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O mundo das campainhas, buzinas e sirenes – Parte 1/3


Fig. 1 – Esboço das entranhas de uma campainha de dois tons (din-dom ou ding-dong).
Fig. 1 – Esboço das entranhas de uma campainha de dois tons (din-dom ou ding-dong).

Conheça o barulhento mundo dos dispositivos de alerta sonoro.

Compreenda o funcionamento da campainha din-dom (fig. 1), da campainha dos antigos telefones de disco, da cigarra elétrica, das sirenes mecânicas, das diversas buzinas para veículos, trens e navios, do Martelo de Wagner e daqueles sinalizadores sonoros, ligados na marcha a ré de ônibus, caminhões e máquinas operatrizes. Conheça os sistemas de alarme preventivo de calamidades.

Monte o seu sonorizador, com pastilha piezoelétrica ou com o buzzer eletromagnético. Saiba reconhecer as diferenças entre eles.

Resumo

## Parte 1

Introdução

O eletroímã

O mercúrio nas conexões

O surgimento da campainha elétrica

Johann Philipp Wagner (1799-1879)

As faíscas no Martelo de Wagner

A buzina elétrica

A buzina GENTIL

A buzina de “300 dB”

## Parte 2

Buzinas a ar

Alarmes contra desastres

Sirenes eletromecânicas

Cigarras e campainhas elétricas comerciais

A campainha dos telefones de disco

Tecnologias semelhantes à da cigarra

Campainha de dois tons (din-dom)

A sirene eletrônica

Circuitos práticos de sirenes eletrônicas

## Parte 3

Piezoeletricidade

Compreenda o efeito piezoelétrico

Materiais piezoelétricos e suas aplicações

Sonorizador piezoelétrico

Manipulação e dicas para projeto de sonorizadores piezoelétricos

Circuitos de acionamento

Sonorizador eletromagnético

Como diferenciar o buzzer piezoelétrico do eletromagnético

Buzzers autônomos

A campainha detectora de raios

O barulho e nossos ouvidos

Referências

Introdução

Em qualquer busca que fazemos sobre campainhas elétricas, aparecem inúmeras páginas que explicam o tradicional modelo de Wagner, com eletroímã, sineta e o martelo acoplado a um interruptor. Pelo que pesquisei, essa tecnologia, desenvolvida na primeira metade do século XIX é usada tão somente em salas de aula e em buzinas de automóveis. As campainhas vendidas no comércio são diferentes.

Os modelos eletromagnéticos foram modificados para tornarem-se mais seguros e poderem funcionar em CA (Corrente Alternada). Apesar de limitarem-se a zumbir ou a bater em lâminas metálicas e sinetas, seu som costuma ser mais forte que o das campainhas eletrônicas, que usam um pequeno alto-falante. Estas, no entanto, conseguem imitar qualquer som ou ruído, só depende do circuito eletrônico.

Em serviços de emergência importantes, como nos sistemas de alarmes contra avalanches, tsunamis e terremotos, certamente compensa implementar dispositivos de alerta confiáveis. Se for necessário recursos de voz, um sinalizador eletrônico pode ser muito potente, quando acoplado a amplificador e corneta. Em situações que seja requerido apenas um aviso sonoro, as sirenes eletromecânicas tradicionais são extremamente confiáveis e praticamente imunes a agentes externos (radiação, temperaturas extremas, longo tempo de inatividade).

Cada uma dessas tecnologias será explicada, para que o leitor ou a leitora compreenda melhor as diferenças – às vezes sutis – de cada tipo de sinalizador. Só que, para compreender bem este assunto, precisamos olhar para os primórdios da eletricidade.

Fig. 2 – Eletroímã com uma camada de enrolamento.  Fonte: Wikipedia [1].
Fig. 2 – Eletroímã com uma camada de enrolamento. Fonte: Wikipedia [1].

O eletroímã

O eletroímã foi o passo inicial para a criação da campainha elétrica. Ele consiste de um núcleo de ferro doce, ao redor do qual tem uma bobina, formada por muitas voltas de fio de cobre esmaltado (fig. 2). Ao ligar os fios dessa bobina a uma bateria, o eletroímã comporta-se como um ímã, até que a energia seja cortada.

Fig. 3 – O primeiro eletroímã, criado por William Sturgeon. Fonte: “The electromagnet, and electromagnetic mechanism”, de Silvanus P. Thompson, edição de 1891, p.3 [2].
Fig. 3 – O primeiro eletroímã, criado por William Sturgeon. Fonte: “The electromagnet, and electromagnetic mechanism”, de Silvanus P. Thompson, edição de 1891, p.3 [2].

Imagine que estamos no começo do século XIX, mais precisamente em 1824. Nesse ano, William Sturgeon (1783-1850) passa uma grossa camada de verniz sobre uma ferradura de cavalo e enrola por cima dela várias voltas de fio de cobre. O verniz serve de isolante entre o cobre e a ferradura. O fio encapado ainda não existe – muito menos o fio esmaltado – e as espiras são enroladas um pouco separadas, para evitar curto-circuito (fig. 3). É o primeiro dispositivo elétrico capaz de suportar um objeto maior que seu próprio peso (esse eletroímã de 200 gramas consegue erguer 4kg).

Fig. 4 – Estrutura utilizada por Joseph Henry para os experimentos com o eletroímã. Fonte: “American Journal of Science and Arts”, volume XIX, janeiro de 1831, p.408 [3].
Fig. 4 – Estrutura utilizada por Joseph Henry para os experimentos com o eletroímã. Fonte: “American Journal of Science and Arts”, volume XIX, janeiro de 1831, p.408 [3].

Depois, em 1830, Joseph Henry (1797-1878) melhora radicalmente o eletroímã, ao recobrir os fios de cobre isolados com fibras de algodão encerado, o que permite enrolar várias camadas.

No American Journal of Science and Arts, volume XIX, de janeiro de 1831 [3], à p.400, Henry relata diversos experimentos com eletroímãs (fig. 4). De modo a facilitar as experiências, um dos eletroímãs é enrolado com várias bobinas independentes, que podem ser ligadas em série ou paralelo. No artigo, ele agradece a sugestão do Dr. L. C. Beck, para trocar o algodão encerado por fios de seda.

As exibições de Henry popularizam o dispositivo: um deles, com aproximadamente 37kg é capaz de sustentar quase uma tonelada. Esse eletroímã, construído para as demonstrações do professor Benjamin Silliman (1816-1885) aos seus alunos da Universidade de Yale, atualmente faz parte do acervo do Instituto Smithsonian (fig. 5). Henry o descreve minuciosamente a partir da p. 201, no volume XX, edição de julho de 1831 do American Journal of Science and Arts [4].

Fig. 5 – Eletroímã construído por Joseph Henry para o professor Benjamin Silliman, da Universidade de Yale. Fonte: Smithsonian Archives - History Div [5].
Fig. 5 – Eletroímã construído por Joseph Henry para o professor Benjamin Silliman, da Universidade de Yale. Fonte: Smithsonian Archives – History Div [5].

O típico formato de ferradura dos eletroímãs ajuda a concentrar o fluxo magnético, porque aproxima os dois polos e aumenta a eficiência de atração. No entanto, os eletroímãs podem ter formas muito diversas, depende do campo magnético que se deseja (para um motor, uma campainha, um relé, um síncroton, etc.).

Para evitar confusão: eletroímã é um dispositivo com núcleo fixo, igual às bobinas dos relés; solenoide geralmente denomina um eletroímã sem núcleo, ou com núcleo móvel (armadura), cuja função pode ser, por exemplo, controlar a válvula de entrada de água em máquinas de lavar (fig. 6).

Fig. 6 – Vista interna de uma válvula de água com acionamento elétrico. Ao ligar o eletroímã, ele atrai a armadura de ferro doce conectada a uma pequena válvula, que então libera a passagem do líquido. A membrana de borracha, junto da peça cinza, veda a passagem de água para o eletroímã e componentes associados.
Fig. 6 – Vista interna de uma válvula de água com acionamento elétrico. Ao ligar o eletroímã, ele atrai a armadura de ferro doce conectada a uma pequena válvula, que então libera a passagem do líquido. A membrana de borracha, junto da peça cinza, veda a passagem de água para o eletroímã e componentes associados.

O núcleo precisa ter grande permeabilidade magnética, característica que define a facilidade de um material aceitar (e direcionar) o fluxo magnético, até um nível máximo, quando ocorre a saturação. A partir da saturação, o campo magnético no material não aumenta mais, mesmo que o campo magnético externo fique ainda mais forte.

Desde sua criação, usa-se para o núcleo dos eletroímãs materiais “magneticamente moles”, como o ferro doce, um metal com alta permeabilidade magnética, que não satura nem imanta com facilidade. Em outros países é conhecido por dry iron (ferro seco) ou soft iron (ferro macio).

É que o desligamento abrupto do eletroímã gera um pulso magnético tão forte que poderia imantar o núcleo. O arame recozido (aquele bem mole), utilizado para amarrar vergalhões nas construções é um tipo de ferro doce, bem como aquele metal que contorna os ímãs dos discos rígidos.

Chamar um material de magneticamente duro (como os ímãs) ou de magneticamente mole, também refere-se à sua característica mecânica (mais ou menos cristalina), como é explicado em um interessante artigo da Escola Politécnica da USP, publicado nas últimas páginas da revista Geologia e Metalurgia, 11ª edição, de 1954 [6].

A compreensão do funcionamento do eletroímã propiciou a criação de inúmeros outros componentes, como os alto-falantes, os relés e os motores elétricos. O telégrafo e o telefone foram os equipamentos que beneficiaram-se imediatamente do eletroímã, porque o utilizam para diversas funções (fones, campainhas, marcador de traços e pontos, etc.).

Para mais detalhes sobre eletromagnetismo, acesse os excelentes trabalhos dos professores Fernando Luiz Rosa Mussoi, do CEFET de Santa Catarina [7] e Odailson Cavalcanti, do IFRN [8], além das páginas da Wikipedia [1] e do Instituto Smithsonian [9].

Outra ótima fonte sobre o assunto é o já citado livro “The electromagnet, and electromagnetic mechanism”, de Silvanus P. Thompson, edição de 1891 [2]. E um trabalho de 1910, de Charles R. Underhill, “Solenoids Electromagnets and Electromagnetic Windings” [10], tem um conteúdo detalhadíssimo para a construção de eletroímãs.

Não estranhe eu citar textos antigos sobre eletricidade e magnetismo, porque esse conhecimento básico, explicado por aqueles que vivenciaram aquela época, é rico pela quantidade de detalhes e informações correlatas, jamais traduzidos para nossa língua.

Geralmente, são textos sem rodeios nem enrolação, que vão direto ao ponto, o que ajuda muito nestes tempos de informação infinita, com muito lixo e distração.

O mercúrio nas conexões

Observe que os fios da instalação de Sturgeon na fig. 3 mergulham em pequenas canecas de vidro, abastecidas com mercúrio, um excelente condutor. Era assim que se conseguia uma boa conexão elétrica, porque antes da metade do século XIX, a solda de estanho/chumbo (Sn/Pb) não era de uso comum. Inclusive os ferros de soldar desse período eram todos aquecidos por chama. As canecas com mercúrio também facilitavam os experimentos, porque possibilitavam rápidas mudanças nas conexões.

No entanto, o mercúrio é um metal pesado, que fica em estado líquido na temperatura ambiente, porque seu ponto de fusão é negativo (– 38,83°C). Isso o torna muito volátil, seus vapores são extremamente tóxicos e têm efeito duradouro no corpo humano. Essas emanações são facilmente absorvidas nos pulmões, encaminhadas ao sistema nervoso e resultam em sérios e comprovados problemas de saúde (tremores, fraqueza muscular, dificuldades para falar, ouvir, memorizar ou enxergar, dormência nas mãos e nos pés, nervosismo, ansiedade, irritabilidade, insônia). Dependendo do nível de exposição, a pessoa pode ter os rins comprometidos e desenvolver a “doença cor-de-rosa”, em que a pele toma essa cor e descama.

Apesar da gravidade, muitos efeitos tóxicos do mercúrio são parcial ou totalmente reversíveis, especialmente no caso de exposições leves ou por pouco tempo. Exposições pesadas e prolongadas podem causar danos irreparáveis [11].

Devido ao uso frequente, muitos pesquisadores foram contaminados com mercúrio. Apesar disso, já se sabia da toxidez do metal, pois era comum naquele tempo a expressão “louco como um chapeleiro”, referência aos fabricantes de chapéus, que usavam uma cola à base de nitrato de mercúrio no acabamento dos produtos e desenvolviam demência por conta disso [12][13].

Hoje em dia, os peixes são a principal fonte de contaminação por mercúrio [11], por isso é aconselhável comer uma vez por mês, no máximo, os peixes carnívoros. Esses peixes comem outros peixes e concentram em si o mercúrio de suas presas (biomagnificação).

Em água salgada temos, por exemplo, a cavala, marlim, peixe-relógio, tubarão, peixe-espada, pirá, atum, anchova, garoupa. Nos rios habitam espécies como o pirarucu, piranha, surubim, mandi, filhote, pirarara, achigã e a piracatinga, inclusive esta última é usada em análises forenses, pois come cadáveres. A contaminação por mercúrio pode ser ainda mais forte nos peixes carnívoros da região amazônica em razão dos garimpos, que usam mercúrio para isolar o ouro.

Após este pequeno desvio informativo, voltamos ao assunto principal, a campainha elétrica.

O surgimento da campainha elétrica

Além do eletroímã, a campainha elétrica necessita de um interruptor para obter o movimento vibratório.

Ele tem origem numa modificação do primeiro “motor” elétrico, não eletrostático, construído em 1821 por Michael Faraday (1791 – 1867), logo após descobrir que a eletricidade produz um campo magnético (fig. 7).

Fig. 7 – Rotor de Faraday (esquerda) e interruptor de Marsh. Fontes: “The electromagnet, and electromagnetic mechanism”, Silvanus P. Thompson, 1891, p.48 [10] e PeoplePill [14].
Fig. 7 – Rotor de Faraday (esquerda) e interruptor de Marsh. Fontes: “The electromagnet, and electromagnetic mechanism”, Silvanus P. Thompson, 1891, p.48 [10] e PeoplePill [14].

O mais correto seria chamá-lo de rotor: um fio de cobre, com o topo enganchado em um suporte condutor, para ter liberdade de movimentos, fica com a outra extremidade mergulhada em uma cuba com mercúrio. No centro desse recipiente há um ímã permanente, com os polos orientados ao eixo vertical (campo magnético paralelo ao elétrico).

Ao ligar uma bateria às extremidades do fio, ele começa a girar em torno do ímã. Ao trocar os polos da bateria, a rotação inverte o sentido. Em vez de utilizar o perigoso mercúrio, atualmente o experimento pode ser feito com água bem salgada.

Em 1824, o químico e assistente de Michael Faraday, James Marsh (1794 – 1846), modifica o experimento acima e cria o primeiro interruptor vibratório de que se tem notícia, o Marsh Interrupter, também chamado de fio oscilante. É o mesmo fio longo e livre, cuja parte inferior está mergulhada no mercúrio. Desta vez, o fio está entre os polos do ímã, reolhe a fig. 7. Para ajudar na compreensão, fiz um vídeo que demonstra os experimentos de Faraday e Marsh:

Motor de Faraday

O experimento de Marsh é muito parecido com o de Faraday, porque somente a posição do ímã foi alterada. Devido ao campo magnético intenso e agora perpendicular ao da corrente elétrica, o fio chega a saltar do líquido condutor e interrompe a conexão. Com isso, cessa o impulso, o fio volta à posição anterior, entra novamente em contato com o líquido e o ciclo recomeça.

Esta pode ter sido a origem do interruptor das campainhas desenvolvidas depois, que foram acopladas ao eletroímã. O dispositivo é citado na p.318 do livro “The electromagnet, and electromagnetic mechanism, de Silvanus P. Thompson, edição de 1891 [2]. Esta publicação conta que, depois de Marsh, Dr. Roget’s usou o mesmo princípio para sua a espiral dançante e Dal Negro, Henry, Wagner e Froment montaram seus próprios modelos.

Observação: a troca do mercúrio por água salgada tem um pequeno efeito colateral: a formação de bolhas e o desgaste de um dos eletrodos em contato com o líquido condutor, devido à eletrólise. Na solução salina são gerados os gases cloro (no ânodo) e hidrogênio (no cátodo), em vez do oxigênio e hidrogênio, que obteríamos se a solução fosse com o corrosivo ácido sulfúrico.

Esses gases são perigosos em grandes concentrações: o hidrogênio é explosivo e o cloro oxidante e altamente venenoso. O experimento poderia tornar-se perigoso se ficasse ligado por horas, em ambiente minúsculo e fechado. Em casa, uma janela aberta será mais que suficiente para evitar problemas. Para saber mais sobre a eletrólise, consulte a página do Brasil Escola [15].

Johann Philipp Wagner (1799-1879)

Apesar de muitos citarem que a cigarra elétrica teria sido inventada por Henry em 1831, nas pesquisas de jornais científicos da época isso não fica evidente. Sabe-se que ele demonstrava aos seus alunos da Albany Academy uma rudimentar campainha, chamada de telegraph, formada por um eletroímã, um ímã e sineta (fig. 8). Esse princípio foi utilizado por Samuel Morse para a criação do telégrafo – o que originou disputas judiciais com Henry [16] – e serviu de modelo para as campainhas dos telefones, como veremos adiante.

Fig. 8 – Experimento chamado telegraph, que Henry demonstrava aos seus alunos. O eletroímã, ao ser acionado repetidamente, causava a atração ou repulsão do ímã suspenso, que batia na sineta conforme a polaridade do fluxo magnético. Fonte: Smithsonian Annual Report, 1857, p.105 [17].
Fig. 8 – Experimento chamado telegraph, que Henry demonstrava aos seus alunos. O eletroímã, ao ser acionado repetidamente, causava a atração ou repulsão do ímã suspenso, que batia na sineta conforme a polaridade do fluxo magnético. Fonte: Smithsonian Annual Report, 1857, p.105 [17].
Fig. 9 – Dois desenhos do Martelo de Wagner, observe que o circuito da esquerda é o que funciona, porque só ali o polo positivo está marcado no lugar certo, além de mostrar clara e corretamente o fio de união dos eletroímãs. Fontes: Zeno [18] e Wikipedia [19].
Fig. 9 – Dois desenhos do Martelo de Wagner, observe que o circuito da esquerda é o que funciona, porque só ali o polo positivo está marcado no lugar certo, além de mostrar clara e corretamente o fio de união dos eletroímãs. Fontes: Zeno [18] e Wikipedia [19].

Ocorre que não há ímãs no aparato inventado por Johann Philipp Wagner, conhecido por Martelo de Wagner ou reótomo (rheotom), ou ainda interruptor de corrente (current-break) [20]. O coração desse aparato é uma cigarra elétrica, porque tem o eletroímã e o interruptor vibratório, aos quais são acrescentados o martelo e a sineta (fig. 9).

Também chamam este dispositivo de Martelo de Neeff, mas Christian Ernst Neeff (1782-1849) tão somente apresentou o trabalho de Wagner (um motor baseado no princípio do interruptor vibratório) em 1° de maio de 1836, na celebração anual da Sociedade Senckenberg [20]. Em português, seria mais correto chamá-lo de “Badalo de Wagner”, mas esse termo pode levar a outros significados…

Em 1837, Wagner publica o trabalho “Geração de tons mesmo em metais não magnéticos por meio de correntes galvânicas interrompidas” (“Erzeugung von Tönen auch in nicht magnetischen Metallen durch unterbrochene galvanische Ströme”), que provavelmente creditou a ele a invenção da campainha elétrica (fig. 10).

Fig. 10 – Esboço da campainha elétrica de Wagner.
Fig. 10 – Esboço da campainha elétrica de Wagner.

As figuras 11 e 12 mostram, respectivamente, o martelo e a campainha de Wagner, apropriados para demonstrações em aulas de Física.

Como sempre, o interruptor vibratório é composto por uma cinta metálica flexível, presa de um lado para criar o efeito de mola. Em frente ao núcleo e acoplada a esta lâmina há uma peça de ferro doce (a armadura), para aumentar a atração magnética. O interruptor vibratório da campainha elétrica tem lâmina maior que o da cigarra, porque incorpora um batedor maciço, para percutir a sineta. Atrás da lâmina há uma peça de platina, que toca um contato ajustável, do mesmo material. Na posição de repouso, a lâmina pressiona o contato e mantém o interruptor ligado.

O eletroímã fica em série com o interruptor vibratório e com outro interruptor, usado para ativar o circuito. Podemos ver isso na montagem da figura 13, com uma chave de faca, enquanto que o ideal seria uma chave de contato momentâneo NA (Normalmente Aberta), como uma chave tact ou mesmo um interruptor de campainha. As extremidades desse circuito são ligadas à fonte de alimentação (bateria, pilhas, etc.).

Fig 11 - Martelo de Wagner para ensino, da centenária marca Phywe, acoplável a outros experimentos (como a bobina de indução de Ruhmkorff). Fonte: Uranmaschine [21].
Fig 11 – Martelo de Wagner para ensino, da centenária marca Phywe, acoplável a outros experimentos (como a bobina de indução de Ruhmkorff). Fonte: Uranmaschine [21].
Fig. 12 – Campainha elétrica de Wagner, modelo apropriado para demonstrações em aulas de Física. Fonte: AliExpress, loja Childhood Funny Store [22].
Fig. 12 – Campainha elétrica de Wagner, modelo apropriado para demonstrações em aulas de Física. Fonte: AliExpress, loja Childhood Funny Store [22].
Fig. 13 – Montagem sugerida pelo fabricante da campainha elétrica da figura anterior. Fonte: AliExpress, loja Childhood Funny Store [22].
Fig. 13 – Montagem sugerida pelo fabricante da campainha elétrica da figura anterior. Fonte: AliExpress, loja Childhood Funny Store [22].

Funcionamento do Martelo de Wagner – ao ligar o circuito, o eletroímã atrai a armadura. Ao movimentar-se, a armadura interrompe a corrente elétrica, porque desconecta a ligação nas suas costas (o interruptor vibratório), como se vê na figura 10 e subsequentes. A atração é forte e a inércia faz o martelo bater na campânula, para logo voltar à sua posição de repouso. Isso fecha novamente o circuito e reinicia o ciclo.

Esse movimento, demorado para explicar, é muito rápido e chega a gerar um zumbido característico.

As faíscas no Martelo de Wagner

Como já comentado, a campainha ou o martelo de Wagner servem mais para o aprendizado de eletricidade básica, porque seu uso não é confiável nem seguro.

As faíscas causam um desgaste intenso dos contatos, que deveriam ser de platina (mais cara que o ouro). Caso contrário, ocorrem frequentes falhas no funcionamento, por causa da oxidação e deformação das superfícies da junção.

A adição de um capacitor entre os contatos do interruptor diminui as faíscas e aumenta sua vida útil. Inclusive, são as faíscas em relés que costumeiramente os travam, especialmente nas centrais de portões automáticos, cuja solução apresentei AQUI no Dicas do Zébio.

Além de diminuir a confiabilidade, as faíscas geradas no interruptor vibratório tornam esse tipo de campainha potencialmente perigoso, porque podem começar incêndios ou causar a ignição em atmosferas inflamáveis e/ou explosivas. Sob certas condições, até o pó fino pode tornar-se explosivo.

Por isso que as campainhas vendidas no comércio são diferentes (e serão tratadas mais adiante). Nos primórdios da eletricidade, certamente era uma campainha comercial, como demonstra a fig. 14.

Fig. 14 – Antigas campainhas elétricas, vendidas no início do século XX. Observe os suportes para pendurá-las na parede. Fonte: Luft-Zug [23], ebay [24] e Horst-Ries [25].
Fig. 14 – Antigas campainhas elétricas, vendidas no início do século XX. Observe os suportes para pendurá-las na parede. Fonte: Luft-Zug [23], ebay [24] e Horst-Ries [25].

As buzinas dos automóveis são um dos poucos dispositivos que utilizam o Martelo de Wagner.

A buzina elétrica

Se pensarmos em segurança, colocar um acessório que gera faíscas junto de um motor a combustão pode parecer absurdo. Mas os fabricantes não são doidos, é a falta da buzina que pode causar um acidente, até porque os automóveis praticamente nasceram com ela.

Ocorre que a buzina elétrica é selada, os contatos de acionamento ficam fechados dentro de um compartimento, que também protege da chuva, barro e poeira. Por isso, ela é segura e bastante resistente a agentes externos. E devido ao uso eventual da buzina, há pouco desgaste dos contatos do interruptor vibratório, que tem uma vida útil estimada de 100 mil acionamentos.

As buzinas são obrigatórias em praticamente qualquer veículo automotor, como automóveis, caminhões, locomotivas e embarcações. Apenas os botes (embarcações miúdas), quando em navegação interior estão dispensados de apitos ou buzinas. O objetivo, obviamente, é alertar da sua presença e evitar acidentes.

Até os aviões têm buzina, mas esta funciona em solo, mais como um sistema de comunicação entre a equipe de manutenção.

Fig. 15 - Buzina com bulbo de borracha e corneta, em carro antigo. Fonte: Alegri / 4freephotos.com [26].
Fig. 15 – Buzina com bulbo de borracha e corneta, em carro antigo. Fonte: Alegri / 4freephotos.com [26].

Há regras específicas, os veículos rodoviários devem respeitar a norma técnica ABNT NBR 5535 e correlatas, além das portarias do CONTRAN. A emissão sonora deve ser contínua, sem alterações de tonalidade e o nível sonoro deve estar entre 87 decibéis (curva A) e 112dB(A). Veículos com potência menor que 7KW (pouco mais de 9HP) devem emitir no mínimo 83dB(A).

No começo do século XX, as buzinas eram de acionamento manual, como aquelas vindas das bicicletas, com a pera de borracha acoplada a uma corneta. Diversos fabricantes de automóveis continuaram usando esses modelos (fig. 15), alguns muito requintados, talvez porque fossem mais confiáveis – ou agradáveis – naquele tempo. Se você olhar bem, foram essas cornetas que inspiraram o onipresente símbolo da buzina.

Havia modelos mais barulhentos e ainda manuais, que utilizavam um princípio parecido com o do reco-reco (raspar um objeto duro em superfície ondulada). Ou o inverso: uma roda dentada bate repetidamente em uma protuberância, engastada no centro de um diafragma feito de folha de aço e acoplado a uma corneta (fig. 16).

Fig. 16 – Buzinas klaxon de acionamento manual. Fontes (da esquerda para a direita): Bidorbuy [27], Olympic Drums & Percussion [28] e T-Bucket Plans [29].
Fig. 16 – Buzinas klaxon de acionamento manual. Fontes (da esquerda para a direita): Bidorbuy [27], Olympic Drums & Percussion [28] e T-Bucket Plans [29].
Fig. 17 – Buzina klaxon elétrica, com motor de eixo vertical. Fonte: Wikipedia [30] e ebay [31].
Fig. 17 – Buzina klaxon elétrica, com motor de eixo vertical. Fonte: Wikipedia [30] e ebay [31].
Fig. 18 – Buzinas klaxon elétricas, com motor de eixo horizontal, observe a diferença entre elas, especialmente na parte do eixo que toca a lâmina. Fonte: Google Patents [32] e HNSA [33].
Fig. 18 – Buzinas klaxon elétricas, com motor de eixo horizontal, observe a diferença entre elas, especialmente na parte do eixo que toca a lâmina. Fonte: Google Patents [32] e HNSA [33].
Fig. 19 – Buzinas klaxon à venda, novas (esquerda) ou restauradas. Fonte: DesertCart [34], Oldtimer Service [35], Amazon [36] e Bonhams[37].
Fig. 19 – Buzinas klaxon à venda, novas (esquerda) ou restauradas. Fonte: DesertCart [34], Oldtimer Service [35], Amazon [36] e Bonhams[37].

Em 1908, Miller Reese Hutchinson patenteou um modelo acionado por motor elétrico (fig. 17), que foi licenciado e fabricado pela Lovell-McConnell Manufacturing Company, cujo fundador cunhou o termo klaxon (palavra que vem do grego antigo klazō, “Eu grito”). É um termo onomatopeico, porque ao pronunciar klaxon, podemos lembrar do som produzido quando apertamos e soltamos uma lata de refrigerante…

Uma patente de 1914 mostra um modelo mais compacto, com eixo horizontal, que desliza esferas acopladas ao perímetro de um disco (fig. 18, esquerda). Ao girar o eixo, as esferas batem nas ondulações do diafragma, o que causa forte vibração. A patente pode estar incorreta, porque várias esferas no perímetro exigem demasiado esforço do motor e é mais provável que fiquem perto do centro, como sugere o desenho ao lado. O movimento é semelhante ao daquelas chaves rotativas para troca de faixa, nos antigos rádios de ondas curtas, mas feito para ser MUITO barulhento.

As buzinas klaxon ficaram mais conhecidas pelo som emitido, que hoje simboliza o início da era automobilística:

– “Awoooga!”

Ao contrário do que se crê, as klaxon nunca fizeram parte dos carros da Ford, especialmente do modelo T – cuja buzina era opcional –, porque foi uma subdivisão da General Motors que comprou, em 1924, a Lowell-McConnell [29].

A engraçada e espalhafatosa buzina klaxon fez – e faz – tanto sucesso que até hoje é encontrada à venda, seja nova ou restaurada (fig. 19). Até a famosa Fiamm fabrica o modelo OOGA HORN (part. N° 6605923).

No começo do século XX também foi desenvolvida a buzina que utilizava eletroímã em vez de motor. De acordo com a Wikipedia [38], ela teria sido inventada em 1910, por Oliver Lucas, de Birminghan, Inglaterra. Esse tipo de buzina emite um determinado e contínuo tom (fig. 20). A corneta era um acessório essencial para aumentar a eficiência e melhorar a diretividade do som. Observe que o modelo fabricado pela Bosch, em 1921 (fig. 21), dispunha também de um disco ressonante, ao estilo das atuais buzinas planas, que trataremos a seguir.

Fig. 20 – Buzinas que operam com solenoide, patentes US1197910 (esq.) e US1351729. Fonte: Google Patents [32].
Fig. 20 – Buzinas que operam com solenoide, patentes US1197910 (esq.) e US1351729. Fonte: Google Patents [32].
Fig. 21 – Buzina Bosch, produzida desde 1921. Fonte: Bosch [39] e flickr [40].
Fig. 21 – Buzina Bosch, produzida desde 1921. Fonte: Bosch [39] e flickr [40].

Desde então o sistema é o mesmo, semelhante à campainha elétrica que mostramos antes e arranjado de forma compacta e eficiente: um compartimento circular, com o eletroímã no centro, ligado em série com um interruptor vibratório; esse interruptor é acoplado à armadura (núcleo móvel), de maneira a chavear conforme o seu movimento; a armadura do eletroímã é presa ao centro de um diafragma, moldado para funcionar como uma mola.

A armadura, quando atraída, move o diafragma e desliga o interruptor; a atração cessa, o diafragma faz a armadura voltar à posição de repouso e o interruptor liga outra vez, o que reinicia o ciclo. Em razão desse movimento, o diafragma emite um som característico, que varia conforme a espessura e o diâmetro da fina chapa de aço que o constitui, além da massa do conjunto diafragma/armadura. O som pode ser ampliado de duas maneiras.

A primeira delas é a buzina caracol, que usa o diafragma acoplado a uma corneta (trompa) enrolada sobre si mesma, que concentra e direciona a emissão sonora (figs. 22 e 23A).

A garganta da trompa tem uma pequena área, pela qual se comunica com o diafragma e que aumenta exponencialmente, no trajeto até a boca. As frequências limites de emissão da corneta são dadas pelo tamanho da garganta (frequência mais alta) e da boca (frequência mais baixa).

O espaço entre o diafragma e a garganta da corneta é chamado de câmara de compressão. A corneta converte um pequeno deslocamento de ar de alta pressão em um grande deslocamento de ar de baixa pressão (a corneta é um transformador acústico). O formato em caracol é usado para diminuir o tamanho final da trompa.

Fig. 22 – Vista do interior da buzina caracol.
Fig. 22 – Vista do interior da buzina caracol.
Fig. 23 – Diferenças entre a buzina caracol (A) e a plana, “bi-bi”ou “paquerinha” (B).
Fig. 23 – Diferenças entre a buzina caracol (A) e a plana, “bi-bi”ou “paquerinha” (B).
Fig. 24 – Modelos de buzina plana, vista de perfil (A), usadas em motocicletas (B,C) e automóveis (D,E).
Fig. 24 – Modelos de buzina plana, vista de perfil (A), usadas em motocicletas (B,C) e automóveis (D,E).
Fig. 25 – Animação que mostra o funcionamento da buzina plana.
Fig. 25 – Animação que mostra o funcionamento da buzina plana.

Na buzina caracol há um grande espaço entre a armadura e a parte fixa do núcleo do eletroímã, preso na parte traseira da carcaça (figs. 22 e 23A). Com isso, evita-se colisão entre eles, durante o funcionamento. A parte fixa do núcleo do eletroímã aumenta o poder de atração magnética.

O segundo modelo de buzina tem o som mais agudo e simpático, é a buzina plana, mais conhecida como “paquerinha” ou “bi-bi” (fig. 23B). Internamente é a mesma buzina que a caracol, mas no lugar da corneta há uma campânula (sineta) bastante achatada, presa pelo ponto central ao diafragma. A sineta pode ficar exposta ou protegida, como vemos na fig. 24.

Ao olhar melhor a figura 23, percebemos que na buzina plana o espaço de ar (gap) entre a armadura e o núcleo fixo é bem pequeno. A intenção disso é fazer com que durante o funcionamento, ocorra a colisão da armadura com o núcleo, agarrado à parte traseira da buzina, para forçar o aumento de vibração da campânula. A animação da fig. 25 mostra isso.

No Brasil, a buzina “bi-bi” acompanha os carros da Volkswagen desde os tempos do Fusca. É possível que a alcunha da buzina plana tenha alguma relação com o fato de que o automóvel serve muito mais como um símbolo de status do que de utilidade.

Atualmente, várias montadoras equipam seus automóveis, caminhões e ônibus com a buzina plana. As motocicletas sempre usaram este modelo, um pouco menor e de tom mais agudo.

A falta de corneta provavelmente torna a buzina “paquerinha” menos suscetível aos defeitos por oxidação, porque nos modelos abertos, não há locais para o acúmulo de água ou sujeira. Ao ser acionada, a campânula vibra tão fortemente que impede isso.

A buzina plana tem uma frequência bem definida de emissão, devido à ressonância da campânula, o que torna o sinal sonoro claramente audível e de timbre bem personalizado.

Já a buzina caracol, em que pese ter a frequência de ressonância determinada pela distância entre a garganta e a boca, emite um som mais grave, uniforme e suave, espalhado por várias frequências [41].

Ambos os modelos podem ser instalados em dupla, cujos tons precisam ter uma diferença de 65Hz a 100Hz. São comuns os pares de buzinas com frequências de 335/435 Hz, 340/425 Hz, 350/415Hz, 350/420Hz, 420/500Hz e 500/600Hz (fig. 26).

Fig. 26 – Par de buzinas planas Yiyida (335/435Hz), com emissão sonora maior que o permitido pelas normas brasileiras. Fonte: Amazon [42].
Fig. 26 – Par de buzinas planas Yiyida (335/435Hz), com emissão sonora maior que o permitido pelas normas brasileiras. Fonte: Amazon [42].

Requisito importante são as conexões elétricas das buzinas, que devem ser muito confiáveis, porque o consumo de corrente é alto e gira em torno de 4 a 6A por buzina (naquelas de 12V).

Há modelos com um ou dois terminais, que costumam ser do tipo fast-on (terminal chato de encaixe). A buzina com um só terminal recebe o outro polo através do chassi do veículo e pode falhar, se houver ferrugem no suporte de aço. As buzinas modernas geralmente são conectadas com dois terminais de ligação, através de soquete específico.

No lado externo, além dos terminais de conexão há um ajuste, usado para extrair o máximo de volume da buzina. Pode ser necessário retocá-lo, se houver perda de eficiência.

Dependendo do fabricante, pode haver um filtro de teflon na carcaça, que anula a diferença de pressão atmosférica entre o interior e o exterior da buzina e impede a entrada de sujeira.

Lembre-se: toda buzina deve emitir um tom contínuo, limpo e sem falhas.

Se a buzina de seu veículo subitamente variar de tom, tocar mais baixo, oscilar ou às vezes falhar, revise urgentemente todas as conexões, inclusive o botão no volante e o relé de acionamento, porque a buzina é um item obrigatório de segurança e sujeita o condutor a multa.

Em caso de alagamentos, a buzina poderá ter encharcado e não funcionar bem, como se ficasse dando gargarejos (nos modelos com caracol). Seria mais seguro trocá-la, mas pode ser feita antes uma tentativa de expô-la ao sol forte por uns dois dias inteiros, para forçar a evaporação da água que entrou. Devido ao formato do caracol, não há garantia que evapore tudo. Com o tempo, o diafragma poderá oxidar e impedir o funcionamento. Se entrou sujeira esqueça, melhor trocar.

Abrir uma buzina pode piorar a situação, porque as peças geralmente são prensadas e encaixadas em locais exatos, com rebites fortes e qualquer modificação poderá causar falhas de funcionamento. Alguns modelos nem podem ser abertos.

Aliás, o preço não é tão alto para economizar nisso. Entre buzinar ou atropelar alguém, o que fica mais barato?

Fig. 27 – Folheto de instruções das buzinas Mini Fiamm, da década de 1980.
Fig. 27 – Folheto de instruções das buzinas Mini Fiamm, da década de 1980.

SUA SEGURANÇA: no seu veículo, observe e respeite a posição em que o fabricante instalou a(s) buzina(s), porque será a mais eficiente e correta para a dispersão do som. Os modelos de corneta geralmente ficam voltados obliquamente para baixo, para o som refletir na carcaça ou no chão e também para escoar a água que porventura as atingir. Confira as instruções montagem e as condições de garantia das buzinas Mini Fiamm, em foto que guardei de um par que vendi há um bom tempo (fig. 27).

Para quem desejar conhecer em profundidade o funcionamento das buzinas, recomendo a leitura da detalhada tese de mestrado de Miao Yu e Nanhai Huang, do Departamento de Engenharia Mecânica do Blekinge Institute of Technology, da Suécia [43]. Eles sugerem diversas maneiras de aumentar a eficiência desses dispositivos.

As buzinas eletromecânicas continuam a ser fabricadas devido a sua segurança, robustez, confiabilidade, alta emissão sonora e simplicidade de construção. O problema é que o interruptor vibratório delas é um grande gerador de interferência eletromagnética, que pode atrapalhar o funcionamento dos veículos modernos. As buzinas também precisam evoluir, e há novidades.

Fig. 28 – Buzina Bosch H3F Digital Fanfare. Fonte: Bosch Auto Parts [44].
Fig. 28 – Buzina Bosch H3F Digital Fanfare. Fonte: Bosch Auto Parts [44].
Fig. 29 – Buzina Fiamm HK-9E, de acionamento eletrônico. Fonte: Fiamm Components, p.11 [45].
Fig. 29 – Buzina Fiamm HK-9E, de acionamento eletrônico. Fonte: Fiamm Components, p.11 [45].

A Bosch, fabricante de buzinas desde 1921, lançou no comércio a buzina sem o interruptor eletromecânico (Bosch H3F Digital Fanfare – fig. 28). A Fiamm, por sua vez, lançou o modelo para uso industrial HK-9E (fig. 29). Ambas são ativadas por circuito eletrônico, que produz pouca interferência eletromagnética, além de atender e até exceder as normas técnicas pertinentes.

A Bosch [44] comenta que sua buzina H3F é menos suscetível a ambientes agressivos e tem durabilidade até 10 vezes maior, porque não há desgaste mecânico. Pode tocar continuamente por até 3 minutos – as tradicionais tocam 1 minuto no máximo. Buzinas de acionamento eletrônico produzem melhor qualidade de som, com pouca ou nenhuma flutuação, consomem menos corrente elétrica e são adequadas aos atuais veículos, entupidos de eletrônica embarcada.

A buzina GENTIL

Às vezes, precisamos avisar alguém à nossa frente e buzinar pode parecer agressivo. Para evitar isso, podemos montar uma buzina gentil, com um toque bem curto, personalizado, como aqueles alertas de mensagem no celular. No vídeo abaixo, Mark Rober mostra como fazer isso. Essencialmente, aciona uma corneta piezoelétrica com um microcontrolador (Arduino ou qualquer outro), que gera o som ou reproduz uma gravação:

A buzina de “300 dB”

Também estão à venda na internet buzinas que alegam emitir 300dB! Nada mais falso, observe a tabela da fig. 30, que compara os níveis de intensidade sonora. Lembre-se que uma diferença de 3dB é o dobro de potência elétrica e uma diferença de 10dB é 10 vezes mais. Uma emissão sonora tão intensa como 300dB seria destrutiva ao entorno, pois 150dB já é o limiar do pânico e acima de 200dB é mortal. Observe os comentários dos compradores para não se iludir.

Fig. 30 – Tabela comparativa de níveis sonoros. Cuide que as palavras usadas podem parecer estranhas aos brasileiros, porque esta imagem vem de Portugal. Fonte: Câmara Municipal de Almada [46], através de Mondoarq [47].
Fig. 30 – Tabela comparativa de níveis sonoros. Cuide que as palavras usadas podem parecer estranhas aos brasileiros, porque esta imagem vem de Portugal. Fonte: Câmara Municipal de Almada [46], através de Mondoarq [47].

## O mundo das campainhas, buzinas e sirenes – Parte 2

## O mundo das campainhas, buzinas e sirenes – Parte 3 – final

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  1. Carlos Spindula
    6 de janeiro de 2022 às 00:49

    Interessantíssima aula, com o histórico e detalhes de funcionamento das campainhas e buzinas ! Aguardando as demais partes, porem nessa frase : “É possível que a alcunha da buzina plana (paquerinha) tenha alguma relação com o fato de que o automóvel serve muito mais como um símbolo de status do que de utilidade.” entendo que os automóveis são utilitários práticos, pertinentes e necessários , alguns infelizmente usando para se exibirem (status) por causa do preço elevado em nosso pais.

    • 26 de janeiro de 2022 às 23:10

      Carlos, obrigado pelo comentário, realmente, o carro virou símbolo de status desde o Ford modelo T, porque aquele automóvel começou num preço e foi baixando, até se tornar tão barato que era chamado de “carro do pobre”. Tem um texto meu sobre essa estória, dentro do post de Filamentos LED, parte 2 (https://dicasdozebio.com/2016/08/28/filamento-led-conheca-e-compare-parte-2/), na seção sobre Obsolescência Programada.

  1. 26 de janeiro de 2022 às 22:46

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