Os ultrassons podem ser percebidos por diversas espécies de animais tais como roedores, cães, gatos, algumas aves e até mesmo alguns insetos e peixes. O fato importante, que nos interessa neste projeto, é que ultrassons em grande intensidade podem perturbar estes animais, afastando-os do local em que ocorre sua emissão. Descrevemos então um potente emissor de ultrassons que pode ser usado para manter roedores afastados de hortas, silos, despensas ou ainda espantar animais indesejáveis como cães e gatos de locais em que seja deixado lixo ou alimentos.
Espantalhos eletrônicos com base na emissão de ultrassons podem ser encontrados na forma comercial e usados com eficiência em muitos casos.
O exemplo mais comum está no uso de potentes fontes de ultrassons em silos, mantendo afastados roedores que podem causar grandes prejuízos, principalmente se forem armazenados grãos.
Descrevemos neste artigo a montagem de um emissor de ultrassons de boa potência que pode ser usado para manter animais sensíveis como roedores, cães, gatos, aves, etc., evitando assim que façam estragos.
O modo de usar e sua eficiência dependem de diversos fatores, tais como a sensibilidade do próprio animal aos ultrassons como também do tamanho do local que deve ser protegido e o tipo de ação que deve ser evitada.
O circuito pode ficar permanentemente ligado consumindo o equivalente a uma lâmpada comum de baixa potência (algo em torno de 25 watts) o que não significará um gasto apreciável de energia elétrica.
OS EFEITOS DOS ULTRASSONS
Os seres humanos possuem uma faixa de audição relativamente estreita, conforme podemos observar pela figura 1.
As pessoas, em média, começam a ouvir os sons cujas frequências estejam em torno de 16 Hz e têm seu limite superior em uma frequência de aproximadamente 16 000 Hz. Esses valores mudam bastante de indivíduo para indivíduo e mesmo em função da idade.
Acima dos 16 000 Hz as vibrações sonoras existem, mas não podemos ouvi-las o que nos leva a classificá-las como ultrassons (ultra = acima).
No entanto, muitos animais possuem um espectro auditivo mais amplo ou diferente do nosso conforme mostra a figura 2.
Assim, existem algumas espécies de morcegos que podem ouvir vibrações de até 100 000 Hz, enquanto que muitos roedores como os ratos podem facilmente ouvir vibrações acima dos 30 000 Hz.
Até mesmo os cães e gatos podem ouvir sons numa boa faixa acima dos 16 000 Hz.
O importante desta possibilidade destes animais ouvirem sons acima dos 16 000 Hz, ou seja, serem capazes de perceber ultrassons, é que muitos deles são sensíveis a estas vibrações quando produzidas com grande intensidade.
Assim, constatou-se que um ultrassom contínuo de grande potência incomoda roedores e outros animais sensíveis que, sentindo perturbador tendem a se afastar do local em que isso ocorre.
Evidentemente, se num local em que existirem roedores e homens, a produção de ultrassons de grande intensidade incomoda os animais, mas não causa qualquer sensação aos humanos que não podem ouvi-los.
Estes estudos levaram à criação dos espantalhos ultrassônicos que nada mais são do que potentes osciladores que produzem num local as vibrações que incomodam os animais.
Nos silos, onde são guardados alimentos, um oscilador pode manter distantes os roedores que poderiam causar estragos.
Numa horta, um potente oscilador poderia manter afastados animais daninhos, e na cidade, um oscilador perto das latas de lixo poderia evitar a aproximação dos cães e gatos que tendem a revirá-las, conforme mostra a figura 4.
Evidentemente, a escolha da frequência exata que espante um determinado tipo de animal é algo que deve ser obtido experimentalmente. Os estudos revelam que as diversas espécies podem ter suas particularidades em relação à sensibilidade. Assim, dentro da faixa de frequências que o aparelho que descrevemos produz, o leitor deve fazer experiências até obter os melhores resultados.
Na verdade, visando facilitar a utilização do aparelho pelos leitores damos duas versões: uma com maior potência que pode ser experimentada em ambientes grandes ou abertos e uma de menor potência para ambientes menores e que também tem menor consumo.
COMO FUNCIONA
As duas versões que apresentamos se baseiam num circuito integrado 555 que funciona como oscilador.
Os resistores R1, R2 juntamente com C2 e o trimpot de ajuste P1 determinam a frequência de oscilação do 555. O trimpot permite encontrar uma frequência de funcionamento na faixa de 18 000 a 30 000 Hz, dando-se preferência aos valores que estejam próximos da frequência de maior rendimento do transdutor usado.
Se for usado um tweeter comum, que é a possibilidade mais econômica, esta frequência provavelmente estará entre 18 000 e 22 000 Hz, ou seja, um pouco acima do ponto em deixamos de ouvir o sinal produzido.
Como estável, o capacitor C2 carrega-se via R1, R2 e o trim pot descarregando através do resistor R2. Isso quer dizer que os resistores R1, R2 e P1 determinam o tempo em que a saída permanece no nível baixo, enquanto que R1 e P1 determinam o tempo em que a saída permanece no nível alto.
Fazendo com que R2 tenha um valor bem menor do que a soma de P1 e R1 conseguimos um ciclo ativo próximo de 50% o que é importante na versão básica que funciona em contrafase.
Na versão de menor potência, este procedimento apenas faz com que tenhamos um menor período no nível alto, com a escolha de um resistor maior para R2 o que significa menor consumo.
Assim, para os valores indicados nos dois projetos temos um bom desempenho não havendo necessidade de alteração de valores dos resistores.
O sinal retangular obtido na saída de CI-1 é dividido em dois percursos. No primeiro percurso ele é aplicado na base dos transistor Q1 e Q2 que são complementares de modo que, Q1 conduz quando o sinal está no nível alto e Q2 somente quando o sinal está no nível baixo.
O outro percurso para o sinal vai à entrada de quatro portas NAND que são ligadas como inversores e que aplicam o sinal (invertido) a outros dois transistores complementares que são Q3 e Q4 de modo que eles conduzam alternadamente.
Isso significa que, quando a saída do 555 está no nível alto conduzem os transistores Q1 e Q4 com a corrente passando pelo transdutor. Quando o sinal está no nível baixo é a vez de Q2 e Q3 conduzirem e a corrente também passa pelo transdutor.
Temos então um excelente rendimento para o sistema com a condução de sinais nos dois semiciclos conforme mostra a figura 5 o que resulta numa potência muito maior do que a que seria obtida com um par de transistores apenas ou um único transistor.
Na versão mais simples podemos economizar o inversor e três transistores, obtendo uma potência menor.
A fonte de alimentação do circuito é simples, já que não se necessita de regulagem. Um transformador abaixa a tensão da rede de energia, dois diodos fazem a retificação e o capacitor C1 proporciona a filtragem.
MONTAGEM
Na figura 6 temos o diagrama completo da versão de maior potência com 4 transistores de saída, incluindo a fonte de alimentação.
A disposição dos componentes desta versão numa placa de circuito impresso é mostrada na figura 7.
Os transistores de potência devem ser dotados de radiadores de calor apropriados. Na montagem deve-se tomar cuidado para que os radiadores de calor dos transistores não encostem uns nos outros já que eles estão em contacto com o coletor de cada um.
Os circuitos integrados, para maior segurança podem ser instalados em soquetes DIL, devendo ser observada sua polaridade.
O transformador tem enrolamento primário conforme a rede de energia e secundário de 12+12V com corrente a partir de 2 ampères.
Os resistores são de 1/8W ou maiores e o único capacitor eletrolítico tem uma tensão de trabalho de pelo menos 25V. O outro capacitor pode ser cerâmico ou de poliéster.
O transdutor (TW) é um tweeter comum, dando-se preferência ao tipo piezoelétrico com pelo menos 40W de potência, para maior segurança de funcionamento.
A versão de menor potência tem o circuito mostrado na figura 8.
A placa de circuito impresso para esta versão é mostrada na figura 9.
Os cuidados com a montagem são os mesmos da versão anterior, assim como as especificações dos principais componentes que têm as mesmas características.
Na figura 10 damos uma sugestão de montagem, observando-se que o tweeter (TW) deve ficar preferivelmente na parte externa de modo a poder irradiar eficientemente os ultrassons gerados.
Será interessante dotar o circuito de algum tipo de dispositivo indicador de funcionamento como, por exemplo, um LED em série com um resistor de 2,2 k? depois de D1 e D2. Isso será importante em alguns casos, já que não temos condições de saber "de ouvido" se o aparelho foi deixado ligado ou não.
Existe a possibilidade do tweeter ser remoto, ficando ligado ao aparelho por meio de fios comuns. No entanto, estes fios não devem ter mais do que 5 metros de comprimento para que não ocorram perdas que influam na intensidade final do sinal produzido.
AJUSTE E USO
Ligando o aparelho e colocando P1 na posição de máxima resistência o aparelho deve produzir um forte som de menos de 16 000 Hz. Isso significa que ele será ouvido como um forte apito, indicando que o circuito está funcionando perfeitamente.
Girando vagarosamente o trimpot de modo a diminuir sua resistência no circuito, o som deve se tornar cada vez mais agudo até que, chegando ao nosso limite auditivo ele deve desaparecer. O ponto em que isso ocorre pode variar de pessoa para pessoa.
Passamos então um pouco deste ponto de modo a obter um sinal que não possa ser ouvido.
Animais que estejam próximos e que alcancem a frequência desse sinal poderão ser incomodados. Não será conveniente fazer este ajuste próximos de locais em que estejam esses animais pois isso pode incomodá-los bastante. Evite pois, gaiolas de passarinhos, viveiros de coelhos ou mesmo a proximidade de cães de gatos nos testes e na própria instalação do circuito.
Os leitores que possuírem um frequencímetro podem ligá-lo ao pino 3 do 555 de modo a monitorar a frequência do sinal que está sendo produzido.
Uma vez feito o ajuste na frequência desejada é só fechar o aparelho em sua caixa e proceder à sua instalação. Testes devem ser feitos no sentido de se verificar quais as frequências que dão melhores resultados.
Assim, se o leitor constatar que os animais indesejáveis não estão se incomodando com a presença do aparelho procure nova frequência e tente novamente.
Os estudos mostram que as diversas espécies de animais possuem frequências diferentes em que a sensibilidade é maior. Isso significa que experiências específicas devem ser feitas no sentido de encontrar a frequência de melhores efeitos em cada caso.
LISTA DE MATERIAL
a) Versão 1 - Maior Potência
Semicondutores:
CI-1 - 555 - circuito integrado, timer
CI-2 - 4093B - circuito integrado CMOS
Q1, Q3 - TIP31 - transistores NPN de potência
Q2, Q4 - TIP32 - transistores PNP de potência
D1, D2 - 1N4002 ou equivalentes - diodos de silício
Resistores: (1/8W, 5%)
R1 - 1,5 k ?
R2 - 2,2 k ?
R3, R4 - 1 k ?
P1 - 100 k ? - trimpot
Capacitores:
C1 - 2 200 uF/25V - eletrolítico
C2 - 1 nF - cerâmico ou poliéster
Diversos:
T1 - Transformador com primário de acordo com a rede local e secundário de 12+12V com 2A ou mais
S1 - Interruptor simples
F1 - 1A - fusível
TW - 4 ou 8 ? x 40W - tweeter piezoelétrico
Placa de circuito impresso, caixa para montagem, radiadores de calor para os transistores, suporte de fusível, cabo de força, fios, solda, etc.
b) Versão 2 - Menor potência
Semicondutores:
CI-1 - 555 - circuito integrado
Q1 - TIP32 - transistor PNP de potência
D1, D2 - 1N4002 ou equivalente - diodos de silício
Resistores: (1/8W, 5%)
R1 - 1,5 k ?
R2 - 2,2 k ?
R3 - 1 k ?
P1 - 100 k ? - trimpot
Capacitores:
C1 - 1 000 uF/25V - eletrolítico
C2 - 1 nF - cerâmico ou poliéster
Diversos:
T1 - Transformador com primário de acordo com a rede local e secundário de 12+12V com 1A ou mais
F1 - 1A - fusível
S1 - Interruptor simples
TW - 4/8 ? - tweeter piezoelétrico de 40W ou mais
Placa de circuito impresso, cabo de força, caixa para montagem, suporte de fusível, radiador de calor para Q1, fios, solda, etc.
