Na edição passada introduzimos o leitor, de forma prática, no maravilhoso mundo dos SMAs. Abordamos suas características, formas de cálculos e outras informações muito importantes no seu uso. Nesta edição trataremos de um tipo de fonte de alimentação para controle de SMAs, que permitirá a realização de experimentos na bancada do estudante/hobista, assim como aplicações profissionais por parte do técnico/engenheiro mecatrônico.
Márcio José Soares
https://www.arnerobotics.com.br/
Nota: O artigo saiu numa Mecatrônica Fácil de 2003.
Na experiência do artigo anterior da série utilizamos uma simples pilha tipo AA como fonte de alimentação. Todos os cálculos feitos demonstraram que uma pilha poderia ser empregada. Porém, observamos também que a tensão necessária (calculada) ficou abaixo do esperado. Lembramos ainda que a corrente necessária (400 mA) é elevada para uma pilha pequena. O leitor que montou o circuito proposto deve ter notado que a pilha tem pouca durabilidade para a operação do mesmo. Uma solução viável é a troca da pilha pequena por uma de tipo grande, ou a associação de duas ou mais pilhas em paralelo para obtenção de uma corrente maior.
Para a aplicação proposta na edição anterior e muitas outras, poderemos, sem maiores problemas, usar pilhas e/ou baterias (dependendo exclusivamente dos cálculos realizados). Mas com este tipo de sistema, não é possível controlar (ou fornecer) a corrente exata necessária para o SMA e também a durabilidade das pilhas não é muito boa. Sem contar que para aplicações profissionais em automação, pilhas não são recomendáveis.
O leitor já deve ter percebido que a solução seria uma fonte de corrente contínua, que não se "descarregasse" facilmente e que possibilitasse o uso com as mais diversas configurações de SMAs. O circuito que propomos faz exatamente isso. Trata-se de uma fonte de corrente variável para SMAs.
O CIRCUITO
Na figura 1 temos o circuito da fonte. Utilizamos um circuito integrado regulador LM317. Com este circuito é possível obter tensões entre 1,5 V e 37 V com correntes de até 1,5 A. Adotando a configuração demonstrada nessa figura, teremos uma excelente fonte de corrente controlada. R1 é o resistor limitador de tensão assim como proporciona a variação de corrente para o SMA. Na tabela 1, o leitor tem as informações necessárias sobre o valor de R1 para cada tipo de fibra Flexinol (SMA). O comprimento adotado para a fibra nesta tabela é sempre de 10 cm.
O transformador T1 é responsável por abaixar a tensão da rede para uma tensão mais apropriada para o trabalho (12 V). Os diodos D1 e D2 retificam a corrente e devem suportar uma corrente média de trabalho de no mínimo 3 A. C1 e C2 fazem a filtragem.
Importante: O leitor deve ter em mente que mesmo podendo controlar a corrente, este circuito não nos permite controlar o tempo de aplicação dela no SMA. Sendo assim, todas as recomendações feitas na edição anterior a respeito do excesso de corrente, força e calor, aplicados sobre o SMA devem ser considerados para o uso deste circuito também.
Os transistores Q1 e Q2 quando em condução (S2 pressionado) permitem a passagem da corrente pelo SMA, assim não temos que ligar e desligar nossa fonte para que o SMA realize seu "trabalho". A chave S1 liga a fonte e o LED D3 faz esta indicação. O galvanômetro (amperímetro) G1 é opcional e pode ser substituído por um multímetro, conforme demonstra a figura 2.
Montagem
Na figura 3 mostramos o "lay-out" para a montagem da fonte. O leitor poderá também utilizar placas do tipo padrão, sem maiores problemas, lembrando apenas que se trata de uma fonte de corrente com capacidade para até 1,5 A e, neste caso, não devemos empregar fios muito finos para este tipo de montagem.
Tenha cuidado ao soldar componentes polarizados tais como diodos, capacitores eletrolíticos, transistores e o regulador. É altamente recomendável um radiador de calor para o regulador e para Q2. O circuito pode ser montado sobre uma pequena chapa de madeira ou mesmo plástico (figura 4). Para um melhor acabamento e proteção do circuito sugerimos a montagem conforme ilustra a figura 5, em um gabinete.
PROVA E USO.
Nada melhor que provar nosso circuito em mais uma experiência. Para aqueles que não desejam realizar a experiência sugerida, poderão preparar o circuito demonstrado na figura 6. Ligue a fonte em série com uma resistência de 50 Ω com 5 W de dissipação mínima. Varie a posição de P1 e veja a alteração da corrente no circuito através do galvanômetro da fonte ou através do multímetro.
Para o leitor que deseja montar mais uma experiência com SMAs, o circuito está na figura 7. O leitor notará que há uma semelhança muito grande com o circuito empregado em nossa primeira experiência (Mecatrônica Fácil n°10). A diferença é que agora não empregaremos mais pilhas, usaremos a fonte de corrente. Um outro ponto interessante é que a chave de controle também faz parte de nossa fonte. Basicamente, o que temos é o SMA ligado à fonte.
Na experiência anterior, construímos uma pequena alavanca. Agora, faremos um "relé" com SMAs. Isso mesmo, um relé!!! A diferença entre as experiências está na aplicação mecânica proposta. Veja a figura 8.
Sabemos que o SMA pode atuar sobre pequenas cargas mecânicas. Sabemos também que um relé converte a tensão aplicada em sua bobina em energia eletromagnética. Esta energia atrai, como um ímã, a chave de controle. Assim, sempre que inserimos energia elétrica em um relé, este a transforma em energia eletromagnética e aciona a chave (figura 9). Sendo assim, podemos fazer com que o fio SMA acione uma pequena chave que, por sua vez, pode acionar uma pequena lâmpada, por exemplo. Construiremos, assim, um "relé-SMA".
Na figura 10 temos o esquema do relé-SMA. Utilizamos uma pequena chave tipo push-button "normalmente aberta". Como é possível perceber, o SMA é preso por suas pontas e a chave é colocada sob o SMA. Sempre que o SMA se contrai, a chave é pressionada. O leitor deve respeitar a máxima contração permitida para o SMA.
Regule a montagem mecânica para que o acionamento da chave "relé" seja feito sem ultrapassar este limite. Não utilize chaves com acionamentos muito "duros" e também muito "longos". As chaves com alavancas (figura 11) empregadas em sistemas de alarme são ideais para esta experiência.
Regule a fonte para a corrente previamente calculada. Ligue o SMA nos bornes de saída da fonte utilizando as dicas passadas na edição n° 10 de Mecatrônica Fácil. Ligue a fonte e pressione a chave S2 até que a chave "relé" seja acionada. Solte-a imediatamente para não sobrecarregar a fibra e aguarde-a relaxar. Para acelerar o processo de retorno da fibra, na edição anterior o leitor encontrará algumas sugestões. Uma delas pode ser o uso de uma mola em uma das pontas do SMA.
Importante: Para regular a fonte para atuar com um SMA qualquer, realize os cálculos para encontrar a resistência do SMA, a corrente necessária e a potência dissipada. Use a tabela I para se orientar. Para não forçar a fibra durante a regulagem da fonte, podemos improvisar uma "fibra fantasma" com um resistor com a mesma resistência calculada e com uma potência de dissipação duas vezes maior da obtida nos cálculos.
CONCLUSÃO
Neste artigo, o leitor aprendeu a montar uma fonte de corrente constante que pode ser utilizada em seu laboratório não só no controle de SMAs, mas também para outros fins. Viu ainda que é possível utilizar a força do SMA para controlar "cargas elétricas" maiores, montando um relé. Nas próximas edições trataremos mais sobre SMAs além de outras formas de controle e aplicação. Boa experiência e até a próxima!
