#Day 10

Após muito trabalho, esforço e dedicação, (e algumas horas de sono perdidas – por que não?!) o projeto encontra-se quase finalizado. No dia anterior (#Day 9), tivemos problemas com pilhas fracas, e hoje não foi diferente.

Um novo problema técnico surgiu, e após mais alguns cálculos, e mais esquematizações do circuito elétrico, descobrimos que, para andar mais rápido, o minicarro necessita de maior intensidade de corrente (para termos maior potência, teríamos que aumentar a corrente, visto que, estávamos limitados a 1,5 V por pilha, não importando o tipo, conforme verificado pela fórmula P=U*i, onde P é a potência em W – Watt, U é a diferença de potencial, em V – Volt, e i é a corrente, em A - Ampére). Nossa limitação, neste caso, é de 4 pilhas x 1,5 V cada, igual a 6 V que, em nosso projeto, tornou-se constante.  

Pilhas AA fornecem menor intensidade de corrente quando comparadas com pilhas do tipo C, ou do tipo D. 

Outro problema surgiu: infelizmente, só tínhamos suporte para pilhas AA, e nosso curto prazo nos impossibilitava a sair em busca de um outro suporte para pilhas do tipo C ou tipo D. 

Abaixo, temos uma tabela com os tipos de pilhas existentes e suas respectivas características, tais como valores de tensão, intensidade da corrente, entre outros.

Fonte:http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/duvidas-dos-internautas/5723-corrente-de-pilhas-comuns-duv373.html

Obs.: A tabela usa como referência, valores que são geralmente encontrados em pilhas comuns, podendo haver virações quando comparadas com pilhas alcalinas.

Novamente, entrou em ação a nossa fonte de laboratório. Uma fonte é responsável por transformar corrente alternada (proveniente das tomadas), em corrente contínua (necessária para alimentar circuitos eletrônicos).

Maiores informações sobre fontes, você pode conferir lendo o nosso post referente ao #Day 9, clicando aqui. Mais detalhes sobre os tipos de corrente existentes, bem como as diferenças existentes entre elas (e adicionalmente, informações sobre o funcionamento de um motor de corrente contínua, que também foi utilizado em nosso projeto), você encontra aqui, no post referente ao #Day 6.

Para fins de demonstração em público, mesmo tendo em vista os problemas acima citados, utilizaremos as pilhas AA, pois com as pilhas temos maior mobilidade, visto que, a ideia inicial do projeto é a construção de uma “miniatura de um carro de controle remoto com diversas funções”, e com uma fonte, ficaríamos limitados devido aos fios dela. A fonte está sendo utilizada somente para fins de testes.

Realizados os testes finais, nos restará somente a impressão 3D do caso (parte superior da miniatura), e o projeto estará finalizado.

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Agradecemos à todos aqueles que tem acompanhado os processos de montagem em nosso blog, à nossa instrutora Marisa Cavalcante (Professora de Física Experimental I, na PUC SP – FCET – Faculdade de Ciências Exatas e Tecnologia), pelas orientações e pelo apoio ao projeto, à equipe da oficina da PUC SP – FCET, por serem prestativos e pelos empréstimos das ferramentas que nos foram necessárias, e aos nossos colegas de laboratório.

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Confira aqui o vídeo: #Day 10!

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#Day 9

Após mais alguns testes realizados para iniciarmos os processos finais de montagem, tivemos mais alguns pequenos problemas, que ocorreram em virtude de conflitos entre os motores e os led's. Isto se deve ao fato de que, os motores utilizam algumas portas digitais específicas. Ao ligar alguns dos led's, os motores acabavam sendo desligados.

Outro impasse que tivemos foi a baixa quantidade de carga que as pilhas estavam fornecendo, devido ao uso intenso nos últimos dias, nos quais testamos exaustivamente os circuitos para garantir que tudo estivesse funcionando perfeitamente. Devido ao curto período de tempo que restava, alternativamente, utilizamos uma fonte de laboratório que foi disponibilizada para uso. Uma fonte transforma a corrente alternada, que está presente nas tomadas, para corrente contínua, que é necessária para circuitos eletrônicos. Maiores informações e detalhamentos técnicos sobre esses tipos de correntes, você caro leitor, pode conferir no #Day 6, clicando aqui. As fontes estão presentes em diversas situações do cotidiano, por exemplo, ao carregarmos nossos aparelhos celulares, ao utilizarmos um computador ou notebook, entre outros.

Uma fonte de laboratório permite que a tensão e a corrente possam ser ajustadas, sendo ideal para testes.

Imagem ilustrativa.

Abaixo, iremos conferir como é o funcionamento e quais são os principais componentes de uma fonte de tensão variável.

Ela é composta basicamente por: um transformador, um retificador, um filtro e um sistema de regulagem.

O transformador tem como função diminuir a tensão de entrada, (110 V ou 220 V) para uma tensão menor (12 V, 15 V, entre outras).

A princípio, um transformador consiste em uma peça de ferro, (núcleo) com duas bobinas que possuem uma determinada quantidade de voltas. Utilizaremos como exemplo, um transformador capaz de transformar 220 V em 15 V. Em sua entrada, passará os 220 V em uma bobina de 220 voltas. Nesta mesma peça de ferro, passará outra bobina com 15 voltas, a qual dará como saída 15 V. É possível também, inverter esta situação, e então o transformador também conseguirá transformar 15 V em 220 V.

Princípio de funcionamento de um transformador.

O retificador é composto por dois diodos. Estes serão responsáveis pela transformação da corrente alternada para corrente contínua.

O capacitor é responsável por filtrar a corrente. Ele deverá ter um grande valor, pois quanto maior o valor deste, mais eficiente é sua filtragem.

Há também, o circuito de regulagem e controle, composto por um transistor de potencia, um potenciômetro e um zener.

O diodo zener fornece a limitação do valor maior da saída que a fonte alcança.

Este diodo é ligado ao potenciômetro, que serve para o ajuste externo da tensão desejada.

Um potenciômetro possui resistência ajustável. Ele têm três terminais, no qual o do meio é o ajustável. Se utilizados os três terminais, ele atua como um divisor de tensão.

A tensão de referência na base dos transistores é determinada ao ajustarmos o potenciômetro, sendo assim, é determinada também a tensão que deve ser aplicada na saída.

O transistor de potência é o elemento que controla a corrente principal, a partir da referência dada pelo potenciômetro e diodo zener.

Por fim, uma fonte possui também um (ou alguns) fusíveis de proteção adicional, um voltímetro e um amperímetro (no caso das fontes que também permitem ajustar a corrente).

Circuito de uma fonte de tensão variável 0-12V x 1A

Obs.: Há diversas formas de se montar um circuito de uma fonte de tensão variável. O circuito acima é simples, e é de uma fonte que consegue fornecer de 0V a 12V e 1A de corrente contínua. Existem circuitos mais complexos, e que podem fornecer outros valores de tensão e corrente de maior ou menor intensidade. Maiores detalhes deste circuito podem ser obtidos em: http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/artigos/54-dicas/5694-art738.html

Abaixo, encontra-se o link para a galeria, a qual possui o vídeo do #Day 9, e todos os vídeos dos dias anteriores.

Confira aqui o vídeo: #Day 9!

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#Day 8

Este dia foi voltado para a instalação dos led's. L.E.D é a sigla para Light Emitting Diode, ou Diodo Emissor de Luz. É um componente eletrônico que emprega a mesma tecnologia utilizada nos chips de computador. Tem como propriedade a transformação de energia elétrica em luz, visto que, essa transformação é feita de maneira diferente das lâmpadas convencionais, que utilizam filamento metálico, componentes químicos, entre outros. Em um led, tal transformação é feita direto na matéria, sendo assim chamada de Estado Sólido.

Algo muito interessante neste pequeno componente, é que as cores podem variar de acordo com a concentração de impurezas químicas adicionadas ao material semicondutor presente no led. Essa técnica é chamada de dopagem eletrônica, e é utilizada para tornar um material semicondutor mais condutor, porém de forma controlada. Como exemplo, se doparmos fosfeto de gálio com nitrogênio, poderemos conseguir um led de cor verde ou amarela, dependendo da concentração. Em suma, a cor de um led depende do cristal, e da impureza de dopagem dos elementos com que o led é fabricado.

Existem também os led's RGB (R de 'red' – vermelho, G de 'green' – verde e B de 'blue' – azul). São compostos por um “chip” que emite cada cor, e um microcontrolador, sendo assim possível fazer com que o led emita uma luz de cada cor, ou então duas ou três cores.

Em nossos olhos, existe a presença de dois tipos de sensores: os bastonetes e os cones.

Os bastonetes permitem que possamos perceber tons de cinza, e os cones, as cores. Os cones são baseados no vermelho, verde e azul, ou seja, o mesmo esquema RGB de um led. Ao emitir a luz de duas ou mais cores, a ilusão de ótica faz com que enxerguemos uma outra cor diferente dessas três, como exemplo, o violeta. Sendo os cones baseados no RGB, na realidade, o que estamos enxergando são somente as duas cores que estão sendo emitidas pelo led.

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#Day 7

Realizamos a troca do chassi, que provisoriamente era um pedaço de papelão, e agora o trocamos para um de madeira, devido à sua maior resistência. Para tanto, foi utilizado o Cianoacrilato (popularmente conhecido como Super Cola, ou Super Bonder – Marca da Henkel), que é um tipo de adesivo, criado acidentalmente por Harry Coover em 1942. É solúvel em acetona, permitindo a descolagem de objetos que foram colados acidentalmente. Possui resistência mecânica semelhante ao do acrílico. Abaixo, podemos conferir a fórmula estrutural do Cianoacrilato de Metila, principal componente dos adesivos de Cianoacrilato.

Fórmula estrutural do Cianoacrilato de Metila

O chassi também foi preparado para a instalação dos leds. Para tanto, é necessária a utilização de fios, que serão utilizados para conduzir energia e informações, em caso de utilização das portas digitais. Os fios são geralmente feitos de um material condutor (em geral, o cobre é utilizado, devido à sua relação custo/benefício) cobertos com plástico, borracha ou algum outro material isolante.

Existem três tipos de materiais: o condutor, o isolante, e o semicondutor. Abaixo, segue uma breve explicação dos três tipos.

Condutor: A 0K (0 Kelvin), o material não apresenta sua banda de valência totalmente preenchida por elétrons, ou ainda, apresenta sua última banda totalmente preenchida, mas com uma sobreposição com a próxima banda. Em outras palavras, os elétrons conseguem se movimentar facilmente da banda de valência para a banda de condução.

Isolante: Apresenta sua banda de valência totalmente preenchida, sem sobreposição com a banda seguinte. Além disso, para ser considerado isolante, é necessário que o material tenha uma banda proibida de valor considerável, de tal forma que seja improvável que o elétron consiga adquirir energia o suficiente para passar para a banda seguinte. Por isso, é necessária uma quantidade muito alta de energia para que os elétrons passem da banda de valência para a banda de condução.

Semicondutor: É um caso a parte do material isolante. À temperatura de 0K, ambos os materiais – isolante e semicondutor, são isolantes, devido ao total preenchimento da banda de valência. No entanto, um material semicondutor possui uma banda proibida de menor valor se comparado a um material isolante. Ao aumentarmos a temperatura para acima de 0K (ou seja, fazer com que o material receba calor, que também é uma forma de energia), alguns poucos elétrons adquirem energia o suficiente e conseguem partir para a banda de condução. Agora, temos um material que conduz eletricidade, pois possui uma banda de valência que possui alguns espaços, e uma banda de condução que não mais está totalmente vazia. Devemos levar em consideração que, a condutividade do material ainda é reduzida, pois a banda de valência ainda está quase preenchida, e a banda de condução está quase vazia. Em um material isolante, tal situação não acontece, a não ser que se eleve muito a temperatura (energia térmica), conforme dito anteriormente.

Fonte:

http://www.ccs.unicamp.br/cursos/ee941/download/cap02.pdf

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#Day 6

Neste dia, fizemos a configuração dos motores, bem como adaptações com o chassi, pois ele não estava permitindo a rolagem fluída das rodas. Para tanto, limamos o plástico (base do carro), que foi impresso por uma impressora 3D. O funcionamento básico de uma impressora, você pode conferir acessando o nosso último post, referente ao #Day 5, clicando aqui.

Um motor elétrico converte energia elétrica em energia mecânica. Como já dizia Lavoisier, em sua famosa frase, “Nada se perde, nada se cria, tudo se transforma” pois, atualmente, não existe nenhum equipamento que produza alguma forma de energia, eles apenas transformam uma forma de energia existente em uma outra forma.

Existem dois tipos de motores: os que funcionam com corrente contínua, e os que funcionam com corrente alternada. 

Corrente alternada, é o tipo de corrente cujo elétrons possuem sentido alternado, e não possui polos definidos (positivo e negativo, não sendo polarizada). Seus polos são chamados de fases. Suas fases assumem as duas condições (positivo e negativo), por isso, seu sentido se alterna. Ela é gerada pelas grandes distribuidoras de energia elétrica, com o objetivo de não gerarem grandes percas de energia em seu transporte, pois se consegue uma tensão maior que é responsável pela força que “empurra” os elétrons. Logo, é o tipo de energia que recebemos em nossas tomadas. Sua frequência, usualmente varia entre 50 e 60 Hz (hertz, ou seja, a fase se alterna entre 50 a 60 vezes por segundo). Como exemplo, se a corrente gerada pelas distribuidoras fosse do tipo contínua, teria de haver pelo menos uma distribuidora em cada quarteirão, devido as grandes percas. Logo, conclui-se que, o tipo contínuo é mais apropriado quando os elétrons não necessitam percorrer grandes distâncias. Exemplo: em uma bateria de smartphone, os elétrons não necessitam percorrer uma grande distância, pois eles circularão somente dentro do circuito do aparelho em questão. Portanto, não é necessário uma tensão tão alta (que neste caso, costuma ser de 3.7V ou 3.8V), pois não haverá uma grande perca de energia.

O gráfico de corrente alternada se dá por meio de uma senoide (gráfico que obedece a função seno(x)), como pode ser visto abaixo:

Corrente variando em função do tempo.

A corrente contínua (CC), diferentemente da corrente alternada (CA), possuem polos definidos (positivo e negativo), e os elétrons não possuem sentido alternado. Em uma bateria por exemplo, os elétrons partem do polo negativo, passando pelo circuito e indo para o polo positivo. Como já foi dito anteriormente, ela não é utilizada para transmissão de energia elétrica a grandes distâncias, pois sua tensão não é alta o suficiente para “empurrar” os elétrons, gerando assim, grandes percas, se utilizada para esta finalidade. O gráfico que representa a corrente contínua é uma reta (por não variar conforme o tempo), como pode ser visto a seguir:

Corrente não varia em função do tempo.

Nosso foco será a utilização de um motor elétrico que funciona com corrente contínua (CC ou DC, como também são conhecidos – Direct Current) pois, como utilizaremos somente pilhas de 1,5V, e duas baterias, sendo uma de 5V para alimentar o Arduíno, e outra de 9V para os motores, torna-se mais viável para o nosso uso.

Um motor utiliza imãs para gerar o movimento, valendo-se das forças de atração e repulsão entre seus polos (Norte e Sul), quando fazemos passar corrente entre duas bobinas próximas.

Forças de atração e repulsão.

Basicamente, um motor consiste em uma bobina móvel (também chamado de rotor) presente entre os polos de um imã.

Imagem representando o esquema de um motor DC.

Ao passar corrente, há a criação de campo magnético, fazendo com que surjam as forças de atração ou repulsão, de acordo com os polos presentes. O polo norte da bobina tende a rodar para se aproximar do polo sul, havendo a atração, da mesma forma que, o seu polo sul irá se aproxima do pólo norte do imã fixo, também havendo atração. Isso gera uma meia-volta.

Imagem que representa o movimento de meia-volta de uma bobina.

No eixo do rotor há o comutador. Por finalidade, o comutador muda o sentido da corrente da bobina, fazendo com que os polos mudem.

Com isso, há a transformação de força de atração em repulsão, fazendo com a bobina passe do seu ponto de equilíbrio 0, gerando assim um novo movimento. Após haver a atração novamente, o comutador entra em ação e muda novamente o sentido da corrente, fazendo com que haja o movimento contínuo da bobina.

Comutador.

Portanto, enquanto houver corrente circulando, haverá movimento do rotor.

A velocidade dependerá da força que o rotor precise para girar. Quanto maior a força, mais corrente o motor necessita.

Devido a sua forma de funcionamento, um motor permite trabalhar com certa tolerância de tensão. Como exemplo, um motor indicado para trabalhar com 4,5V, na verdade pode trabalhar numa faixa de 3V a 6V, dependendo da força desejada.

Fontes:

http://www.sofisica.com.br/conteudos/Eletromagnetismo/Eletrodinamica/caecc.php

http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/como-funciona/3414-art476a

http://www.eletricante.com.br/2012/07/diferencas-entre-corrente-alternada-e-corrente-continua.html

Acesso em 08/06/2016, às 08:40. (Horário de Brasília).

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