Com se sabe, existem materiais que se deixam atravessar facilmente pela corrente eléctrica – os bons condutores: metais, sobretudo -; aqueles em que é “quase impossível” que a corrente eléctrica circule através deles – os isolantes: plástico, etc. – e outros que, quando lhe é fornecida energia luminosa incidente, se cria neles uma corrente eléctrica – os fotocondutores.

A animação seguinte permite verificar tudo isto, alterando valores da pilha de alimentação do circuito, alterando o tipo de material que liga os pólos da pilha, iluminado o material, etc.

Clique na imagem abaixo e abrir-se-á uma janela pop-up com a animação pronta a explorar. Faça-o e tente compreender todos os fenómenos em jogo.

Nota: é necessário ter o Java instalado no seu PC

LÂMPADA FLUORESCENTE

• Introdução / Descrição detalhada
• Estruturas de Pré-Aquecimento
• Resumo: Arranque e Funcionamento por etapas
• Funcionamento: Filme FLASH

figura 1 – Lâmpada Fluorescente figura 2 – Lâmpada incandescente

Para além da aparência, há mais diferenças entre as lâmpadas incandescentes (lâmpadas “normais”) e as fluorescentes.

As incandescentes produzem luz através do calor/aquecimento: quando uma corrente eléctrica atravessa o seu filamento, que é feito de tungsténio, essa corrente aquece os pontos por onde vai passando, incluindo o filamento, o que produz uma luz amarelada-avermelhada, que todos conhecemos.

Para que o filamento não queime/funda de imediato, na ampola de vidro (“lâmpada”) que contém o filamento é feito o vácuo. Mesmo assim, este tipo de lâmpadas incandescentes com filamento têm uma vida de relativa curta duração, devido, precisamente, à intensidade do calor, atingindo o filamento uma temperatura muito elevada.

Uma lâmpada fluorescente, por seu lado, não possui filamento no seu interior.

Possui sim eléctrodos/cátodos (que são filamentos de tungsténio enrolados em bobina e envolvidos numa substância emissora de electrões) em cada uma das suas extremidades (ver figura 3 abaixo).

Estes cátodos enviam uma corrente de electrões através do vapor de mercúrio existente no interior do tubo.

Isso consegue-se fazendo os electrões libertados (por aquecimento, como veremos) dos cátodos produzir radiação ultravioleta por colisão com os electrões do mercúrio excitando-os (fornecendo-lhes energia) e assim conseguindo que eles saltem das órbitas dos átomos em que se encontram.

Alguns desses electrões voltam para as suas órbitas, libertando o excesso de energia anteriormente absorvida na colisão. Esta libertação é feita na forma de radiação ultravioleta.

Para tornar ersta radiação em luz visível, o interior do tubo é coberto por uma substância fosforescente (o “pó” branco que envolve o interior do tubo de vidro).

O fósforo tem a capacidade de transformar comprimentos de onda dos Ultra-Violetas num comprimento de onda visível. Dito de outra forma, a substância fosforescente (com fósforo na sua composição) é excitada até à fluorescência devido à absorção da radiação ultravioleta, que já vimos como se produzia.

Observe-se a figura seguinte, que torna mais claro aquilo que dissemos até aqui:

figura 3 – Lâmpada Fluorexccente: Detalhe

ESTRUTURAS DE PRÉAQUECIMENTO

Esta estrutura é necessária porque o processo que descrevemos acima, ao contrário do que acontece com as incandescentes, não consegue iniciar-se aplicando apenas a tensão da rede (230 V) à lâmpada fluorescente, e, assim a lâmpada não acenderia.

Temos então de usar outros dispositivos auxiliares que vão dar início ao acendimento da lâmpada, e que constituem a designada estrutura de préaquecimento.

O circuito de préaquecimento usa um dispositivo chamado arrancador.

Quando o seu “interruptor” (que não é mais que uma bilâmina metálica que se deforma quando fechamos o circuito, o que provoca o aquecimento do gás dentro do arrancador, aquecimento esse que vai deformar a lâmina que, assim, fecha o circuito no arrancador – ver filme Flash abaixo) está fechado a corrente flui e aquece os eléctrodos/cátodos. Quando o arco electrónico se estabelece através do tubo, o dito “interruptor” do arrancador arrefece e abre.

O coração da lâmpada fluorescente é o balastro. O balastro consiste num fio enrolado, na forma de bobina, à volta de um núcleo de ferro, e serve para reduzir a corrente que flui através dele. A corrente eléctrica entra na estrutura da lâmpada através do balastro. Daí, segue pelos fios eléctricos até aos suportes da lâmpada e, finalmente, chega aos cátodos dentro do tubo.

Contudo, é precisa muito mais potência para a lâmpada poder arrancar do que depois para mantê-la acesa. A estrutura de préaquecimento obteve o seu nome de um circuito arrancador que envia uma corrente muito elevada através dos cátodos para aquecer os seus filamentos. Estes enviam um impulso de alta-voltagem ao longo do tubo que cria um arco através do vapor de mercúrio. À medida que a atmosfera dentro do tubo aquece, a actividade dos electrões aumenta para o seu nível mais eficiente, sustentado pelo balastro, e o vapor de mercúrio transporta a corrente pelos seus próprios meios. O circuito arrancador é controlado por um “interruptor” arrancador que abre depois de um curto período de préaquecimento (veja o diagrama abaixo, que mostra o diagrama do circuito de préaquecimento do arrancador):

figura 4 – Circuito de Pré-Aquecimento

EM RESUMO:

1. Ligar o Interruptor

2. Com a aplicação de tensão da rede, o gás do arrancador aquece

3. Com o aquecimento desse gás a bilâmina do arrancador deforma-se e fecha o circuito

4. Então, a corrente flui pelo arrancador e pelos eléctrodos/cátodos da lâmpada, pre-aquecendo-os

5. O arrancador arrefece e a sua lâmina volta à forma inical abrindo o circuito no arrancador

6. Quando o circuito é interrompido, o balastro (é uma bobina) provoca uma sobretensão momentânea nos eléctrodos da lâmpada

7. Esses eléctrodos, porque já préaquecidos, sujeitos agora a uma sobretensão, começa a emitir electrões para o interior do tubo

8. A corrente passa então a circular no interior do tubo de vidro/”lâmpada”, formada por esses electrões, e já não pelo arrancador

6. Esses electrões (emitidos pelos eléctrodos/cátodos da lâmpada) vão excitar, por colisão, os electrões do mercúrio que se encontra no interior do tubo de vidro/”lâmpada”, fazendo-os saltar das suas órbitas nos respectivos átomos

7. Ao regressarem às suas órbitas esses electrões emitem uma energia na forma de radiação ultravioleta

8. Essa energia é transformada em luz visível ao embater na substância fosforescente que envolve o interior do tubo de vidro

(Nesta altura o arrancador já poderá ser retirado que o circuito continua a funcionar e a lâmpada a emitir luz)

O balastro cumpre agora a sua segunda missão: limitar o valor da corrente.

Todos estes passos podem ser melhor visualizados observando-se o filme Flash abaixo. Inicie o filme clicando no botão Ligar/Desligar (canto inferior esquerdo – amarelo).

No final pode repetir a visualização do filme clicando no mesmo botão para Desligar o interruptor e voltando a clicar para reiniciar o filme.

RELÉ

1. Motivo para a utilização de relés

2. Constituição de um Relé

3. Princípio de funcionamento do Relé (detalhado)

4. Funcionamento de um Relé (filme FLASH)

5. Vantagens dos Relés

6. Desvantagens dos Relés

7. Escolha do Relé mais apropriado para uma dada aplicação

Motivo

A razão da existência dos relés prende-se com o facto de, frequentemente, em aplicações eléctricas/electrónicas, se pretender isolar dois circuitos, um de comando e outro de potência. E porquê?

O circuito de potência é alimentado, geralmente, por tensões elevadas e percorrido por correntes também elas elevadas. Daqui ressalta logo o aspecto da segurança, não só das pessoas mas também dos equipamentos; mas também uma questão de operacionalização. Imagine, por exemplo, que desejava controlar um desses circuitos de correntes e tensões elevadas, a partir de uma porta do seu computador. Trabalhando este com tensões e corrente baixas, a ligação directa daquele circuito seria ruinosa para o seu PC.

Então concluimos que deveremos ter, em certos casos, um circuito de potência a ser comandado por um circuito de comando, este funcionando com tensões e correntes muito mais baixas.

Os dois circuitos deverão estar, pois, isolados electricamente.

É aqui que entra o relé.

Constituição

Um relé não é mais do que uma bobina ligada através de dois terminais ao circuito de comando (baixa tensão) e um, ou mais, pares de contactos, isolados dos anteriores, ligados ao circuito alimentado por tensão elevada.

A figura é elucidativa:

Funcionamento

Como se sabe, um fio condutor percorrido por uma corrente eléctrica cria ao seu redor um campo magnético. Se em vez de um fio linear, usarmos uma bobina (um fio enrolado em espiras/circunferências) o campo magnético criado é maior. Caso o núcleo (parte central da bobina) seja de um material ferroso o campo magnético será maior do que se for o ar. Finalmente, outra forma de aumentar o valor do campo magnético é aumentar o valor da corrente que percorre a bobina.

Ora o campo magnético pode ser utilizado para exercer uma força sobre uma peça constituída por material ferromagnético que esteja colocada perto da bobina que cria o campo. Quanto menor for a distância entre a bobina e a peça maior será a força.

Esta força magnética pode ser de repulsão ou atracção, conforme o sentido da corrente que percorre a bobina.

Se a peça a que nos referimos for móvel, é óbvio que a força pode ser utilizada para a mover de uma posição para outra. Normalmente o sistema é feito de modo a que ela tenha duas posições possíveis, uma quando se exerce a força magnética, outra quando isso não acontece.

Por outro lado, esse campo magnético assim criado pode ser “desligado”, desligando a corrente.

No caso do relé, a parte alimentada com baixa tensão é utilizada para criar o campo magnético que vai exercer a força sobre uma peça móvel que irá fechar (ou abrir, noutros casos) o circuito de potência. Observe a figura:

Quando fechamos o interruptor do circuito alimentado por uma bateria de 12 V CC, a bobina cria um campo magnético que vai atrair a peça móvel do relé e assim fechar o circuito exterior (de potência) que é alimentado a 48 V CA. Isto sem haver qualqer contacto entre um circuito e o outro.

Há pouco dissemos que a força magnética pode fechar ou abrir o circuito de potência.

Quando ela for usada para abrir, quer dizer que os contactos eram Normalmente Fechados (NF) / Normally Closed (NC), isto é estão fechados quando o relé não é actuado e abrem quando ele é actuado.

Existem outros contactos em que tudo se passa ao contrário. São os contactos Normalmente Abertos (NA) / Normally Open (NO)

No caso da figura acima trata-se de contactos NA.

Este tipo de contactos pode ser usado em simultâneo num mesmo sistema, isto é, existem sistemas que possuem um (ou mais) contactos NA e um (ou mais) contactos NF.

É o que podemos ver na figura seguinte:

Para podermos ver de maneira mais clara o princípio de funcionamento de um relé podemos observar o seguinte filme em flash:

Vantagens dos Relés

– O completo isolamento eléctrico aumenta a segurança, pois assim se assegura que tensões e correntes elevadas não surgem onde não é suposto

– Os relés existem em todas as formas e tamanhos imagináveis, para as mais diversas aplicações, e podem possuir as mais variadas configurações de contactos.

Pode-se assim comandar vários circuitos com um relé apenas

– É fácil apercebermo-nos quando um relé está a trabalhar, pois podemos ouvir um clique quando o relé muda de posição e há casos, até, em que podemos ver os contactos a movimentarem-se.

Desvantagens dos Relés

Sendo uma peça mecânica:

– Podem deixar de funcionar devido ao facto de ficarem sujos. não esquecer que as elevadas tensões e correntes fazem saltar faíscas entre os contactos quando estes abrem ou fecham.

– Não podem ser fechados e abertos a alta velocidade, repetidamente, porque a sua velocidade de resposta é lenta e os seus contactos estragar-se-iam rapidamente devido às faíscas de que falámos anteriormente

– As suas bobinas requerem uma corrente relativamente elevada para actuar, o que para alguns circuitos de microelectrónica não é viável sem um circuito adicional.

A Escolha do Relé Apropriado

Quando se pretende escolher um relé para uma determinada aplicação deve-se ter em conta as característcias quer da bobina quer dos contactos. Primeiro deve ser tido em conta o número de pólos necessários; depois devemos assegurar-nos que os contactos suportam a corrente e tensão a que vão estar sujeitos. Por exemplo, se queremos um relé que vá actuar num circuito de potência de 60W, como a tensão da rede é de 230V, devemos escolher um que suporte uma corrente de, pelo menos, 260 mA.

O material de que são feitos os contactos também é importante, sendo o tungsténio um bom material para corrente e tensões elevadas.

Finalmente devemos ter em conta que a bobina tem de conseguir ser activada pelo nosso circuito de comando. As bobinas são normalmente distinguidas pela sua tensão e resistência, pelo que devemos aplicar a lei de ohm para saber a corrente que vai circular na bobina e se essa corrente é suficiente para operar o relé.