esgotaria rapidamente pilhas pequenas.

O leitor também pode usar baterias de Nicad (Níquel-Cádmio) ou mesmo baterias de moto ou carro para uma operação com autonomia maior.

PROVA E USO

Podemos verificar a alta tensão produzida ligando na saída do circuito uma lâmpada fluorescente comum que deve acender, conforme mostra a figura 4.

O teste de funcionamento pode ser feito com uma lâmpada fluorescente comum.

Use a lâmpada fluorescente para ajustar P1 de modo a obter máximo rendimento. A lâmpada acenderá com o maior brilho ou piscará com maior intensidade.

Comprovado o funcionamento é só fazer a instalação definitiva.

No caso de uma cerca, os arames devem estar isolados dos mourões ou pontos de fixação com castanhas isolantes ou isoladores plásticos e a ligação a terra pode ser feita numa barra de metal enterrada no chão conforme mostra a figura 5.

Eletrificando uma cerca.

Para o caso de objetos, o objeto deve estar em local isolado e deve ser de material condutor de eletricidade, metal por exemplo.

Também é interessante observar que este aparelho pode ser usado com outras finalidades. Conforme vimos a alta tensão gerada pode acender lâmpadas fluorescentes. Isso significa que, alterando o calor de C1 (entre 1 µF e 10 µF) podemos ter um pisca-pisca com lâmpada fluorescente para sinalização.

Outra aplicação consiste em se ligar na saída um transdutor cerâmico que produzirá toques agudos de alta intensidade que podem ser usados em sistemas de alarme. Tanto C1 como C2 podem ser alterados para se obter o som com a frequência e intensidade desejados.

Finalmente podemos agregar ao circuito de saída um potenciômetro de 10 k ? conforme mostra a figura 6 e usar o circuito como excitador de nervos ou plantas em experiências de laboratório.

Agregando um controle de intensidade de choque.

É claro que, nesta modalidade de aplicação as experiências devem ser sempre feitas com a ajuda de um professor dado o perigo que a aplicação de choques de forma descontrolada pode trazer.