Fonte de Muita Alta Tensão (ART1418)

Campos estáticos são gerados por tensões muito altas (acima de 2 000 volts) e podem ter diversas utilidades práticas na industria, no laboratório ou mesmo no lar. Dentre elas destacamos a deposição de poluentes ou substâncias em suspensão, produção de íons, ozona e até mesmo aceleração de partículas. Neste artigo descrevemos a montagem de um aparelho relativamente simples que pode gerar tensões de até mais de 40 000 volts com baixa corrente para muitas aplicações práticas. Com esta fonte de muita alta tensão, projetos que necessitem de campos estáticos podem ser desenvolvidos com facilidade.

Um corpo carregado de eletricidade atrai partículas de pó ou qualquer outro tipo de partícula em suspensão no ar, como por exemplo tinta, poluição ou poeira.

O leitor pode observar isso abrindo seu televisor ou mesmo monitor de vídeo: a quantidade de pó que se acumula nos circuitos de alta tensão como por exemplo o cinescópio é a maior prova do que falamos.

Na industria existem diversos tipos de filtros que justamente se aproveitam deste fenômeno.

Uma corrente de ar carregado de partículas em suspensão, por exemplo a fumaça que emana de um forno, ao passar por telas submetidas a altas tensões contínuas fazem com que as partículas se carreguem e sejam atraídas por uma placa metálica onde se acumulam.

Desta forma funcionam os filtros eletrostáticos de fumaça.

Uma outra aplicação consiste em se aplicar num objeto metálico que deva ser pintado uma alta tensão carregando-o .

Desta forma, ao pulverizarmos a tinta ela será atraída pelo próprio objeto, fixando-se com mais facilidade.

Na figura 1 mostramos um pulverizador típico de tinta que é pode ser usado em conjunto com uma fonte de alta tensão.

 

Evidentemente, a deposição de tinta nesta aplicação, ou mesmo de outras substâncias é afetada por diversos fatores, como por exemplo o vento e até mesmo o espalhamento natural do processo de modo que, podem ocorrer perdas ou deposições desuniformes, as quais devem ser analisadas para se conseguir o melhor desempenho.

Outra aplicação é em aulas de física em que os tradicionais geradores do tipo Van-der-Graaf podem ser substituídos por uma versão mais eficiente que não é afetada pela umidade do ar.

Nosso circuito é simples de montar, convertendo os 110V ou 220V da rede de energia em alguns milhares de volts contínuos que podem ser usados nas aplicações em que um campo estático de alta intensidade seja necessário.

Observamos que a conexão do aparelho diretamente na rede de energia e também o fato dele trabalhar com alta tensão exige cuidados especiais do operador: não se deve tocar no eletrodo ou nos objetos acoplados quando estiverem sendo eletrificados com o aparelho.

Observamos também que mesmo sendo gerada alta tensão, a corrente de saída é extremamente baixa o que significa que o aparelho consome muito pouco de energia podendo ser usado por longos intervalos de tempo sem problemas.

COMO FUNCIONA

Para gerar a alta tensão de eletrificação usamos um oscilador de relaxação com base num SCR (diodo controlado de silício).

Neste circuito a tensão da rede de energia é inicialmente retificada pelo diodo D1.

O resistor R1 serve de limitador de corrente de modo a garantir que a corrente no circuito não ultrapasse um determinado valor.

A tensão obtida depois do diodo D1 serve para carregar o capacitor C1.

Este capacitor vai se carregar com a tensão de pico da rede de energia que é da ordem de 150V na rede de 110V e 300V na rede de 220V.

O SCR permanece desligado até o instante em que a tensão de disparo da lâmpada neon seja atingida.

Esta tensão é determinada basicamente pela velocidade de carga do capacitor C2 através do trimpot P1 em que fazemos o ajuste desse processo.

Quando a lâmpada neon ioniza, o que ocorre com uma tensão em torno de 80V, ela conduz intensamente a corrente o que permite que o capacitor C2 se descarregue pela comporta do SCR disparando.

No disparo, o SCR coloca em curto as armaduras do capacitor C1 que se descarrega através do enrolamento primário de T1.

O transformador T1 é um fly-back aproveitado de um velho televisor fora de uso ou mesmo adquirido em casas especializadas em material eletrônico de service.

O pulso de descarga é suficiente para gerar alta tensão no seu secundário.

A descarga do capacitor C1 ocorre em fração de segundo, assim como de C2, o que significa que a lâmpada e o SCR desligam e um novo ciclo é produzido.

As cargas e descargas dos capacitores ocorrem à razão de dezenas por segundo de modo que estaremos constantemente gerando pulsos de alta tensão.

Estes pulsos são alternados o que significa que precisamos de um diodo de alta tensão para fazer sua retificação.

Obtemos então algo entre 6 000 e 20 000 volts que pode ser usado para eletrificar os objetos.

MONTAGEM

O diagrama completo do aparelho é mostrado na figura 2.

 

A disposição dos componentes numa placa de circuito impresso é mostrada na figura 3.

 

Observe que o resistor de fio é de alta potência e deve trabalhar levemente aquecido. O valor entre parenteses é para o caso do aparelho ser usado na rede de 220 V.

A polaridade do diodo deve ser observada e o capacitor C1 é do tipo de alta tensão.

Este capacitor deve ter uma tensão de trabalho de pelo menos 200 V se a rede for de 110V e 400 V se a rede for de 220 V. Valores entre 8 e 20 µF podem ser usados sem problemas.

O SCR deve ter sufixo B se a rede de energia for de 110 V e sufixo D se a rede de energia for de 220 V.

Ele não precisará ser montado em radiador de calor.

O transformador T1 é um fly-back (transformador de saída horizontal) aproveitado de um velho televisor fora de uso.

O enrolamento primário consiste em 6 a 10 voltas de fio comum enroladas na parte de baixo do núcleo de ferrite conforme mostramos na figura 3.(O leitor deve certificar-se de que o fly-back a ser usado é do tipo que tem esta parte exposta, pois existem alguns que são totalmente selados e que não servem).

Os demais resistores do circuito são de 1/8W e a lâmpada neon é do tipo comum NE-2H ou equivalente.

O diodo retificador de alta tensão pode ser encontrado em televisores antigos fora de uso juntamente com o fly-back.

Qualquer tipo serve.

Para conexão do aparelho ao eletrodo de atração deve ser usado um fio bem isolado de 1 a 2 metros de comprimento.

Não se recomenda usar fios mais longos para que não ocorram perdas.

Todo conjunto cabe numa caixa de plástico ou madeira de dimensões médias.

PROVA E USO

Para provar o aparelho ligue a garra jacaré a uma placa de metal e coloque sobre ela uma folha de papel em branco.

Esta operação deve ser feita com a tomada do aparelho desconectada.

Lembramos que este circuito não tem isolamento da rede e mesmo com S1 aberta ele fica energizado parcialmente.

Ligue a alimentação do aparelho acionando S1.

Ajustando P1 você deve observar o acendimento das duas lâmpadas neon e um leve chiado no transformador que indica a produção de alta tensão.

Esta alta tensão pode ser comprovada encostando-se um terminal de uma lâmpada fluorescente na saída do circuito (J1). Ela deve acender com brilho bem fraco.

Depois, borrifando tinta na folha com aerógrafo ou pistola de pintura deve haver a atração das partículas de tinta de forma mais acentuada que no procedimento normal.

Ajuste P1 para obter o melhor rendimento na eletrificação do eletrodo conforme a aplicação.

Faça experiências usando a lâmpada fluorescente para lhe indicar quando é gerada a maior tensão.

Para usar, basta ligar a saída de alta tensão nos objetos que se pretende eletrificar.

Para grandes objetos de metal, ele deve estar isolado do chão para que não ocorra a descarga.