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

22 de março de 2022 2 comentários

Fig. 66 – À esquerda, fragmento natural de quartzo incolor (cristal de rocha), à direita o sal de La Rochelle. Fonte da imagem do sal de Rochelle: Science Notes [105].

Fig. 66 – À esquerda, fragmento natural de quartzo incolor (cristal de rocha), à direita o sal de La Rochelle. Fonte da imagem do sal de Rochelle: Science Notes [105].

Nesta terceira e última parte sobre os dispositivos de alerta sonoro, tratamos do efeito piezoelétrico e as imensas possibilidades de uso,. Saiba diferenciar os sonorizadores piezoelétricos dos eletromagnéticos, os cuidados para projetar e montar o seu sonorizador.

Aprenda também como funciona a campainha detectora de raios, e a influência do barulho em nossas vidas.

MAIS

Resumo

## Parte 1 (link)

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 (link)

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

Piezoeletricidade

O efeito piezoelétrico (ou piezelétrico) está presente em certos materiais sólidos, como cristais, cerâmicas e substâncias biológicas (ossos, madeiras, DNA e diversas proteínas) que, quando submetidos a deformação mecânica, geram energia elétrica. O inverso também é verdadeiro: ao aplicar energia elétrica, os materiais piezoelétricos se deformam [103][104]. Em princípio, todos os materiais piezoelétricos têm estrutura cristalina.

O efeito piezoelétrico foi descoberto em 1880 pelos irmãos Paul-Jacques Curie (1855-1941) e Pierre Curie (1859-1906). Eles encontraram piezoeletricidade nos cristais de turmalina, topázio, açúcar de cana, quartzo e sal de La Rochelle (os dois últimos exibem mais piezoeletricidade).

Em 1881, Ferdinand Gabriel Lippmann (1845-1921) descobriu por dedução matemática o efeito inverso da piezoeletricidade (tensão sobre o cristal que gera deformação), fato prontamente confirmado pelos irmãos Curie.

Observação: o cristal de rocha é o quartzo incolor ou quartzo hialino (transparente como vidro), cuja fórmula é SiO₂ (sílica ou dióxido de silício). Não confundir com o sal de La Rochelle (tartarato de sódio e potássio tetrahidratado) que é o aditivo alimentar E337 (antioxidante), fórmula C₄H₄KNaO₆*4H₂O. O avô, o pai e o tio de Pierre Seignette (1660-1719) prepararam este sal em 1675 em La Rochelle, França. É também conhecido por “sal de Seignette” [106]. Observe a diferença entre esses cristais na fig. 66.

Aliás, “cristal de rocha” é uma denominação infeliz, porque minerais formam cristais e rochas são formadas por minerais. É como chamar uma fruta de “fruta de árvore”, como nos ensina um artigo sobre os cristais, do Serviço Geológico do Brasil – CPRM [106_a].

Entretanto, como a denominação é de uso mundial, é possível que o termo “cristal de rocha” seja utilizado para diferenciar os que tem origem pela extração mineral (mais duros, rochosos) daqueles mais frágeis ou solúveis, obtidos por reações químicas ou evaporação (sal de cozinha, açúcar, sal de La Rochelle, etc.).

O sal de Rochelle não é tóxico, é de fácil obtenção, dissolve-se em água e tem gosto salino e refrescante [105]. Além da característica piezoelétrica, esse aditivo alimentar tem usos bem variados, como: reagente de laboratório, retardador de cura para cimento e gesso, regulador de combustão. Também é utilizado na indústria microeletrônica, farmacêutica e auxilia na conservação de carne, fabricação de espelhos, tratamento de metais, composição de pasta de dentes e papel de cigarro [107].

É muito fácil fazer crescer cristais do sal de Rochelle, para realizar experimentos piezoelétricos. Um artigo de Science Notes [105] ensina isso de vários modos, inclusive como criar um cristal único a partir de uma “semente” deste sal. O texto cita um vídeo, que mostra a montagem de um alto-falante de cristal e os desafios para aumentar sua eficiência.

Compreenda o efeito piezoelétrico

Cristais que não tem centro de simetria apresentam efeito piezoelétrico. Para explicar isso, temos que olhar para as moléculas individuais que compõem o cristal. Cada molécula tem uma polarização chamada de dipolo (uma extremidade com carga mais negativa e a extremidade oposta com carga mais positiva). Isso é resultado dos átomos que compõem a molécula e da forma como as moléculas são moldadas. O eixo polar é uma linha imaginária que passa pelo centro de ambas as cargas da molécula. Em um monocristal, os eixos polares de todos os dipolos ficam em uma única direção. Em um policristal (fig.67) , existem diferentes regiões dentro do material que possuem um eixo polar próprio, não alinhado às outras regiões. O policristal é assimétrico porque não há nenhum ponto no qual ele poderia ser cortado e que deixaria as 2 peças resultantes com o mesmo eixo polar [108].

Fig. 67 – Material policristalino, com eixos polares em diversas direções. Fonte: Murata [108].

Fig. 67 – Material policristalino, com eixos polares em diversas direções. Fonte: Murata [108].

Silício monocristalino é o substrato de praticamente todo semicondutor moderno, pois origina-se de uma pequena parte (chip) de uma fina bolacha (wafer) desse material. Por outro lado, as placas que geram energia elétrica diretamente a partir do sol utilizam células fotovoltaicas que podem ser oriundas de wafers de silício monocristalino ou policristalino, depende da tecnologia empregada na fabricação.

Para produzir o efeito piezoelétrico no sentido desejado, a peça pronta de policristal é aquecida sob a aplicação de forte campo elétrico. O calor dá maior mobilidade às moléculas e as forças do campo elétrico obrigam todos os dipolos no cristal alinharem-se na mesma direção. É o processo chamado de poling ou polarização: ao criar os polos positivo e negativo, são estabelecidos os caminhos para a corrente elétrica dentro do cristal. Após removida a alta-tensão, mantém-se uma polarização residual, que será desfeita com o tempo (calculado em décadas). Observe a animação da fig. 68.

Fig. 68 – Processo de polarização (poling) de um cristal piezoelétrico. Fonte: Murata [108].

Fig. 68 – Processo de polarização (poling) de um cristal piezoelétrico. Fonte: Murata [108].

Após o poling, o efeito piezoelétrico pode ser observado no cristal. Se ele for comprimido, uma tensão com a mesma polaridade do poling aparecerá entre os eletrodos. Se o material for esticado, surgirá uma tensão com polaridade oposta (fig. 69).

Fig. 69 – Efeito piezoelétrico em cristal polarizado. Fonte: Murata [108].

Fig. 69 – Efeito piezoelétrico em cristal polarizado. Fonte: Murata [108].

Fig. 70 – Efeito piezoelétrico em cristal polarizado submetido a corrente alternada. Fonte: Murata [108].

Fig. 70 – Efeito piezoelétrico em cristal polarizado submetido a corrente alternada. Fonte: Murata [108].

Por outro lado, se for aplicada uma tensão elétrica o material se deformará. Uma tensão com polaridade oposta à do poling fará expandir o material e uma tensão de mesma polaridade causará sua compressão. A aplicação de um sinal alternado (CA) fará o material vibrar na mesma frequência do sinal (fig. 70). Esta vibração será máxima na frequência de ressonância do dispositivo.

As cerâmicas piezoelétricas são classificadas em duas categorias, relativas à dopagem (substituição de átomos na estrutura molecular original): os materiais duros (hard) tem alta quantidade de elemento dopante, ao contrário dos materiais moles (soft). Diferenças de 1% de dopante (impurezas) podem causar grandes mudanças nas propriedades do material.

Os materiais fortemente dopados ou duros tem baixas perdas dielétricas e aceitam alto nível de estresse mecânico e elétrico (comuns em motores e limpadores ultrassônicos), mas sua polarização é mais difícil e tendem a perder mais rapidamente suas propriedades piezoelétricas. São adequados para aplicações de alta potência.

Já os materiais moles ou fracamente dopados são melhores em operações estáticas, que precisam de grande deslocamento e baixa frequência de operação. As cerâmicas piezoelétricas moles têm cerca de 10 vezes mais perdas dielétricas e são adequadas a sensores, receptores, atuadores e transdutores de baixa potência.

Em princípio, todo material piezoelétrico é um transdutor, porque converte uma forma de energia em outra (eletricidade → mecânica e vice-versa). No entanto, são chamados de transdutores piezoelétricos (piezoelectric transducers) somente os dispositivos que geram alguma onda acústica, como as pastilhas para buzzers e os módulos ultrassônicos que fazem parte de um equipamento. Outras aplicações dos materiais piezoelétricos são classificadas como atuadores, motores, geradores, transformadores, sensores, etc., como veremos a seguir.

Fig. 71 – Produtos que funcionam à base de materiais piezoelétricos: a) antiga cápsula fonocaptora Ronette ST-105D; b) primeiro modelo de sonar de pesca da Furuno; c) acendedor Magiclik; d) ponteira ultrassônica odontológica para limpeza, da PZT Electronic [109]; e) transdutor Langevin PKT40A, com flange e sonotrode, da ThorLabs [110]. Observe que o tamanho de cada objeto foi alterado para caber na figura, não há relação exata de proporção entre eles.

Fig. 71 – Produtos que funcionam à base de materiais piezoelétricos: a) antiga cápsula fonocaptora Ronette ST-105D; b) primeiro modelo de sonar de pesca da Furuno; c) acendedor Magiclik; d) ponteira ultrassônica odontológica para limpeza, da PZT Electronic [109]; e) transdutor Langevin PKT40A, com flange e sonotrode, da ThorLabs [110]. Observe que o tamanho de cada objeto foi alterado para caber na figura, não há relação exata de proporção entre eles.

Materiais piezoelétricos e suas aplicações

Em 1910, Woldemar Voigt (1850-1919) publicou o tratado Lehrbuch der Kristallphysik (Manual de Física dos Cristais), com uma relação de 20 cristais piezoelétricos de origem natural, que tornou-se referência na área. A partir daí, as pesquisas prosperaram.

Durante a Primeira Guerra Mundial, em 1917, a França usou um sonar para detectar submarinos, inventado por Paul Langevin (1872-1946) e construído com pastilhas de quartzo. O sobrenome dele denomina hoje um tipo de transdutor ultrassônico.

Nos anos seguintes, foram concebidos diversos dispositivos piezoelétricos. Há uma patente de 1924 (US1495429), chamada Piezophony e depositada em 1918 por Alexander McLean Nicholson, que parece ter sido a primeira a mostrar o uso de cristal piezoelétrico nas funções de fone e microfone [32].

Um clássico exemplo de uso foram os toca-discos antigos (vitrolas e eletrolas), que desde 1930 utilizaram cápsulas fonocaptoras com cristais piezoelétricos, inicialmente feitas de sal de Rochelle ou quartzo (fig. 71a). Um problema recorrente, que limitava muito a durabilidade e o desempenho dos cristais era sua sensibilidade à umidade e temperatura.

A partir dos anos 1940, as cerâmicas piezoelétricas foram desenvolvidas de forma independente pelos EUA, Rússia e Japão. Inicialmente, pesquisaram o titanato de bário e depois o titanato zirconato de chumbo (PZT), usados até hoje. As cerâmicas têm efeito piezoelétrico 100 vezes mais forte, são mais estáveis e confiáveis que os cristais naturais e podem ser fabricadas no formato adequado para cada aplicação, através da sinterização de pó cerâmico.

No esforço para reerguer o país depois da II Guerra Mundial, o Japão começou a fabricar vários dispositivos piezoelétricos, como blocos de ignição e filtros para comunicações. Um exemplo é a Furuno [111], empresa que iniciou em 1948 a comercialização de sonares para detecção de cardumes (fig. 71b). Hoje, a Furuno também produz radares marítimos, sistemas de identificação, comunicação e piloto automático para embarcações, estações meteorológicas, aparelhos de densitometria óssea, dentre outros.

Um aparelhinho bem conhecido, que resultou do desenvovimento dos blocos de ignição é o acendedor de fogões tipo “Magiclick” (sem chama). Um gatilho comprime a mola de um percutor, que ao ser liberado golpeia um bloco de ignição piezoelétrico, que então gera um pulso de alta-tensão (fig. 71c). Esse pulso é tão forte que causa um arco elétrico (faísca). Isqueiros e maçaricos modernos, com acendedores sem pedra, também utilizam o mesmo princípio.

Para ilustrar: a pedra de isqueiro ou mischmetal (metal misturado, em alemão) é uma liga pirofórica à base de terras raras (cério, tântalo e neodímio) misturada com ferro e que quando atritada, gera faíscas. Foi desenvolvida em 1903 por Carl Auer von Welsbach (1858-1929), que também inventou a camisa incandescente, uma malha de tecido usada para aumentar o brilho da chama dos lampiões. A malha era originalmente impregnada com nitrato ou dióxido de tório, que devido à fraca radioatividade, foi substituído por ítrio. A composição contém pequenas quantidades de dióxido de cério (dá chama mais brilhante) e berílio (melhora a resistência da camisa).

Fig. 72 – Atuador piezoelétrico Cedrat, modelo APA1000XL. Fonte: CEDRAT Technologies [112].

Fig. 72 – Atuador piezoelétrico Cedrat, modelo APA1000XL. Fonte: CEDRAT Technologies [112].

A impedância dos materiais piezoelétricos – puramente capacitiva – possibilita que trabalhem com frequências elevadas, muito além da faixa audível. Alguns transdutores podem gerar ultrassons de até 20MHz, filtros e ressonadores já alcançam a faixa dos GHz.

Para aumentar a ação piezoelétrica, costuma-se empilhar várias pastilhas cerâmicas, de diversas formas. As ponteiras ultrassônicas odontológicas de limpeza são um exemplo de uso, como o modelo da PZT Electronic [109], na fig. 71d. Há transdutores de alta potência, empregados em equipamentos de limpeza por ultrassom ou para soldar folhas metálicas finas e outros materiais. A fig. 71e mostra o transdutor Langevin modelo PKT40A, da Thor Labs [110], com potência de 700W, acoplado a uma flange (peça central) e a um sonotrode, peça metálica à direita, também chamada de corneta (horn), que conduz o ultrassom para o material a ser trabalhado.

O empilhamento possibilita criar atuadores piezoelétricos, que podem ser acoplados a mecanismos com efeito de alavanca, que amplificam o movimento várias vezes e conseguem deslocar até alguns milímetros, com muita precisão, rapidez e repetibilidade. Observe o atuador APA1000XL, da Cedrat [112], que movimenta pouco mais de 1mm (fig. 72).

Atuadores piezoelétricos são empregados, por exemplo, em equipamentos de nanoposicionamento ou micromanipulação, que lidam com amostras microscópicas. Imagine a precisão necessária para comandar uma finíssima agulha que perfura um óvulo e injeta um espermatozoide, na fertilização in vitro, um dos tipos de inseminação artificial. Outro uso é na dosagem de pouquíssimas quantidades de líquidos, na faixa de microlitros (1µL = 1mL/1000), utilizadas em equipamentos de análise laboratorial.

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Fig. 73 – Simulação de movimento de atuador piezoelétrico de palheta, da PIEZO-MIDE [113]

Há os atuadores de palhetas, que curvam uma extremidade. São utilizados em processos industriais, microventiladores e podem operar também como sensores (fig. 73). Estuda-se substituir solenoides e criar músculos de robôs com novos tipos de atuadores piezoelétricos [113].

Aparelhos que manipulam raios laser, como os scanners 3D e as estações totais (modernas substitutas dos teodolitos), utilizam motores/atuadores piezoelétricos nos mecanismos internos. Estes equipamentos conseguem fazer imagens com dimensões exatas de um objeto, sala, prédio, bem como levantar a topografia de um terreno. Também podem calcular com bastante precisão o volume de um monte de cimento, areia, pedra, grãos, etc..

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Fig. 74 – Vista interna de um motor ultrassônico da Shinsei e respectivo princípio de funcionamento. Fonte: Shinsei [114].

Em certas situações, é necessário realizar movimentos sob influência de fortes fluxos magnéticos, temperaturas extremas ou baixíssima pressão. Nalgumas vezes o silêncio é importante, noutras é necessária firme posição do eixo. Os motores piezoelétricos ou ultrassônicos têm alto torque em baixa rotação, não sofrem influência de campos magnéticos, suportam temperaturas drásticas, trabalham sob ultra-alto vácuo (UHV – Ultra-High Vacuum), são extremamente silenciosos, têm resposta muito rápida e controlável (não necessitam de engrenagem redutoras ou freios) e mantém sua posição quando desligados, o que os torna adequados, por exemplo, em máquinas de ressonância magnética, satélites e missões espaciais, síncrotons, inspeções microscópicas, movimentação de gimbal’s, pequenas articulações de robôs (dedos) e lentes em câmeras digitais.

O motor ultrassônico é bastante simples e funciona com base na inércia e fricção: o estator vibra em ondas, que fazem o rotor deslizar (fig. 74). Se você já viu um bebê engatinhar sentado, tracionando-se somente com as pernas, é mais ou menos assim que os motores piezoelétricos funcionam… A francesa Cedrat [112] e as japonesas Fukoku [114_a] e Shinsei [114] são fabricantes desses motores.

O transformador piezoelétrico (Piezoelectric Transformer – PT) é outro interessante dispositivo, apto a gerar alta-tensão com diversas vantagens sobre os eletromagnéticos: a fonte diminui 89% em tamanho, tem 43% menos perdas, 300% a mais de densidade de potência e 38% a menos de interferência eletromagnética, conforme demonstrado numa tese de Thomas Andersen, da Universidade Técnica da Dinamarca – DTU [115]. Apesar de ser mais caro (por enquanto) que os modelos eletromagnéticos, já foi demonstrado que pode-se montar com ele uma fonte de notebook do tamanho de 3 ou 4 cartões de crédito empilhados.

O transformador piezoelétrico tem excelente isolamento galvânico e chega a manejar 40W/cm³. Há alguns anos, a potência máxima de trabalho foi estimada em 200W por unidade [116], valor que poderá subir conforme o progresso dessa tecnologia.

Apesar do comportamento externo dos transformadores piezoelétricos ser o mesmo, sua construção mecânica pode variar bastante, dependendo do formato e da direção do acoplamento da vibração (por espessura, contorno, radial, longitudinal ou uma combinação desses). As técnicas construtivas também determinam a posição dos eletrodos, que podem ser entrelaçados. São mais comuns os formatos de disco e os de chapas finas e retangulares.

Um problema inerente aos dispositivos piezoelétricos é a sensibilidade a choques, que podem causar grandes surtos de tensão. Assim, os transformadores piezoelétricos precisam de eficientes dispositivos de proteção contra sobretensões, geradas a partir de impactos mecânicos.

Transformadores piezoelétricos são utilizados em fontes de alimentação de alta-tensão para os mais diversos fins, como ionizadores, ozonizadores (geradores de ozônio para desinfecção), geradores de plasma, precipitadores eletrostáticos (para captação de fumaça em chaminés), sistemas de comunicação e de ignição de satélites. A Tamura [117], Steminc [118] e Noliac CTS [119] são empresas que produzem tais componentes.

Antes da popularização dos LEDs, alguns circuitos de acionamento de lâmpadas fluorescentes de cátodo frio chegaram a usar transformadores piezoelétricos para iluminar as telas LCD de notebooks (Apple, Toshiba, NEC, Panasonic) [116]. A fig. 75 mostra um inversor desses, bem como alguns modos de vibração.

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Fig. 75- Transformadores piezoelétricos e três modos de vibração. Na parte inferior da imagem, inversor empregado nos Apple Powerbook 15” e 17” e transformador radial de 40W, desenvolvido pela Face Electronics, Fraunhofer Institute e Infineon. Fonte: MDPI [116].

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Fig. 76 – Cristais e ressonadores de quartzo, de diversos tamanhos, conforme a época de fabricação. Atualmente há cristais minúsculos em SMD, como os fabricados pela Murata, que medem 1,2 x 1mm (detalhe da imagem).

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Fig. 77 – Entranhas de três cristais (3,575611 MHz, 14,318 MHz e 3.768 Khz), mais um ressonador de 455 Khz, com um dos terminais quebrado. No detalhe, um antigo cristal da Statek, com 8mm de comprimento, utilizado como base de tempo em relógios (a superfície de vidro permite enxergar o seu interior, cuide que o cristal tem a forma de um diapasão).

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Fig. 78 – Módulos osciladores com eletrônica e cristal embutidos, que geram frequência fixa ao receber a alimentação.

O cristal de quartzo é usado para estabilizar a frequência de osciladores, pois trabalha sob amplas faixas de temperatura, praticamente sem variação de suas características (imagine uma variação de 10 partes por milhão – 10ppm). O quartzo é cortado e assentado de um determinado jeito, para ressoar em uma frequência específica. Os eletrodos são feitos de prata vaporizada e o cristal precisa de um encapsulamento hermético, para evitar a influência do ambiente. Ao ser montado no circuito e excitado por uma pequena tensão alternada, realimentada positivamente, oscila em uma frequência exata.

São empregados cristais de quartzo nos relógios de pulso (os modelos eletrônicos), nos osciladores de transmissores e receptores de radiocomunicações e como referência nos geradores de clock (frequência de relógio) de computadores e microcontroladores. Na fig. 76 temos alguns cristais e ressonadores e na fig. 77 podemos ver o interior de 3 cristais e 1 ressonador. Há também os osciladores completos, que trazem embutidos a eletrônica e o cristal (fig. 78).

Aliás, os ressonadores de corpo plástico, geralmente na cor laranja, muito comuns em controles remotos de TV e áudio, estragam com certa facilidade. Como os controles sempre tem limitações na sua espessura, o ressonador fica deitado sobre a placa e muitos fabricantes não o colam. Com isso, os terminais (que devido à característica construtiva são chatos, em vez de cilíndricos) podem quebrar com o peso do componente, já que é comum os controles caírem. No tempo em que tive oficina de eletrônica, também troquei ressonadores que estavam com terminais bons, mas não oscilavam na frequência correta, provavelmente devido a alguma infiltração de umidade.

As cerâmicas piezoelétricas estão presentes em nosso dia-a-dia e continuam com futuro promissor, porque surgem novas aplicações a todo momento. Os elementos piezoelétricos são essenciais em: aromatizadores e umidificadores de ambiente; nebulizadores; soldagem ultrassônica de metais e plásticos; corte ultrassônico de materiais macios (borracha, espuma) ou cremosos (alimentos, como tortas e bolos); sensores de pressão para balanças (células de carga); cabeçotes para impressoras de jato de tinta; pad’s de baterias eletrônicas; cubas de limpeza por ultrassom; ultrassonografia (ecografia); fragmentadores de cálculos renais (Litotripsia); sensores de volume (alarmes automotivos e sensores industriais); esfoliantes ultrassônicos para a pele; detectores de fadiga de peças metálicas sujeitas a esforço, como hélices e fuselagens de aeronaves, etc..

Recentemente, foram desenvolvidos filmes piezoelétricos [120] [121] a partir de certos polímeros (fig. 79), como o PVDF (Fluoreto de polivinilideno ou Kynar), PVC (Policloreto de vinila) e nylon. O mesmo componente pode ser atuador, sensor ou ambos. Sua robustez, flexibilidade, leveza e versatilidade viabilizaram a criação de diversos tipos de componentes, que podem ser colados a uma superfície ou fazer parte da estrutura do equipamento.

A tecnologia de sensores piezoelétricos de polímeros é a que tem o crescimento mais acelerado no mercado global de sensores, inclusive tornou-se a principal opção para uma extensa gama de aplicações nas áreas médica, aeroespacial e de instrumentação. Sensores de filmes piezoelétricos (transparentes, inclusive) são amplamente utilizados em telefones celulares e outros dispositivos móveis.

79-FilmesPiezoelétricos

Fig. 79 – Composição e possibilidades do filme piezoelétrico DuraAct, produzido pelas empresas alemãs Invent GmbH e PI Ceramics. Fonte: PI Ceramics [121].

Pesquisa-se também os nanogeradores piezoelétricos, que poderão energizar os dispositivos IoT (Internet of Things = Internet das coisas) e dispensar as baterias. Em 2014, foi noticiado por pesquisadores coreanos a criação do primeiro marcapasso sem bateria, com o uso de nanogeradores piezoelétricos [122][123]. Em breve, os controles remotos poderão funcionar sem as pilhas (a pressão sobre a tecla poderá gerar a energia necessária).

Os polímeros já demonstraram a viabilidade de fabricar tecidos piezoelétricos [120]. Imagine uma roupa que gera eletricidade a partir dos movimentos básicos da pessoa, como falar, mexer os braços e respirar. Essa tecnologia poderá ser usada, por exemplo, para monitorar as condições de saúde de pacientes internados em hospitais.

Desviei bastante do assunto principal, para repassar um panorama da vibrante e atualíssima tecnologia dos materiais piezoelétricos.

Como este artigo é dedicado aos dispositivos de alerta sonoro, quem desejar aprofundar-se no universo da piezoeletricidade poderá acessar o interessante sítio da Micromechatronics [124], que disponibiliza conteúdo muito bem organizado e dá uma ideia da gama de usos para as cerâmicas piezoelétricas. A Piezo [113] tem um e-book bem didático sobre a piezoeletricidade, que disponibiliza sob cadastro de e-mail.

A Phisik Instrumente (PI) [121], com sua subsidiária PI Ceramics, tem vários e interessantes artigos, especialmente na área dos polímeros e equipamentos de nanoposicionamento. Outra excelente fonte de consulta é a Johnson Matthey (JM) Piezo Products [125], que tem grande variedade de atuadores laminares. Além de aplicações industriais (área têxtil e controle de fluidos), eles usam esses atuadores para fabricar módulos de leitura Braille de baixo custo.

Interessante trabalho vem da Ultrasonic Resonators [126], com 65 páginas e farta ilustração, que mostra como são projetados os transdutores piezoelétricos. A tese de Thomas Andersen [115], citada anteriormente, é outra ótima fonte de consulta.

Um trabalho bastante completo sobre componentes piezoelétricos vem da Murata [108]: PZT Application Manual, publicado em 1999. Apesar de um tanto antigo, ali estão descritos em ricos detalhes os princípios de funcionamento dos ressonadores, filtros, armadilhas, discriminadores, dispositivos de ondas superficiais (SAW – Surface Acoustic Waves) e componentes piezoelétricos sonoros (os famosos discos piezoelétricos dos buzzers). Encontrei um pdf deste manual – sem capa, índice e autor – que pode ser baixado DAQUI. A Murata renovou esse trabalho [127], que agora está separado por categoria (precisa baixar separadamente). AQUI você poderá acessar a brochura de fevereiro de 2022 sobre os dispositivos sonoros, de que trataremos a seguir. Observe que ambos os textos da Murata são importantes, um completa o outro.

Por último, três excelentes artigos sobre coletores de energia piezoelétricos (piezoelectric energy harvesters) [127_a, 127_b, 127_c] mostram que é possível gerar eletricidade nos mais diferentes lugares e das mais diferentes maneiras, seja em uma veia sanguínea, uma rodovia, um sapato ou mesmo com a água da chuva. Onde existe vibração ou movimento, tem energia!

Um experimento interessante para comprovar o efeito piezoelétrico é soldar um LED vermelho diretamente aos terminais de um diafragma piezoelétrico. O LED vermelho liga mais fácil que outras cores, porque é excitado com tensões a partir de 1,8V. No vídeo acima, ao apertar o disco o LED pisca rapidamente (e bem fraquinho). Há um apoio ao redor do disco, que uniformiza a deformação por toda a pastilha. O ideal é que seja um disco grande, com diâmetro maior ou igual a 25mm, de boa qualidade e eficiência. Digo isso porque só consegui iluminar o LED neste transdutor que aparece no vídeo, todos os outros discos piezoelétricos que tenho no estoque não geraram tensão suficiente.

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Fig. 80 – Diversos tipos de sonorizadores piezoelétricos. Os dois mais à esquerda trazem embutido o circuito de acionamento. O maior componente, à direita, é um transdutor usado como campainha em telefones fixos modernos.

Sonorizador piezoelétrico

Nos usos dentro da faixa audível, são onipresentes os sinalizadores sonoros ou buzzers, que podem ser piezoelétricos ou eletromagnéticos e podem ou não conter a eletrônica de acionamento (fig. 80). Os modelos eletromagnéticos serão abordados no próximo tópico.

Os sonorizadores piezoelétricos (ou campainhas piezoelétricas) são muito confiáveis, pelo fato de serem construídos com pouquíssimas partes móveis. Eles podem produzir um tom único ou multifrequencial, conforme os requisitos de operação. O tom é distinto devido à ausência de harmônicos e é extremamente nítido e penetrante. A alta saída acústica, aliada à baixa potência de entrada tornam os sonorizadores piezoelétricos ideais para uma ampla variedade de aplicações, especialmente nos equipamentos alimentados a bateria. São utilizados como sinalizadores ou alarmes, porque chamam atenção para o produto (telefones, detectores de fumaça, eletrodomésticos, alertas de marcha a ré, etc.).

O cristal piezoelétrico deforma-se de diferentes maneiras sob diferentes frequências, é o seu modo de vibração. O uso pretendido define o modo de vibração mais adequado, no caso dos sonorizadores piezoelétricos emprega-se o modo radial, em que a deformação ocorre do centro para as bordas.

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Fig. 81 – Componentes constituintes do diafragma piezoelétrico (a espessura dos eletrodos está exagerada, para fins didáticos). Fonte: traduzido e adaptado de Murata [127].

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Fig. 82 – Comportamento do diafragma piezoelétrico, conforme a tensão aplicada. Fonte: traduzido e adaptado de Murata [127].

O diafragma piezoelétrico é uma fonte sonora que consiste de uma placa cerâmica, com eletrodos em ambos os lados, afixada por meio de adesivo condutor a uma folha de latão ou de aço inox (fig. 81). A função dessa lâmina é aumentar a robustez e baixar a frequência de ressonância, para ficar dentro da faixa audível. Ao aplicarmos uma tensão positiva no elemento cerâmico, ele se expande radialmente, mas como está colado à placa metálica – que não altera suas dimensões –, ocorre a flexão (fig. 82a). Se invertermos a polaridade, o elemento comprime-se e flexiona o metal para o lado contrário (fig.82b). Quando uma tensão CA é injetada nos terminais, o diafragma alterna a flexão nas duas direções e o movimento repetido produz ondas sonoras no ar (fig. 82c).

Observação: Não é recomendado expor as cerâmicas piezoelétricas a corrente contínua, porque isso poderá causar despolarização da cerâmica e limitar a performance, como veremos adiante.

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Fig. 83 – Modos de apoiar o diafragma piezoelétrico e respectivas fórmulas para o cálculo da frequência de ressonância fo. Fonte: traduzido e adaptado de Murata [127].

O diafragma piezoelétrico pode ser apoiado de três maneiras diferentes, que modificam o seu comportamento e alteram o cálculo de sua frequência de ressonância (fo), observe a fig. 83 e as descrições a seguir.

Apoio nodal – o diafragma é apoiado no nodo, uma circunferência aonde não ocorre vibração. O suporte nodal melhora apenas – e muito bem – uma estreita faixa de frequências (os arredores da frequência de ressonância do diafragma piezoelétrico, que é a frequência a ser utilizada). Esse método fornece a maior intensidade sonora e a frequência mais estável, porque o diafragma vibra livremente.

Apoio perimetral ou apoio de borda – A sustentação é feita pela borda externa do disco (o perímetro), fazendo com que todo o diafragma vibre. Esse método suprime a frequência fundamental, força o deslocamento do nodo para a borda e amplia a resposta de frequência. A frequência utilizável será aproximadamente metade da frequência de ressonância do diafragma piezoelétrico.

Apoio central – o diafragma é apoiado no centro do disco, o que causa a vibração da borda. Fornece o menor nível sonoro, porque ancora a principal área de vibração, o que rebaixa ainda mais a frequência de ressonância. Apesar de pouco usado, devido às dificuldades de projeto, este tipo de apoio é empregado em tweeter piezoelétrico semelhante aos Motorola KSN1005 ou Monacor MPT-005 (fig. 84). Observe que a borda metálica do diafragma é toda pregueada, talvez para reduzir a distorção, ou até para baixar ainda mais a frequência de ressonância e deixá-la fora da faixa de frequências emitidas pelo tweeter. O mesmo tipo de apoio é usado na sirene comercial da fig. 61 e na campainha de telefone piezoelétrica da fig. 80.

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Fig. 84 – Tweeter piezoelétrico sem marca, semelhante aos modelos da Motorola (KSN1005) e Monacor (MPT-005). Há duas pastilhas piezoelétricas ligadas em paralelo, entre elas fica a folha de latão pregueado. Os pedaços faltantes das cerâmicas provavelmente resultam da aplicação de potência excessiva ao transdutor.

O diafragma piezoelétrico sozinho não consegue produzir alto nível sonoro, por ter uma impedância acústica que não casa com a carga do ar livre. É necessário montá-lo em uma cavidade ressonante, que aproxima a impedância acústica do elemento com a do ar encerrado. Por isso que os sonorizadores mais eficientes exibem aquele furo no encapsulamento, pelo qual emitem o som.

Outra forma de aumentar a eficiência do diafragma piezoelétrico é colocá-lo em uma câmara de compressão, acoplada à garganta de uma corneta. Esse método fornece a carga acústica necessária para a adaptação das impedâncias e é empregado nos tweeters e sirenes piezoelétricos.

A frequência de ressonância para a cavidade (fcav) é obtida com a fórmula de Helmholtz.

Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz (1821-1894) foi um médico, matemático e físico alemão com importantes contribuições científicas, como a demonstração cabal do princípio da conservação de energia, a invenção do oftalmoscópio e a descoberta da velocidade de propagação dos estímulos nervosos. A fórmula para o cálculo da ressonância de uma cavidade provém de sua monografia chamada Die Lehre von den Tonempfindungen als Physiologische Grundlage für die Theorie der Musik (A doutrina das sensações sonoras como base fisiológica para a teoria da música), publicada em 1862.

Quem desejar mais precisão no cálculo poderá consultar AQUI o trabalho de Mingsian R. Bai, Rong-liang Chen et al [128], da Universidade Nacional Chiao-Tung, de Taiwan. Eles levam em consideração a espessura da parede de sustentação do diafragma no apoio nodal. Outra abordagem interessante é da PUI Audio [129], no artigo Design of a Helmholtz chamber (Projeto de uma câmara Helmholtz).

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Fig. 85 – Cálculo das dimensões ótimas para um sonorizador piezoelétrico, com a fórmula de Helmholtz para cavidades ressonantes, à esquerda para o apoio nodal e à direita, apoio perimetral. Fonte: traduzido e adaptado de Murata [127].

Se o projeto dessa cavidade tiver a mesma frequência de ressonância do diafragma piezoelétrico (fo = fcav), será atingida a máxima intensidade sonora. Essa característica é divulgada pelos fabricantes como o Nível de Intensidade Sonora (NIS ou SPL – Sound Pressure Level), medido em decibéis (dB).

A especificação correta do nível de intensidade sonora para um sonorizador piezoelétrico precisa de três informações essenciais: distância de medição (entre o microfone medidor e o orifício emissor de som); a frequência de acionamento e a tensão de entrada. Somente assim será possível comparar os níveis sonoros emitidos por diferentes modelos de sonorizadores ou campainhas.

Os sonorizadores costumam trabalhar nas médias frequências. Nós, humanos, ouvimos entre 20Hz e 20KHz quando jovens. Com o avanço da idade perdemos naturalmente a capacidade de ouvir os agudos, inclusive a surdez nessa faixa tem sido antecipada pela vida moderna, devido à exposição excessiva a altos níveis sonoros, seja de música ou de ruídos.

DICA IMPORTANTE: em qualquer evento com sonorização, se você não conseguir ouvir sua própria voz (cuja transmissão ocorre pelos ossos da cabeça, além do ar), tape seus ouvidos a fuja do lugar, salve seus ouvidos do dano permanente. Esse dano acumula-se ao longo do tempo e será percebido poucas décadas adiante, quando ficar difícil compreender o que os outros falam.

Independente da idade, a faixa mais perceptível fica entre 2KHz e 4KHz. Sonorizadores costumam usar tons desde 500Hz até 4KHz. Na fig. 85 é mostrada a fórmula para o cálculo da ressonância da cavidade (fcav), com o diafragma apoiado no nodo ou no perímetro.

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Fig. 86 – Descamação do eletrodo da cerâmica piezoelétrica, causada por esticamento do fio de conexão.

Manipulação e dicas para projeto de sonorizadores piezoelétricos

Manuseio e soldagem JAMAIS estique os fios de um diafragma piezoelétrico, porque eles podem soltar-se com facilidade e remover parte do eletrodo (fig. 86). Inclusive esses fios que levam a tensão ao elemento piezoelétrico devem ser bastante finos e flexíveis, porque restringem a oscilação, já que atuam como carga para o diafragma.

A soldagem ideal no eletrodo é feita a 300°C, durante meio segundo ou menos, conforme orienta a Murata [127]. De minha parte, reconheço que é bastante difícil soldar esses eletrodos de prata, porque precisa ser muito rápido e todas as partes da conexão devem estar em perfeitas condições, sem oxidação. É muito fácil destruir a fina camada do eletrodo, se o ferro de solda estacionar por poucos segundos sobre a pastilha cerâmica.

Podemos evitar a soldagem do eletrodo se usarmos um terminal com mola, que deve fazer contato com leve pressão na borda da cerâmica. O outro terminal, na placa metálica, pode ser soldado normalmente (até 4 segundos).

Os sonorizadores encapsulados geralmente usam conexões feitas por terminais com molas em forma de lâmina, porque facilita a automatização da montagem (fig. 87). Inclusive, há um texto específico da Murata [130] sobre o manuseio e soldagem desses sonorizadores, que mostra como o esforço excessivo pode fazer os terminais adentrar no componente e causar falhas de funcionamento. Esse artigo também está disponível AQUI.

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Fig. 87 – Dois modos utilizados pela indústria para conectar sem solda os diafragmas piezoelétricos. No alto, relógio Casio G Shok DW6000, com a mola helicoidal no detalhe. Abaixo, sonorizador encapsulado comum, que usa mola em forma de lâmina. Fontes das figuras: Gubbins [131], Murata [130] e Mingsian R. Bai et al [128].

Desde os primeiros relógios digitais, como Citizen, Casio, Orient e Seiko, a conexão do pequeno disco piezoelétrico do alarme é feita por mola. Ela facilita a desmontagem para a eventual troca da pilha. O problema é que essa mola, quase sempre de latão, helicoidal e macia, cai no momento que o relógio é aberto e muitos até hoje não sabem qual a sua função, imaginam que seja algo para amortecimento de choques ou contra eletricidade estática, conforme observado no Watchuseek [132]…

Água – Se houver muita umidade ou entrar água no componente piezoelétrico, poderá ocorrer a migração da prata dos eletrodos para dentro da cerâmica. Isso poderá causar curto-circuito da pastilha e impedir seu funcionamento. Por isso, deve-se evitar de lavar tais componentes ou operá-los em locais com altas taxas de umidade relativa. Uma solução para isso é manter a cerâmica em um compartimento estanque, livre do ambiente.

Oxidação – Evite tocar os eletrodos, porque a gordura e o suor dos dedos causa oxidação. Para limpar a prata e facilitar a solda, pode-se esfregar um pouco de pasta de dentes com um cotonete (esta é uma forma caseira de limpar a prata). Evite espalhar a pasta sobre a cerâmica, para que a umidade não cause os problemas citados acima.

Choque, queda e proteções – Devemos lembrar que os diafragmas piezoelétricos tanto podem emitir sons ao receber um sinal, como gerar tensão a partir de vibrações.

Batidas, torções ou aplicação de força excessiva podem quebrar a cerâmica, que é muito fina e pouco flexível. Na fig. 88 temos um diafragma piezoelétrico todo trincado, inútil. Ele até funciona, mas o som emitido é fraco e instável.

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Fig. 88 – Diafragma piezoelétrico trincado, sem condições de uso.

Outro motivo para evitar batidas ou quedas é que elas podem criar um surto de tensão suficiente para queimar o estágio de acionamento, especialmente quando são utilizados circuitos integrados.

Se for necessária uma proteção, podemos ligar 2 diodos zener em oposição (D1 e D2), que criam um curto-circuito a partir de uma tensão pré-determinada (fig. 89a). Lembre-se que o diodo zener apresenta em seus terminais a tensão zener (Vz) quando em ligação direta e apenas 0,7V quando polarizado inversamente. Os diodos zener, na prática, são diodos de silício invertidos, cuja região de polarização reversa é fortemente diminuída, para funcionar como a tensão de estabilização.

Aliás, nos primeiros diagramas esquemáticos que mostravam o diodo zener, quando ele começou a popularizar-se, houve confusão sobre qual o sentido que deveria prevalecer. Lembro de uns esquemas de valvulados Giannini onde o zener aparece invertido. O correto é mostrar o cátodo ligado ao polo positivo, para que surja nos terminais do diodo a tensão zener ou tensão de ruptura.

Assim, dois diodos zener em oposição formam uma proteção contra qualquer sobretensão maior que a tensão zener, somada aos 0,7V da tensão reversa (Vz+0,7V). A sobretensão pode ser positiva ou negativa, por isso usamos dois diodos, porque qualquer que seja o sentido do surto, sempre haverá uma barreira para absorvê-lo, com dois zeners (um polarizado diretamente e outro inversamente). A tensão dos diodos zener deve ser 20 a 30% maior que a tensão de alimentação, porque os diodos zener começam a conduzir antes da tensão pré-determinada.

Outra forma de proteger o circuito é através de diodos Schottky, cuja barreira de potencial é bem baixa, perto de 0,1V (fig. 89b). Neste caso, os diodos ficam em série, polarizados inversamente. O funcionamento é ligeiramente diferente: um surto de tensão positiva é desviado pelo diodo D3 para o positivo da alimentação. Como as fontes têm impedância muito baixa entre seus polos, é criado na prática um curto-circuito com o negativo (terra). O surto de tensão negativa é desviado por D4 para o polo negativo e curto-circuitado no polo positivo. Esse tipo de proteção é utilizado também em entradas de equipamentos profissionais de áudio e vídeo, de modo a capturar os picos de tensão causados por conexões com aparelhos energizados.

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Fig. 89 – Cuidados necessários para melhorar a confiabilidade dos sonorizadores piezoelétricos. Fonte: traduzido e adaptado de Murata [127]

Precaução contra CC – Sujeitar os elementos cerâmicos a corrente contínua pode causar migração da prata dos eletrodos, despolarização e interrupção do funcionamento. Por esta razão, é melhor alimentar os elementos piezoelétricos com CA, sem a presença de qualquer nível de CC. Para bloquear a tensão CC residual, utilize um capacitor em série com o transdutor (fig. 89c). Não há problema em fazer isso, porque o transdutor piezoelétrico tem comportamento semelhante a um capacitor.

Precaução contra alta-tensão – tensões maiores que a máxima recomendada podem causar dano permanente ao elemento piezoelétrico, mesmo quando aplicadas por curtos períodos. A cerâmica piezoelétrica restará destruída com tensões mais altas de excitação, antes de se obter significantes e elevados níveis sonoros. Observe que para aumentar em 6dB o nível de saída, será preciso dobrar a tensão de alimentação.

Acionamento direto com circuito integrado – Insira um resistor de 1K a 2K em série com o elemento piezoelétrico (fig. 89d). Isso protege o integrado (diminui a corrente de surto) e estabiliza o som. Observe que o resistor fica em série com a saída de sinal, não é com a alimentação. Devido à alta impedância da cerâmica piezoelétrica, o resistor praticamente não interfere no nível sonoro.

Controle de intensidade sonora – Se for necessário reduzir o volume, não é recomendado montar um resistor em série com a tensão de alimentação, porque pode causar oscilação anormal. Em vez disso, insira um capacitor de 1uF em paralelo com o transdutor (fig. 89e).

Forma de onda – Os elementos piezoelétricos podem ser excitados com onda senoidal, quadrada ou mesmo pulsos, depende da aplicação. Se for usado sinal senoidal, o dispositivo deverá operar em frequência menor que a da ressonância. A razão é que há perda de energia na senoide, devido ao tempo que se passa entre os picos máximos da onda. É importante que seja fornecido um sinal senoidal limpo, porque a ocorrência de recorte ou clipping (saturação do sinal, com achatamento dos picos) poderá causar instabilidade da frequência.

Com o uso de onda quadrada para excitar o elemento piezoelétrico será alcançada máxima saída acústica, por causa do pequeno tempo entre a subida e descida do sinal. E haverá aumento dos níveis de harmônicos, que poderão ser reduzidos com um capacitor em paralelo com o transdutor, do mesmo modo que foi utilizado para reduzir o nível sonoro (fig. 89e).

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Fig. 90 – Tipos de circuitos osciladores mais adequados para cada modo de apoio do diafragma piezoelétrico. Fonte: traduzido e adaptado de Murata [127].

Circuitos de acionamento

Para garantir a eficiência máxima do sonorizador com apoio nodal, utiliza-se um oscilador de laço fechado Hartley. É um circuito auto-oscilante, com um eletrodo adicional para realimentação, que ajusta sua frequência às condições existentes. Quando o circuito ressoa na mesma frequência da cavidade (fo = fcav), são atendidas as condições de oscilação e o diafragma produz um tom único, o mais forte possível para a campainha (fig. 90a).

É preciso deixar uma distância de pelo menos 15 milímetros entre o furo de emissão do sonorizador e a superfície mais próxima. Distância muito pequena pode causar instabilidade de funcionamento, até mesmo a interrupção, devido à mudança das condições de oscilação.

Outra forma de excitar um diafragma piezoelétrico é com um oscilador externo, cuja frequência é determinada por componentes próprios e não depende de realimentação. Costuma-se usar o oscilador externo com o diafragma apoiado na borda, situação em que ele pode atuar como alto-falante, em uma limitada faixa de frequências. É o método de acionamento utilizado quando se quer emitir vários tons (fig. 90b). Sonorizadores desse tipo são amplamente usados em brinquedos musicais, nas modernas máquinas lava-roupa, em aparelhos de ar-condicionado, televisores, automóveis, etc..

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Fig. 91 – Circuitos auto-oscilantes, com realimentação, aptos para funcionar com elementos piezoelétricos de 3 terminais. Fonte: adaptado e traduzido de Murata [127].

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Fig. 92 – Circuitos osciladores externos, sem realimentação, para uso com diafragmas piezoelétricos de 2 terminais. Fonte: adaptado e traduzido de Murata [127].

A fig. 91 mostra três circuitos auto-oscilantes para excitar os diafragmas piezoelétricos de 3 fios, que utilizam realimentação. Sonorizadores deste tipo geralmente trazem a eletrônica embutida.

Observe que os dois circuitos à direita na fig. 91 são semelhantes, porque ao unir as entradas de uma porta NAND, ela comporta-se como um inversor. Para o circuito mais à esquerda dessa figura, R1 é escolhido de modo que a tensão sobre o coletor e emissor do transistor (Vo) seja a metade da tensão de alimentação. A equação da figura é usada para os resistores R2 e R3.

A fig. 92a mostra o circuito de um oscilador externo, que não depende de realimentação, apto para excitar o diafragma piezoelétrico de 2 fios. U1A e U1B formam o oscilador astável, enquanto que U1C atua como buffer e conformador de onda, proporcionando um sinal de saída quadrado de boa qualidade. A equação do circuito aparece abaixo.

O resistor R1 pode ter valores entre 3K e 10M, aproximadamente. O capacitor C1 pode ser de 50pF para cima, embora para valores abaixo de 1nF a frequência fique um pouco menor que a calculada. R2 tem cerca de 10 vezes o valor do resistor temporizador R1, de modo a minimizar o efeito de curva de saída dos diodos internos de proteção do inversor.

Trabalho com tensões elevadasPara excitar o diafragma com tensões maiores que as admissíveis pelo circuito integrado, pode-se usar um transistor como buffer (amortecedor), olhe a fig. 92b. Os resistores de base e coletor são geralmente de 1k ohm. A elevação da tensão causa maior deflexão do diafragma e aumenta um pouco o nível sonoro.

Aumento da intensidade sonoraExcitar o diafragma piezoelétrico a partir de simples portas lógicas pode não ser muito eficiente, porque há limites para a tensão de trabalho. A corrente admissível pode aumentar se colocarmos portas em paralelo, como vimos na sirene da fig. 62. Isso é possível sem usar mais componentes, porque os circuitos integrados CMOS e TTL geralmente trazem 6 portas inversoras em cada chip.

Uma técnica bastante conhecida e eficiente de aumentar o nível sonoro dos buzzers é a ligação em ponte (BTL Bridge Tied Load) ou push-pull (empurra-puxa, uma referência à ação dos transistores excitadores).

Quando o transdutor tem um terminal aterrado e o outro conectado à saída do oscilador, há tensão neste terminal da saída, que causa a deflexão do diafragma apenas para um lado. Mesmo que o oscilador gere um sinal alternado, a amplitude de movimento ficará restrita à tensão de alimentação CC.

O circuito push-pull liga cada terminal do transdutor ao positivo ou ao negativo, conforme o momento.

Suponhamos que o semiciclo do sinal de saída esteja na região positiva. Há um pequeno circuito inversor para um dos terminais, para que sempre exista entre eles uma diferença de fase de 180°. Com isso, enquanto um terminal do transdutor está conectado ao positivo, o outro é aterrado. O semiciclo seguinte, na região negativa, inverterá essa ligação (o terminal que estava positivo passa para o negativo e vice-versa). Isso troca o sentido da corrente, dobra a tensão sobre o transdutor e aumenta o sinal em 6 dB (4 vezes mais potência elétrica).

Podemos criar um circuito push-pull no circuito da fig. 93a ao inserir um quarto inversor entre os terminais do sonorizador, como aparece na fig. 93c. A Murata [127] recomenda isolar o transdutor com capacitores.

O circuito push-pull também pode ser implementado com transistores (fig. 92d). Esta configuração é adequada para trabalhar com tensões diferentes da alimentação do excitador, desde que esteja garantida a defasagem da saída. A ligação pode ser feita no oscilador anterior (fig. 92c) através dos pontos Pt1 e Pt2, junto com a exclusão de C2, C3 e SP3.

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Fig. 93 – Bobina de reforço para sonorizadores piezoelétricos e respectiva fórmula de cálculo. Fonte: Murata [127].

Bobina de reforço – Outra forma de aumentar a intensidade sonora de 3 a 6dB é trocar o resistor R3 das figuras 91 e 92b por um indutor, como vemos na fig. 94.

Com isso, durante o chaveamento do transistor (aqueles intervalos de tempo gastos para a subida e descida do sinal) é gerada uma tensão de retorno, proporcional à indutância da bobina. O nível de intensidade sonora aumenta proporcionalmente a essa tensão de retorno, com um valor pico a pico várias vezes maior que a tensão de alimentação.

O alto NIS ou SPL, portanto, resulta da ressonância LC entre o elemento piezoelétrico (que é capacitivo) e o indutor. O valor do indutor pode ser determinado pela equação da fig. 93, na frequência de operação. Geralmente, um valor ótimo fica entre 30mH e 60mH, segundo a Murata [127]. Quando a bobina for utilizada em um circuito com realimentação como o da fig. 91, pode ser necessário alterar alguns resistores, para estabilizar a oscilação.

Quem desejar efetuar alguma destas montagens, deverá tomar cuidado com o comprimento da fiação, porque os osciladores em geral são muito sensíveis a interferências. Assim, quanto mais compacta a montagem e mais curtas as ligações, melhor.

Fig. 94 – Tweeters Le-son TLC-1, de três épocas diferentes, onde podemos perceber a evolução.

Fig. 94 – Tweeters Le-son TLC-1, de três épocas diferentes, onde podemos perceber a evolução.

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Fig. 95 – Tweeters Le-son TLC1, vista interna do diafragma.

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Fig. 96 – Detalhe do tweeter Le-son TLC-1, onde se pode ver o cristal piezoelétrico quadrado, colado pelos 4 cantos ao diafragma plástico.

Anteriormente, na parte 2, mostramos na fig. 63 um circuito de repelente ultrassônico com bobinas selecionáveis na saída, para modificar o som. Há transdutores que trazem um indutor em seu interior, de modo a aumentar a eficiência.

É o caso da Le Son [133], tradicional fabricante de microfones, que foi a primeira empresa a produzir no Brasil, em 1978, o tweeter piezoelétrico. O Le Son TLC1 é fabricado até hoje e podemos ver sua evolução nas figs. 94 e 95, onde aparecem 3 versões – já antigas – desse tweeter. Ele tem internamente um pequeno transformador, que converte a alta impedância da cerâmica piezoelétrica para 4 ohm, mais compatível com amplificadores de áudio. Os primeiros modelos usavam indutor com núcleo de ferro-silício e os atuais usam núcleo de ar, o que diminui a distorção. A figura 96, mais a respectiva patente (US4845776) mostram detalhes de construção, como por exemplo o sanduíche da pastilha piezoelétrica, que aumenta (outra vez) a eficiência. Antes do tweeter, a Le Son já tinha experiência com cerâmicas piezoelétricas, pois fabricava e exportava cápsulas para toca-discos. As cápsulas cerâmicas eram usadas em eletrolas portáteis e nos aparelhos 3×1 mais baratos e foram muito populares até o final dos anos 1980.

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Fig. 97 – Sonorizadores eletromagnéticos. O exemplar do canto inferior direito estava defeituoso e foi desmontado, para revelar as peças em seu interior (próxima figura).

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Fig. 98 – Antigo sonorizador eletromagnético Matsushita, com as peças internas exibidas na sequência de montagem.

Sonorizador eletromagnético

O sonorizador eletromagnético consiste de um eletroímã fixo, auxiliado por um ímã permanente, que pode estar no eixo ou no entorno da bobina. O diafragma é uma fina lâmina de aço, bem próxima ao núcleo e que fecha o campo magnético do conjunto. Quando é aplicada tensão na bobina, o diafragma é atraído ou repelido, conforme a polaridade do sinal. Esse transdutor funciona exatamente do mesmo jeito que os fones dos primórdios da telefonia, apenas é mais eficiente e adaptado a frequências específicas, porque é para ser ouvido de longe.

Os ímãs geralmente são de ferrite, material mais barato, mas com a miniaturização frequente desses dispositivos a tendência é o uso de ímãs de neodímio, menores e mais potentes.

O diafragma tem soldado no seu centro um pequeno disco de ferro doce, que aumenta a inércia do movimento e abaixa a frequência de ressonância.

Sonorizadores eletromagnéticos geralmente têm som mais intenso que os piezoelétricos, devido à maior capacidade de movimento do diafragma, imerso no forte campo magnético. Na fig. 99 vemos um circuito de acionamento de sonorizador eletromagnético, de tom único e constante. Na figura seguinte temos o mesmo circuito, com a adição de um multivibrador de 5Hz, que modula a frequência fundamental.

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Fig. 99 – Circuito de acionamento para sonorizador eletromagnético, que emite tom único e constante. Fonte: ElecCircuit [134].

Fig. 100 – Circuito de acionamento de sonorizador eletromagnético ou alto-falante, que emite um tom modulado a 5Hz. Fonte: ElecCircuit [134].

Fig. 100 – Circuito de acionamento de sonorizador eletromagnético ou alto-falante, que emite um tom modulado a 5Hz. Fonte: ElecCircuit [134].

Como diferenciar o buzzer piezoelétrico do eletromagnético

Distinguir um sonorizador piezoelétrico de um eletromagnético é importante porque o circuito de acionamento muda para cada tecnologia. É fácil, quando conhecemos as características básicas, mostradas na tabela a seguir (para os sonorizadores passivos, sem o circuito eletrônico embutido).

São regras gerais, reunidas na Tabela 1, baseadas em minha experiência com esses transdutores. A miniaturização e o uso de novos materiais têm tornado os modelos piezoelétricos e eletromagnéticos bastante parecidos, entretanto as diferenças elétricas continuam a existir e devem ser a principal forma de avaliação.

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Tabela 1 – Comparação entre cápsulas piezoelétricas e eletromagnéticas passivas (sem circuito eletrônico embutido).

Além da verificação da resistência, a aplicação de tensão é outro modo bastante certeiro para classificar os sonorizadores. Use uma fonte de alimentação com uns 3VCC, para não causar danos. Conecte um polo de modo fixo e ligue o outro polo só em leves e curtos toques.

Se for um transdutor eletromagnético, será ouvido um estalido (como um “clic”) para cada vez que fechar o circuito.

No sonorizador piezoelétrico, ouviremos o “clic” só da primeira vez. Se invertermos a polaridade nos terminais, ocorrerá outro e único “clic”. Isso acontece porque a pastilha piezoelétrica é semelhante a um capacitor: ela carrega com a tensão da fonte, mas depois de completada a carga não circula mais corrente. Como a inversão dos polos carrega a cerâmica no sentido contrário, ouvimos o toque mais uma vez.

Quem desejar conhecer mais características e comparações dos sonorizadores piezoelétricos e eletromagnéticos, leia o artigo da Cui Devices [135], que tem ótimas imagens e explicações (em inglês).

Buzzers autônomos

Praticamente todos os sonorizadores encapsulados trazem a indicação de polaridade (+). Nos transdutores sem eletrônica embutida, isso só serve para saber a fase do sinal sonoro de saída. Naqueles com o circuito de acionamento embarcado, naturalmente o sinal indica a polaridade da alimentação.

Os sonorizadores com oscilador eletrônico embutido são construídos para funcionar de modo autônomo quando alimentados com CC, dentro de determinada faixa de tensão. Na grande maioria são modelos piezoelétricos, que consomem pouca energia e cujos circuitos aquecem menos que os projetados para os modelos eletromagnéticos.

A eletrônica pode estar tão miniaturizada nesses componentes que sua aparência quase não difere dos modelos passivos. Eventualmente, poderá haver uma placa de circuito impresso na face inferior, que se não estiver coberta, denuncia que é um modelo com eletrônica embarcada. Olhe de novo a fig. 80, os dois sonorizadores mais à esquerda são deste tipo.

O sinal sonoro poderá ser de tom único ou multifrequencial. Nos sonorizadores de marcha a ré, muitos fabricantes utilizam circuitos que emitem 2 tons alternados, enquanto outros empregam um temporizador que interrompe ciclicamente o tom único. São dispositivos obrigatórios em caminhões, ônibus e máquinas operatrizes, devido à reduzida visibilidade do motorista para as manobras. Marcas como a Sonalarme (Microelectron) [136], por exemplo, fabricam modelos bitonais há muitos anos.

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Fig. 101 – Códigos de 3 projetos de sonorizadores com o microcontrolador Arduino. Fonte: FilipeFlop [137] Vida de Silício[138] e Create Arduino [139].

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Fig. 102 – Respectivas montagens dos sonorizadores com Arduino. Fonte: FilipFlop [137] Vida de Silício[138] e Create Arduino [139].

Arduino para excitar sonorizadores

Hoje em dia, é bem mais fácil implementar um sonorizador para tons complexos com o microcontrolador Arduino, porque o programa não chega a 20 linhas de código. Escolhi três trabalhos como exemplo (fig. 101). O primeiro, que assinalei como projeto 1, é o Dó Ré Mi, da loja FilipeFlop [137], que emite com precisão as notas musicais escolhidas, na sequência desejada. Podemos criar uma sequência melódica, ou emitir notas com afinação diferenciada. Da loja Vida de Silício [138] vem o projeto 2, que usa a função seno para gerar o som de sirene e dicas de alterações. E para quem quiser fazer um alarme tipo bip-bip, o terceiro, oriundo da página Arduino Project Hub [139] é mais simples ainda, com 8 linhas de código.

Os trabalhos usam o mesmo hardware (fig. 102), mas observe que nenhum deles inclui o resistor de 1K em série com o transdutor, para proteger o Arduino contra sobretensão, como recomendado pelos fabricantes (rever fig. 89d). A FilipeFlop (montagem 1) usa resistor de 220 ohm e a Project Hub (montagem 3) sugere um de 100 ohm. Além disso, o projeto da FilipeFlop usa a porta 6 como saída de som, enquanto os outros usam a porta 9. Vale a pela ler os códigos com calma e compreender o que faz cada instrução, afinal a programação entrará na vida de todos no futuro, de uma forma ou de outra, devido à Internet das Coisas e à automação de tudo.

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Fig. 103 – Sinos eletrostáticos ou campainha detectora de raios, alimentada pela atmosfera. O pêndulo está isolado eletricamente das sinetas.

A campainha detectora de raios

De certa forma, os sinos eletrostáticos ou sinos de Gordon, inventados em 1742 por Andrew Gordon (1712-1751) e mais conhecidos como sinos de Franklin (Benjamin Franklin, 1706-1790), poderiam ser chamados de “campainha elétrica”, porque são acionados pela eletricidade existente no ar…

Esse aparato é um excelente detector de raios, pois alerta quando eles estão chegando. Compõe-se de duas sinetas, uma das quais ligada à terra e outra conectada a um para-raios ou antena, longe da casa (fig. 103). Entre as sinetas, há um pêndulo metálico livre. Tanto as sinetas quanto o pêndulo estão montados sobre tubos de vidro, material que é excelente isolante elétrico. A sineta ligada à terra poderia dispensar o isolante, mas foi colocado na figura para efeito de clareza.

O funcionamento baseia-se na atração e repulsão de cargas elétricas. Quando uma tempestade está chegando, o céu torna-se eletricamente carregado e chega um momento em que o pêndulo, atraído, toca uma das sinetas. Como o pêndulo assume a polaridade dessa sineta, ele afasta-se da sineta onde bateu e é atraído pela outra sineta, com carga oposta. O pêndulo bate na segunda sineta, troca de polaridade outra vez, é repelido e volta a ser atraído pela primeira campânula. O ciclo repete-se enquanto houver cargas eletrostáticas suficientes na atmosfera, ou seja, antes dos raios.

Há outra versão com 3 sinetas e dois pêndulos, onde a sineta central é ligada ao para-raios e as laterais são aterradas. Este modelo pode funcionar só com aterramento, se existir eletricidade estática suficiente no entorno das sinetas. Vinda, por exemplo, de uma antiga TV de tubo de raios catódicos.

A artista canadense Darsha Hewitt criou, em 2012, uma instalação chamada Electrostatic Bell Choir (algo como Coral de Sinos Eletrostáticos – fig. 104), onde cada televisor tem um sino eletrostático triplo à sua frente. Conforme os aparelhos são ligados ou desligados, ouve-se os sinos tocarem.

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Fig. 104 – Instalação Electrostatic Bell Choir, de Darsha Hewitt. Os sinos eletrostáticos batem por causa da eletricidade estática gerada pelos tubos de raios catódicos das TV’s. Fonte: Darsha Blog [140].

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Fig. 105 – Detalhe da instalação Electrostatic Bell Choir, de Darsha Hewitt. Fonte: Darsha Blog [140].

Darsha, crítica da sociedade de consumo, é conhecida por suas instalações sonoras com aparelhos eletrônicos obsoletos, cuja tecnologia, quando exposta, reforça a maneira confusa como os humanos tratam uns aos outros e interagem com ambientes naturais e construídos.

Outra obra dela é Meet the machine: Sideman 5000, sobre o primeiro gerador de ritmos da Wurlitzer, de 1959. Ela demonstra como o ritmo techno de hoje é o foxtrot de ontem…

Pode-se fazer o experimento dos sinos eletrostáticos em casa, com latas de refrigerante e uma raquete mata-mosquitos, que costuma gerar uma tensão de 2000V. Ao ligar uma lata na tela externa e a outra na tela central da raquete, temos os dois polos que atrairão o pêndulo, uma bola de alumínio pendurada por barbante, nylon ou fio dental mesmo, bem fino. As latas precisam ficar sobre superfície isolante (vidro, plástico, etc.) ou penduradas, da mesma forma que o pêndulo. Também seria boa prática afastar 1cm ou mais os fios vindos da raquete, para evitar a fuga de tensão entre eles. O youtuber Arlindo Fernandes [141] fez um vídeo que vale a pena assistir, é curtinho e bem didático:

Mais detalhes sobre os sinos eletrostáticos podem ser vistos em um trabalho da Unicamp [142] e outro da UPS Battery Center [143].

Quando ligado ao para-raios, o aparato dos sinos de Franklin pode ser perigoso e até fatal, porque está apto a produzir fortes faíscas, explosões, inclusive causar incêndios, só depende da quantidade captada de eletricidade estática (imagine cair um raio nele!). Também pode ser bastante incômodo, porque tocará sem parar, enquanto a atmosfera estiver carregada eletricamente… Por isso, melhor instalar um desses fora de casa.

E podemos saber se vai cair um raio, mesmo sem campainha!

RAIOS – SAIBA O QUE FAZER PARA SALVAR SUA VIDA, texto transcrito da página do ELAT – Laboratório de Eletricidade Atmosférica, do INPE [144]:

Se você estiver em um local sem um abrigo próximo e sentir que seus pelos estão arrepiados, ou que sua pele começou a coçar, fique atento, já que isto pode indicar a proximidade de um raio que está prestes a cair. Neste caso, ajoelhe-se e curve-se para frente, colocando suas mãos nos joelhos e sua cabeça entre eles. NÃO FIQUE DEITADO.

Para mais informações sobre raios, leia, AQUI no Dicas do Zébio, em artigo onde abordo o manejo de árvores: Meu querido ligustro. O título da seção é “Os raios e as árvores”.

Aliás, é falso o ditado “o raio não cai duas vezes o mesmo lugar”. Raios sempre caem nos lugares mais propícios, por isso o Cristo Redentor, no Rio, vive levando raios na cabeça e nos braços. Óbvio que uma árvore ou estrutura destruída por um raio não irá mais atrai-lo. O provérbio deveria ser “o raio nunca é igual”, porque a sua aparência e as condições para a queda sempre mudam.

O barulho e nossos ouvidos

Nesse texto, tracei um panorama dos mecanismos e tecnologias utilizados em dispositivos de alerta acústico.

O ruído acompanha a humanidade desde sempre, e muito mais intensamente depois da primeira máquina. Hoje, tocamos a campainha com impaciência; buzinamos para chamar a atenção; sirenes são usadas pela polícia, ambulâncias e bombeiros; vendedores e pregadores gritam suas ofertas ao megafone; carros com sistemas de som potentes vibram portas, capôs e sossegos; motocicletas rosnam ao nosso redor; carros de som alardeiam promoções; shows ensurdecem aos poucos as plateias.

Estamos rodeados de barulho, mas não deveríamos nos acostumar com isso.

Ligue um liquidificador perto de um bebê ou de uma criança pequena e observe. Ambos tomarão um susto, o bebê começará a chorar e a criança correrá para longe, desesperada. Deveríamos prestar atenção a esse comportamento, porque o ruído forte indica falta de respeito com nossos ouvidos. Dos animais também, porque são especialmente sensíveis a estouros.

Espero que um dia nossa sociedade admita que sons de grande intensidade – sejam de ruído ou música – devam ficar sob rígido controle, para o bem de todos.

O estresse da vida moderna é, em grande parte, causado pelo barulho. É nosso direito não sermos incomodados por sons externos a nossa casa, bem como também é nosso dever não incomodar os outros.

Por estas bandas ainda engatinha a técnica chamada de mapa de ruído (noise map) ou mapa acústico [145] [146] [147], que identifica em diferentes cores o nível de ruído existente em determinado bairro ou cidade (fig. 106) e permite fazer projeções de evolução, inclusive com modelagem 3D (fig. 107).

No exterior, os mapas de ruído definem o preço dos imóveis e orientam as políticas públicas de mitigação da poluição sonora (criação de áreas arborizadas, mudança no traçado de rodovias, localização de universidades, escolas, hospitais, indústrias, aeroportos, casas de shows, academias, etc.). Esses mapas demonstram que as principais fontes de ruído proveem do fluxo de automóveis, caminhões, motocicletas e de aeronaves.

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Fig. 106 – Mapa de ruído em duas dimensões, referente ao centro da cidade de Florianópolis. Fonte: UFSC [148].

Fig. 107 – Mapa de ruído tridimensional, referente à Universidade Técnica Federal do Paraná. Fonte: UFPR [149].

Fig. 107 – Mapa de ruído tridimensional, referente à Universidade Técnica Federal do Paraná. Fonte: UFPR [149].

A comunidade europeia está atenta ao problema e tem uma diretiva de controle de poluição sonora (2002/49/CE) [150] [151]. Vários países de lá proíbem os carros de propaganda nas ruas, porque consideram isso como roubo de atenção (attention theft), ou seja, as pessoas não deram o consentimento para terem seu tempo e atenção tomados. A exceção é para situações de catástrofes e evacuações em massa. Além disso, as principais cidades europeias instalaram radares de ruído, para detectar os veículos barulhentos [152].

Nos EUA, segundo a norma OSHA 1910.95 de saúde ocupacional, é proibido expor as pessoas a níveis sonoros de 95dB(A) por mais de 4 horas [153]. Ou seja, uma banda não vai conseguir fazer um show em volume tão alto que impeça o público de conversar.

Para ter uma ideia dos níveis de intensidade sonora e os efeitos produzidos em nós, olhe novamente a figura 30, ao final da parte 1 desta série de artigos.

Dica: A escala dB(A) medida por um sonômetro (decibelímetro), significa o valor em decibéis, captado com um filtro (a curva ponderada A) que imita a curva de resposta do ouvido humano, mais sensível às frequências médias. Níveis não ponderados diminuem esses limites em 5dB.

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Tabela 2 – Tempo máximo de exposição a níveis de ruído, conforme o Anexo 1 da NR-15. Fonte: Isegnet [154].

Tabela3-NBR10152-ponderadaA

Tabela 3 – Níveis ideais e máximos em dB(A), recomendados para conforto acústico de diversos locais. Fonte: Licenciador Ambiental [155].

Aqui no Brasil, a Norma Regulamentadora número 15 (NR-15), que define os níveis de exposição máxima a ruídos em ambiente de trabalho é até mais restritiva, porque permite 95dB(A) por até 2 horas (ver tabela 2). Qualquer trabalhador que estiver exposto a mais de 85dB(A) durante o expediente de 8 horas, corre risco de dano auditivo permanente.

A ABNT regulamenta a exposição sonora através de duas normas, uma é a NBR10151 [156], que estabelece o procedimento para avaliação de níveis de pressão sonora em áreas habitadas e outra é a NBR10152 [155], que define os níveis de ruído para conforto acústico em ambientes internos e edificações.

Os níveis de conforto acústico mudam conforme a atividade humana, dentro do mesmo edifício (olhe a tabela 3). Locais silenciosos como berçários de hospitais, bibliotecas, apartamentos de hotéis e dormitórios de residências devem medir no máximo 45 dB(A). Em áreas dinâmicas, como salas de aula, laboratórios, restaurantes e salas de estar, são tolerados níveis de até 55dB(A). Os valores mínimos da tabela 3 indicam conforto acústico – se for abaixo disso, melhor ainda. Os níveis máximos, 10dB maiores, indicam o limite permitido, acima do qual há desconforto.

Praticamente toda cidade brasileira já sofreu – e sofre – em alguma medida com o ruído e a maioria delas impõem restrições à poluição sonora, como por exemplo a Lei do Silêncio do Distrito Federal (Lei Distrital nº 4.092 de 2008) [157] ou o Decreto 8.185, de 1983, da cidade de Porto Alegre [158].

Diversos mapeamentos sonoros foram feitos nos últimos anos no Brasil e a conclusão de todos os que foram pesquisados é que os níveis de ruído estão muito acima do permitido, seja qual for o lugar.

Nós, brasileiros, vivemos o tempo todo em lugares barulhentos, o que significa que temos antes um país violento e que desrespeita o próximo, do que uma nação alegre e aprazível para todos.

Tristemente, politicas públicas não funcionam tão bem nas nossas cidades porque a prioridade de uns eleitos é atrapalhar, iludir e sabotar seus oponentes. Falam e falam no bem comum, mas, na prática, defendem os interesses dos seus financiadores e amigos.

Por isso temos, ao longo dos anos, escolas espremidas em pequenos lotes, muitas delas vítimas do trânsito intenso das avenidas (é um pequeno exemplo). Busque uma imagem de escola de ensino médio da Coreia do Sul, um país que tem o tamanho de Pernambuco ou Santa Catarina. O espaço, um problema crucial para os 51 milhões de coreanos (em 2021), não afeta a qualidade – e grandiosidade – de suas escolas. Porque é a educação que traz a mudança e a melhoria de vida para a sua população.

A dissertação de Samuel Soares Ansay, bastante completa, aborda a poluição sonora na Universidade Tecnológica Federal do Paraná e compara com universidades de outros países [149]. Vários outros trabalhos acadêmicos reconhecem a importância dos mapas de ruído para o futuro de áreas urbanas e trazem suas avaliações, como a do campus da Unisinos [159], das cidades de Águas Claras/DF [160], Aracaju/SE [161], Campos do Jordão/SP [162], Florianópolis/SC [148] e Natal/RN [163], só para citar alguns.

Faz tempo que existe regramento contra o som alto e ruídos, o que demonstra algum respeito de técnicos e legisladores para com a população. O problema é fazer cumprir as leis em nosso país.

O descaso com as leis está arraigado em parte da sociedade brasileira, justamente aquela que está na vitrine e que deveria servir de exemplo. Em consequência, muitos se espelham nesse mau comportamento e o enxergam como uma autorização tácita para descumprir as normas, até porque algumas defendem privilégios e imperfeições.

Por outro lado, muitas leis são letra morta porque, além do detalhamento exagerado é obvio que a fiscalização de qualquer ato de desobediência é praticamente nula, só é feita quando é necessário mostrar quem manda. Isto já é uma questão de consciência, de fazer o que é certo e justo.

Ou precisa ter um fiscal no cangote de cada um para que não jogue lixo na rua, nem ponha o som alto à noite?

Ser sempre justo e correto é muito difícil, quantos poderiam ser comparados a Jesus, Buda, Confúcio, Mêncio? Além do conhecimento imperfeito em dado momento, o pobre, especialmente, devido às condições miseráveis de vida, sabe que ninguém consegue ser correto o tempo todo, todos temos falhas. Alguns ricos, por sua vez, consideram-se escolhidos por Deus por estarem com as rédeas de comando.

Todos nós, humanos, algumas vezes erramos por ignorância, necessidade ou negligência, outras por malandragem mesmo, já que “nada vai mudar” ou “não dá nada”e a chance de melhorar é posta de lado.

Devido à falta de regras claras, os meios de comunicação em nosso país incentivam o gosto pelo macabro, pelo grotesco, pela preguiça de estudar e até de pensar, pelo dinheiro sem trabalho, pelo bate-boca fútil, pelo sexo muito cedo, pela indolência e pelo uso do jeitinho e da engambelação para resolver problemas – isso atravessa nossas entranhas todos os dias. Claramente, os meios de comunicação de massa servem às elites, não defendem uma sociedade com visão crítica, mas tão somente sua alienação. Rimos dos outros, não com os outros.

Não faça aos outros o que não queres que façam a ti, é disso que se trata.

Voltemos ao barulho: observe que, além das farmácias, de uns anos para cá pipocam em nossas cidades as clínicas, laboratórios e institutos dedicados ao tratamento da surdez. Fala-se em prevenção, mas hoje ela significa fazer exames e tomar remédios, em vez de mudar para valer o jeito de viver. Só se pensa em corrigir quando tudo já desandou.

Felizmente, os ventos de mudança chegam a todos os cantos, devido a automação ubíqua. Caminhões, ônibus, motocicletas e automóveis, elétricos e autônomos, tornarão raros os acidentes e mais gentil o trânsito. Robôs darão conta do trabalho árduo e cansativo e de todas as tarefas repetitivas: fabricarão os produtos, cuidarão da agricultura, carregarão qualquer coisa, limparão as ruas e as casas, atuarão em áreas perigosas, cuidarão de pessoas idosas e muito mais. Precisaremos de uma enorme quantidade de engenheiros, técnicos e desenvolvedores para a invenção, configuração e manutenção desses equipamentos, o que criará empregos de qualidade também no interior.

Observe um teste de longa duração de um veículo de carga autônomo da Honda (AWV – Autonomous Work Vehicle), totalmente elétrico, que durante um mês ajudou a carregar materiais de construção, água e outros suprimentos, inclusive com reboque, para a instalação de um grande complexo de energia solar no Novo México, EUA. Isso é apenas o começo, inúmeros outros experimentos com veículos pequenos e grandes, navios e aeronaves autônomos.

Esse uso da tecnologia fará diminuir o barulho nas cidades. O alto ronco dos motores a explosão será coisa do passado e teremos outros desejos de silêncio.

Para viabilizar tal futuro, antes precisaremos todos de salários dignos e de boa educação, que darão fim à pobreza e à fome. O resto virá a reboque.

Todos teremos uma vida mais tranquila, com menos horas de trabalho, mais tempo livre e turismo fortemente incrementado. Em vez de peões de salário miserável, robôs e veículos a nosso serviço. Leva tempo, eu sei, mas tudo o que temos hoje já foi uma ideia no passado, um desejo de melhoria que parecia impossível.

Também devemos ficar alerta com aqueles poderosos que desejam manter seus privilégios – que consideram direitos – e pretendem piorar as condições de escassez e elitizar ainda mais o ensino, através de meios dissimulados ou terríveis mesmo, pois consideram que o mundo é para eles poucos.

A ideia de explorar outros planetas pode parecer digna e louvável, mas é somente uma fantasia, uma tramoia que serve para desviar o foco, mais ou menos como as drogas ou o álcool são para as suas vítimas a fuga da cruel realidade. É melhor sonhar de pés no chão.

Tentam nos dissuadir de zelar pelo nosso querido e azul planeta Terra, abusam de nossa ansiedade e tristeza para dizer que o futuro está comprometido e que aqui não tem mais jeito. Tem, sim.

Ao assumir nossos deveres urgentes para com o planeta e aceitar que somos parte de toda a vida existente, não o enxergaremos mais como fonte de recursos a serviço dos humanos, nem o entupiremos de venenos.

A NOSSA TERRA, que hoje tem poucos e irresponsáveis donos, terá muitos e cuidadosos proprietários, que atuarão em conjunto, em benefício de todas as formas de vida.

E a opinião das pessoas não será considerada como fator de discriminação ou desprezo, mas respeitada como essencial à evolução da sociedade. Copiaremos a natureza: sortida, abundante e fractálica.

Assim como diversas previsões terríveis sobre o futuro não se tornaram realidade quando chegou a data prevista, podemos traçar o futuro que almejamos ao aprender com os ciclos e processos naturais, que passam diante de nossos olhos a todo instante.

O futuro sempre será aquilo que desejamos, não o que nos tentam impor como verdade inabalável.

Quando chegar esse momento, talvez passemos a ouvir melhor os sons da natureza e possamos cuidar do que realmente importa: VIVER UMA VIDA ALEGRE E CATIVANTE, EM LUGARES APRAZÍVEIS. Algo como o paraíso feito na terra ou, em outras palavras: paz, sombra e água fresca para todos. E, quem sabe, sem esse mundo de buzinas e sirenes…

Referências

[1] Wikipedia – Electromagnet https://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnet

[2] Internet Archive – The electromagnet, and electromagnetic mechanism– Silvanus P. Thompson, London, 1891 – https://archive.org/stream/electromagnetele00thomrich?ref=ol#mode/2up

[3] US Archive – American Journal of Science and Arts – Vol XIX – January 1831 – https://ia800504.us.archive.org/30/items/mobot31753002151980/mobot31753002151980.pdf

[4] US Archive – American Journal of Science and Arts – Vol XX – July 1831 – https://ia800501.us.archive.org/35/items/mobot31753002151998/mobot31753002151998.pdf

[5] Smithsonian Institution – Historic Images of the Smithsonian – Harrell, Alfred, 1974 – N.M.A.H. Cat. No. 181,343. – Joseph Henry’s Yale Magnethttps://www.si.edu/object/siris_sic_13160

[6] Universidade de São Paulo – Escola Politécnica – Revista Geologia e Metalurgia – 11ª edição, 1954 – Aços carbono e aços ligas – Materiais Magnéticos (p.176 em diante) – http://sites.poli.usp.br/geologiaemetalurgia/Revistas/Edi%C3%A7%C3%A3o%2011/completo11.pdf

[7] CEFET/SC – Centro Federal de Educação Tecnológica de Santa Catarina – Mussoi, Fernando Luiz Rosa – Fundamentos de eletromagnetismo – https://intranet.ctism.ufsm.br/gsec/Apostilas/Eletromagnetismo.pdf

[8] IFRN – Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Norte – Cavalcanti, Odailson – Máquinas elétricas – Revisão de eletromagnetismo – https://docente.ifrn.edu.br/odailsoncavalcante/disciplinas/maquinas-eletricas-e-acionamentos/revisao-de-eletromagnetismo

[9] Smithsonian Institution Archive – The Papers of Joseph Henry – http://siarchives.si.edu/oldsite/siarchives-old/history/jhp/papers01.htm

[10] Underhill, Charles R. – 1910 – Solenoids Electromagnets and Electromagnetic Windings

http://commons.princeton.edu/motorcycledesign/wp-content/uploads/sites/70/2018/07/1910-Solenoids_electromagnets_and_electromagn.pdf

[11] Wikipédia – Intoxicação por mercúrio – https://pt.wikipedia.org/wiki/Intoxica%C3%A7%C3%A3o_por_merc%C3%BArio

[12] Ciencianautas – A “Doença do Chapeleiro Maluco” e os efeitos da exposição humana ao mercúrio – https://ciencianautas.com/a-doenca-do-chapeleiro-maluco-e-os-efeitos-da-exposicao-humana-ao-mercurio/

[13] SBPC (Sociedade Brasileira para o Progresso da Ciência) – Ciência e Cultura – Neurociências/artigos – Luis Carlos L. Silveira Ventura e Maria da Conceição N. Pinheiro – Toxicidade mercurial – Avaliação do sistema visual em indivíduos expostos a níveis tóxicos de mercúrio – http://cienciaecultura.bvs.br/pdf/cic/v56n1/a24v56n1.pdf

[14] People Pill – About James Marshhttps://peoplepill.com/people/james-marsh

[15] Brasil Escola – O que é eletrólise? https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/quimica/o-que-e-eletrolise.htm

[16] Smithsonian Institution Archive – Joseph Henry: Inventor of Telegraph?

http://siarchives.si.edu/oldsite/siarchives-old/history/JHPold/joseph20.htm

[17] Smithsonian Institute – 1857 – Smithsonian annual reporthttps://library.si.edu/digital-library/book/annualreportofbo1857smit

[18] Zeno – Meine Bibliothek – Unterbrecher – Wagnerscher Hammerhttps://de.zxc.wiki/wiki/Wagnerscher_Hammer

[19] Wikipedia – Wagnerscher Hammer – Picture from “Bibliothek allgemeinen und praktischen Wissens für Militäranwärter”, dritter Band, 1905 https://de.wikipedia.org/wiki/Wagnerscher_Hammer

[20] Wikipedia – Johann Philipp Wagner (Erfinder)https://de.wikipedia.org/wiki/Johann_Philipp_Wagner_(Erfinder)

[21] Uranmaschine – Phywe Funkeninduktor mit Wagnerschem Hammer 06460-00http://www.uranmaschine.de/86460.Phywe-Wagnerscher-Hammer-06460-00-Funkeninduktor/

[22] AliExpress – Childhood Funny Store – Elétrica trembler sino modelo ciência experimentos ajudas desenvolvimento crianças brinquedo presentes perfeitos para o professor experimentos física – https://pt.aliexpress.com/item/4000601895081.html

[23] Luft-Zug – Klingelhttp://www.luft-zug.ch/pages/t_klingel.htm

[24] ebay – Alte elektrische Türklingel Steampunk Hausglocke Wagnerscher Hammerhttps://www.ebay.de/itm/203343054868?mkevt=1&mkcid=1&mkrid=707-53477-19255-0&campid=5338722076&toolid=10001

[25] Horst-Ries – Der Wagnersche Hammerhttp://horst-ries.de/Sites/hobby/Elektrisches/Funkeninduktor/Technisches/Wagnerscher%20Hammer.htm

[26] 4freephotos – Classic car horn https://www.4freephotos.com/Classic-car-horn-3970.html

[27] Birdorbuy – Vintage klaxon hornhttps://www.bidorbuy.co.za/item/204872469/Vintage_klaxon_horn.html

[28] Olympic Drums & Percussion – Klaxon hornhttp://www.olympicdrums.com/klaxon-horn

[29] T-Bucket Plans – Cost of building a T-Bucket keeps going downhttps://www.tbucketplans.com/cost-of-building-a-t-bucket-keeps-going-down/

[30] Wikipedia – Miller Reese Hutchisonhttps://en.wikipedia.org/wiki/Miller_Reese_Hutchison

[31] ebay – Early brass klaxon automobile horn model 20 stand mount model t Ford Rolls Roycehttps://www.ebay.com/itm/EARLY-BRASS-KLAXON-AUTOMOBILE-HORN-MODEL-20-STAND-MOUNT-MODEL-T-FORD-ROLLS-ROYCE-/202358497168

[32] Google Patents – https://patents.google.com/

[33] Historic Naval Ships Association – Communication and alarm systemshttps://archive.hnsa.org/doc/fleetsub/elect/chap16.htm

[34] DesertCart – Pit Bull CHIH312 12V Horn Classic Antique Soundhttps://www.desertcart.com.br/products/1913284-pit-bull-chih-312-12-v-horn-classic-antique-sound

[35] Oldtimer Service – Klaxon-11 hornhttp://www.oldtimerservice.net.pl/parts-catalog/electrical-parts/klaxon-11-horn/

[36] Amazon – Qiilu 110DB Vehicle Old Style Horn, 12V 490Hz Auto Car Truck Antique Vintage Horn Siren AHH-OOO-GAH AHOOGA OOGA(Black)https://www.amazon.com/Qiilu-Vehicle-Antique-Vintage-AHH-OOO-GAH/dp/B08CKFDW4D/

[37] Bonhams – A ‘Klaxet’ 6-Volt electric trumpet horn by Klaxon, Frenchhttps://www.bonhams.com/auctions/25446/lot/114/

[38] Wikipedia – Veichle hornhttps://en.wikipedia.org/wiki/Vehicle_horn

[39] Bosch – Global steps 1906-1925https://www.bosch.com/stories/1906-1925-globalization-and-new-beginning/

[40] flickr – Andy Brill – Robert Bosch car horn – Dyke’s Automotive 1928https://www.flickr.com/photos/angeljim46/8361177358

[41] Denso Indonesia – Hornhttp://www.denso.co.id/horn.html

[42] Amazon – YIYIDA Car Horn Car Electric Horn 118DB 12V Super Loud High Tone and Low Tone Metal Twin Horn Kit with Bracket Waterproof Super Strong Metallic Electric Universal Horn 2pcs for Moto Truck Boat ecthttps://www.amazon.co.uk/YIYIDA-Electric-Waterproof-Metallic-Universal/dp/B0823KS54K

[43] DIVA (Digitala Vetenskapliga Arkivet) – Miao Yu – Nanhai Huang Optimization of the Signal Horn Performancehttps://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:1172577/FULLTEXT03

[44] Bosch Auto Parts – H3F hornhttp://www.bosch-aa.com.cn/en/internet/parts/parts_and_accessories/electrical_system_and_accessories/horns_and_fanfare_horns_1/h3f_digital_fanfare_1/h3f_digital_fanfare.html

[45] Fiamm Components – Acoustic devices cataloghttps://www.fiammcomponents.com/media/123475/FIAMM_Technologies_Catalog.pdf

[46] Câmara Municipal de Almada – Ar e Ruído – https://www.m-almada.pt/portal/page/portal/AMBIENTE/AR/?amb=0&ambiente_ar=12886034&cboui=12886034

[47] Mondoarq – 3 estratégias para reduzir a poluição sonora em seus projetos – https://mondoarq.wordpress.com/2015/09/08/3-estrategias-para-reduzir-a-poluicao-sonora/

[48] Blog do Caminhoneiro – PRF prende caminhoneiro que isolou parte do sistema de freios da carreta – https://blogdocaminhoneiro.com/2018/03/prf-prende-caminhoneiro-que-isolou-parte-do-sistema-de-freios-da-carreta/

[49] Trucão Pé na Estrada – Gambiarras no caminhão, o improviso por virar risco sério – https://trucao.com.br/gambiarras-no-caminhao-o-improviso-por-virar-risco-serio/

[50] Freios Moura – Manutenção de caminhão, entenda a importância e os mitos – http://freiosmoura.com.br/post/5/manutencao-de-caminhao-entenda-a-importancia-e-os-mitos

[51] Wikipedia – Train hornhttps://en.wikipedia.org/wiki/Train_horn

[52] Youtube – Rapination – Queen Mary Horn Blast: Onboard Videohttps://www.youtube.com/watch?v=-pnP9PkCLqQ

[53] Kleinn – Model HK1 Dual Air Horn Kit https://kleinn.com/product/model-hk1-dual-air-horn-kit/

[54] CENTEC – Centro de Engenharia e Tecnologia Naval e Oceânica – Manuel F. Ventura – COLREGs – http://www.mar.ist.utl.pt/mventura/Projecto-Navios-I/IMO-Conventions%20(copies)/COLREG-1972.pdf

[55] Marinha do Brasil – A Organização de Bordo – https://www.marinha.mil.br/tradicoes-navais/organizacao-de-bordo

[56] MarineLink – COLREGs permanecem relevantes para navios autônomos – http://pt.marinelink.com/news/colregs-permanecem-relevantes-para-navios-aut%C3%B4nomos-239393

[57] MarineLink – Rebocador autônomo do porto testado em Cingapura – http://pt.marinelink.com/news/rebocador-aut%c3%b4nomo-porto-testado-cingapura-293204

[58] CIRSPB – Communication & Radiionavigation group – Ship Typhonhttps://cirspb.ru/en/equipment-and-service/ship-typhon/

[59] Kahlenberg – Página inicial – https://www.kahlenberg.com/

[60] Kockum Sonics – Productshttps://kockumsonics-ag.ch/en/products/

[61] Sonnenburg Swiss AG – Página inicial – https://www.sonnenburg-swiss.ch/content/startseite/index_ger.html

[62] Hörmann Warnsysteme GmbH – Página inicial – https://www.hoermann-ws.de/en

[63] Telegrafia – Página inicial – https://www.telegrafia.eu/pt/sirenes-eletronicas-sistemas-de-evacuacao-sirenes-eletronicas-sistema-de-som/

[64] TECAL – Redução de Riscos e Desastres – RRD – http://www.tecal.com.br/tecal-reducao-de-riscos-de-desastres/

[65] Engesig – Página inicial – https://www.engesig.com.br/

[66] Telegrafia – City Warning Systems and How they Protect City Residentshttp://www.electronic-sirens.com/city-warning-systems-and-how-they-protect-city-residents/

[67] ONU News – Portugal: sistema de alerta de tsunami ajudará a evacuar milhares em 8 minutos – https://news.un.org/pt/story/2017/11/1601102-portugal-sistema-de-alerta-de-tsunami-ajudara-evacuar-milhares-em-8-minutos

[68] CMOC Brasil – COMUNICADO: CMOC Brasil realiza testes sonoros de sirenes – https://cmocbrasil.com/br/noticia/comunicado-cmoc-brasil-realiza-testes-sonoros-de-sirenes-

[69] Band – Doze cidades ficam sem sirene para alertar desabamento no RJ – https://bandrio.band.uol.com.br/noticias/100000837137/doze-cidades-ficam-sem-sirene-para-alertar-desabamento-no-rj.html

[70] O São Gonçalo – São Gonçalo reativa 25 sirenes para alerta de chuvas – https://www.osaogoncalo.com.br/geral/56603/sao-goncalo-reativa-25-sirenes-para-alerta-de-chuvas

[71] De Fato – Após noite de susto, moradores de Itabira reclamam do baixo som das sirenes de alerta da Vale – https://defatoonline.com.br/apos-noite-de-susto-moradores-de-itabira-reclamam-do-baixo-som-das-sirenes-de-alerta-da-vale/

[72] Hoje em dia – Sirene toca por engano em Santa Bárbara e mineradora de ouro reconhece ‘transtorno’ – https://www.hojeemdia.com.br/horizontes/sirene-toca-por-engano-em-santa-b%C3%A1rbara-e-mineradora-de-ouro-reconhece-transtorno-1.716617

[73] Amazon – Busca por sirens motor handlehttps://www.amazon.com/s?k=sirens+motor+handle&ref=nb_sb_noss

[74] Rontan – Sirenes eletromecânicas – RT28TP – http://www.rontan.com.br/produtos/rt28tp/

[75] Mechtric – Electrical & Mechanical Engineering Products – Página inicial – https://www.mechtric.com.au/

[76] Segind – Segurança Industrial – Página inicial – http://www.segind.com.br/

[77] Valkenpower – Sirene Chroom 12Vhttps://valkenpower.com/sirene-chroom-12v.html

[78] Beatek – Página inicial – https://beatek.com.br/

[79] DNI – Página inicialhttps://www.dni.com.br/

[80] Americanas – Campainha elétrica sem faísca externa tipo ss sinos escolares 250 mm AC220V gr – https://www.americanas.com.br/produto/2394349909?pfm_carac=campainha-escolar&pfm_index=5&pfm_page=search&pfm_pos=grid&pfm_type=search_page

[81] Mercado Livre – Campainha Residencial Antiga Em Madeira Ler Obs L2047 –

https://produto.mercadolivre.com.br/MLB-1429973110-campainha-residencial-antiga-em-madeira-ler-obs-l2047-_JM

[82] Internet Archive – The electromagnet : Underhill, Charles Reginald – https://ia800201.us.archive.org/21/items/cu31924031243367/cu31924031243367.pdf

https://archive.org/details/cu31924031243367

[83] Youtube – Mr. Active and Creative – Increase air from old aquarium air pump – at home | How to repair air pump – at home

https://www.youtube.com/watch?v=QkXYaCzVSjw

[84] Okelectronic – Hot-Air Rework Station Repairinghttps://okelectronic.wordpress.com/tag/hot-air-rework-station-repair/

[85] Procrastinatus – Hack – DIY Cheap Vacuum Pump/Vacuum Tweezershttps://aonomus.wordpress.com/2008/05/12/hack-diy-cheap-vacuum-pumpvacuum-tweezers/

[86] Orthopods Workbench – Modified suction pump http://orthopodsworkbench.blogspot.com/2011/06/modified-suction-pump.html

[87] Outguessing the machine – Reversing an aquarium pumphttps://tim.cexx.org/?p=787

[88] Beardoholic – Best Hair Clippers For Home and Professional Use – Complete Buyer’s Guidehttps://beardoholic.com/best-hair-clippers/

[89] Adriano Aoli – Como funciona uma campainha Ding Dong? Veja os detalhes do funcionamento de uma campainha! – https://adrianoaoli.com/eletronica/como-funciona-uma-campainha-ding-dong-veja-os-detalhes-do-funcionamento-de-uma-campainha.html

[90] Littelfuse – Polyswitch Resettable Devices https://www.littelfuse.com/products/polyswitch-resettable-ptcs.aspx

[91] Engineers Garage – Insight – How ding dong doorbell works https://www.engineersgarage.com/insight/insight-how-ding-dong-doorbell-works/

[92] Intelbras – Página inicial – https://www.intelbras.com/pt-br/

[93] Ipec Eletrônica – https://www.ipec.ind.br/

[94] Morey – Página inicial – https://morey.com.br/

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[96] Waybackmachine – The interesting world of Stepan Novotill – Ultrasonic Pest Repellerhttps://web.archive.org/web/20100605140919/http://members.shaw.ca/novotill/UltrasonicPestRepeller/index.htm

[97] Circuits Diagram – Simple US-Style Siren Circuithttp://circuitsdiagramlab.blogspot.com/2012/06/simple-us-style-siren-circuit.html

[98] Homemade Circuit Projects – 5 Simple Siren Circuits you can Build at Home

https://www.homemade-circuits.com/car-siren-circuit/

[99] Discover Circuits – Sirenshttp://www.discovercircuits.com/S/siren.htm

[100] Electronics for You – Página inicial – https://www.electronicsforu.com

[101] ElecCircuit – High power siren circuit using CD40106 and TIP31, small and easyhttps://www.eleccircuit.com/high-power-siren-circuit-using-cd40106/

[102] AurelienrPágina inicial – https://www.aurelienr.com

[103] Wikipedia – Piezoelectricityhttps://en.wikipedia.org/wiki/Piezoelectricity

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[106] Wikipedia – Pierre Seignette – https://fr.wikipedia.org/wiki/Pierre_Seignette

[106_a] Serviço Geológico do Brasil – CPRM – Cristais

http://www.cprm.gov.br/publique/CPRM-Divulga/Canal-Escola/Cristais-2715.html

[107] Gonzalo Castelló – Applications Rochelle Salt https://tartaric.com/rochelle-salt/

[108] Murata – Ceramic Resonators (Ceralock) – Basic Knowledge – https://www.murata.com/en-us/products/timingdevice/ceralock/library/basic/summary

[109] PZT Electronic Ceramic Ultrasonic Piezo Scaler Teeth Cleaning Toolshttps://www.piezoelements.com/piezoceramic-transducer/ultrasonic-piezo-scaler-teeth-cleaning-tools.html

[110] Thor Labs – Página inicial – https://www.thorlabs.com/

[111] Furuno – Página inicial – https://www.furuno.co.jp/en/

[112] CEDRAT Technologies – Página inicial – https://www.cedrat-technologies.com/en

[113] PIEZO – empresa do grupo MIDE – Página inicial – https://piezo.com/

[114] Shinsei Corporation – Página inicial – http://www.shinsei-motor.com/English/index.html

[114_a] Fukoku – Ultrasonic application products – https://www.fukoku-rubber.co.jp/en/product/ultrasound.html

[115] Technical University of Denmark (DTU) Piezoelectric transformer based power supply for dielectric electro active polymershttps://core.ac.uk/download/pdf/13801108.pdf

[116] MDPI – Piezoelectric Transformers: An Historical Reviewhttps://www.mdpi.com/2076-0825/5/2/12/htm

[117] Tamura Corporation – Página inicial – https://www.tamuracorp.com/global/index.html

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[119] Noliac (CTS Corporation) – http://www.noliac.com/

[120] Kansai University – Press release 2012-2015 – High-transparency organic piezoelectric film

http://www2.ipcku.kansai-u.ac.jp/~tajitsu/Englis.html

[121] PI – Phisik Instrumente / PI Ceramics – Página inicial – https://www.physikinstrumente.com/en/

[122] Diário da Saúde – Primeiro marcapasso sem baterias – https://www.diariodasaude.com.br/news.php?article=primeiro-marcapassos-sem-baterias&id=9872

[123] PubMed – Self-powered cardiac pacemaker enabled by flexible single crystalline PMN-PT piezoelectric energy harvesterhttps://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24740465/

[124] Micromechatronics, Inc. (Mmech) – Página inicial – http://www.mmech.com/

[125] Johnson Matthey Piezo Products (JM) Página inicial – https://www.piezoproducts.com/

[126] Ultrasonic Resonators – Piezoelectric transducer design (preliminary)http://www.ultrasonic-resonators.org/design/transducers/transducer_design.htm

[127] Murata – Piezoelectric Sound componentshttps://www.murata.com/~/media/webrenewal/support/library/catalog/products/sound/p37e.ashx

[127_a] Cell Press – Zhengbao Yang, Shengxi Zhou, Jean Zu, Daniel Inman – High-Performance Piezoelectric Energy Harvesters and Their Applicationshttps://www.cell.com/action/showPdf?pii=S2542-4351%2818%2930126-0

[127_b] CORE – Open University – JISC – Ciro Spataro, Fabio Viola, Pietro Romano, Rosario Miceli – Performances of rainfall energy harvesterhttps://core.ac.uk/download/pdf/53292104.pdf

[127_c] Research Gate – Gregor Rebel, Francisco Estevez, Peter Gloesekoetter, Jose < Castillo-Secilla – Energy Harvesting on Human Bodieshttps://www.researchgate.net/publication/275959329_Energy_Harvesting_on_Human_Bodies/download

[128] Semantic Scholar – M. Bai, Rong-liang Chen et al Optimal design of resonant piezoelectric buzzer from a perspective of vibration-absorber theoryhttps://ir.nctu.edu.tw/bitstream/11536/10398/1/000249321700023.pdf

[129] PUIaudio – Design of a Helmholtz chamberhttps://www.puiaudio.com/pages/design-of-helmholtz-chamber

[130] Murata – Important notice for usage to Pin type Piezoelectric Buzzershttps://www.murata.com/-/media/webrenewal/products/sound/sounder/notice/vppt-buzj322-d.ashx?la=en&cvid=20170124064554528400

[131] Gubbins – Casio G Shock DW6000 Digital Vintage Watch Spring Coil for Alarm Beep Piezo Speakerhttps://gubbins.simonherman.co.uk/product/casio-g-shock-dw6000-watch-spring-for-alarm-beep-piezo-speaker

[132] Watchuseek – whats this spring thing? https://www.watchuseek.com/threads/whats-this-spring-thing.3796850/

[133] Le Son – Página inicial – https://www.leson.com.br/

[134] ElecCircuit – Make Simple Electronic Buzzer circuit https://www.eleccircuit.com/make-simple-electronic-buzzer-circuit/

[135] Cui Devices – Piezo and magnetic buzzershttps://www.cuidevices.com/product-spotlight/piezo-and-magnetic-buzzers

[136] Microelectron (Sonalarme) – Empresa – http://www.grupomicroelectron.com.br/empresa.html

[137] Filipeflop – Kit Maker Arduino – Projeto 11 – Dó Ré Mi – https://www.filipeflop.com/universidade/kit-maker-arduino/projeto-11-do-re-mi/

[138] Vida de Silício – Usando o buzzer com Arduino – Transdutor piezo elétrico – https://portal.vidadesilicio.com.br/usando-o-buzzer-com-arduino-transdutor-piezo-eletrico/

[139] Create Arduino – Project Hub – Use a buzzer module (piezo speaker) using Arduino Unohttps://create.arduino.cc/projecthub/SURYATEJA/use-a-buzzer-module-piezo-speaker-using-arduino-uno-89df45

[140] Darsha Hewitt – Electrostatic Bell Choirhttp://darsha.org/artwork/electrostatic-bell-choir/

[141] Youtube – Arlindo Fernandes – Electrostatic bell (sino eletrostático) – https://www.youtube.com/watch?v=BkCpRKLkt5I

[142] UNICAMP (Universidade de Campinas) – IFGW (Instituto de Física Gleb Wataghin) – Prof. Dr. José Joaquín Lunazzi – Aluno Felipe Vallini – Relatório Final de F609 –

https://sites.ifi.unicamp.br/lunazzi/files/2014/04/ValliniF-Frateschi_F609_RF2.pdf

[143] UPS Battery Center – Franklin Bellshttps://www.upsbatterycenter.com/blog/how-to-make-franklins-bells/

[144] INPE – ELAT – Grupo de Eletricidade Atmosférica – http://www.inpe.br/webelat/homepage/

[145] Research Gate – Paranoá Cadernos de Arquitetura e Urbanismo – O potencial da utilização da ferramenta de mapa de ruído em diferentes escalas de análise – https://www.researchgate.net/publication/315592289_O_potencial_da_utilizacao_da_ferramenta_de_mapa_de_ruido_em_diferentes_escalas_de_analise

[146] University of Twente – GEM MSc -Vinaykumar Kurakula – A GIS-Based Approach for 3D Noise Modelling Using 3D City Models https://gem-msc.org/Academic%20Output/Kurakula%20Vinay.pdf

[147] Wikipedia – Noise maphttps://en.wikipedia.org/wiki/Noise_map

[148] UFSC – Repositório Institucional – Aline Souza Lopes Ventura Nardi – Mapeamento sonoro em ambiente urbano – Estudo de caso: área central de Florianópolis – https://repositorio.ufsc.br/bitstream/handle/123456789/92109/261616.pdf

[149] UFPR – Acervo Digital – Samuel Soares Ansay – Estudo da poluição sonora através do mapa de ruído na implantação do novo campus universitário da Universidade Tecnológica Federal do Paraná – UTFPR – https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/handle/1884/37086/R%20-%20D-%20SAMUEL%20SOARES%20ANSAY.pdf?sequence=1&isAllowed=y

[150] Jornal Oficial das comunidades europeias – DIRECTIVA 2002/49/CE DO PARLAMENTO EUROPEU E DO CONSELHO de 25 de Junho de 2002 relativa à avaliação e gestão do ruído ambiente – https://eur-lex.europa.eu/legal-content/PT/TXT/PDF/?uri=CELEX:32002L0049&from=EN

[151] Brüel & Kjaer – The big noise in Europe: New laws and standards shaping traffic https://www.bksv.com/en/knowledge/blog/sound/european-noise-regulations

[152] Insider – Major cities are introducing noise radars that automatically issue fines to loud vehicles to combat noise pollutionhttps://www.businessinsider.com/major-cities-introducing-noise-radars-to-fine-loud-vehicles-2019-9

[153] United States Department of Labor – Occupational Safety and Health Administrationhttps://www.osha.gov/laws-regs/regulations/standardnumber/1910/1910.95

[154] Isegnet – NR 15 – Ruído contínuo ou intermitente – Anexo 1 – http://www.isegnet.com.br/siteedit/site/site_antigo/arquivoscurso/atuais/anexo1.htm

[155] Licenciador Ambiental – NBR10152 – Níveis de ruído para conforto acústico – http://licenciadorambiental.com.br/wp-content/uploads/2015/01/NBR-10.152-N%C3%ADveis-de-ru%C3%ADdo-para-conforto-ac%C3%BAstico.pdf

[156] Secretaria do Meio Ambiente – Distrito Federal – NBR10151 – Acústica – Avaliação do ruído em áreas habitadas, visando o conforto da comunidade – Procedimento – https://www.sema.df.gov.br/wp-conteudo/uploads/2017/09/NBR-10151-de-2000.pdf

[157] TJDFT – Tribunal de Justica do Dristito Federal e Territórios – Lei do Silêncio – https://www.tjdft.jus.br/institucional/imprensa/campanhas-e-produtos/direito-facil/edicao-semanal/lei-do-silencio

[158] Legislação Municipal de Porto Alegre/RS – https://leismunicipais.com.br/a1/rs/p/porto-alegre/decreto/1983/818/8185/decreto-n-8185-1983-regulamenta-a-lei-complementar-n-65-de-22-12-81-estabelece-padroes-de-emissao-e-imissao-de-ruidos-e-vibracoes-bem-como-outros-condicionantes-ambientais-e-da-outras-providencias

[159] RDBU| Repositório Digital da Biblioteca da Unisinos – Mapeamento e análise de ruído ambiental estudo de caso: Campus Unisinos – http://www.repositorio.jesuita.org.br/handle/UNISINOS/5981?show=full

[160] Universidade do Algarve – Pluris 2010 – 4º Congresso Luso-brasileiro para o Planeamento Urbano, Regional, Integrado, Sustentável – S. L. Garavelli, A. C. M. Moraes, J. R. R. Nascimento, P. H. D. P. Nascimento, A. M. Maroja – MAPA DE RUÍDO COMO FERRAMENTA DE GESTÃO DA POLUIÇÃO SONORA: ESTUDO DE CASO DE ÁGUAS CLARAS – DF – http://pluris2010.civil.uminho.pt/Actas/PDF/Paper377.pdf

[161] UNICAMP – PARC PESQUISA EM ARQUITETURA E CONSTRUÇÃO – Italo César Montalvão Guedes, Stelamaris Rolla Bertoli – Mapa acústico como ferramenta de avaliação de ruído de tráfego veicular em Aracaju – Brasil – https://periodicos.sbu.unicamp.br/ojs/index.php/parc/article/view/8634537

[162] Scielo – Luiz Antonio Perrone Ferreira de Brito – A utilização de mapas acústicos como ferramenta de identificação do excesso de ruído em áreas urbanas – https://www.scielo.br/j/esa/a/SdC5xhmvGwPQgb4sL9Ls4yy/?format=pdf&lang=pt

[163] UFRN – Repositório Institucional – Florêncio, Débora Nogueira Pinto – Avaliação do mapa sonoro de tráfego veicular no município de Natal/RN – https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/25445

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O mundo das campainhas, buzinas e sirenes – Parte 2/3

26 de janeiro de 2022 3 comentários
Fig. 31 – Foto extraída do artigo “PRF prende caminhoneiro que isolou parte do sistema de freios”. Fonte: Blog do Caminhoneiro [48].

Conheça o barulhento mundo dos dispositivos de alerta sonoro. Nesta segunda parte, são abordadas as buzinas a ar (inclusive as utilizadas pelos trens e navios), os sistemas de alertas contra calamidades, as tradicionais sirenes eletromecânicas, as cigarras elétricas, as campainhas de telefones e a campainha din-dom.

Também destrinchamos a sirene eletrônica e mostramos alguns circuitos práticos.

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

23 de dezembro de 2021 3 comentários
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.

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DICA – Quando a raquete mata-mosquitos vibra

18 de janeiro de 2021 12 comentários

Fig. 1 – Raquete mata-mosquitos parcialmente desmontada.

Fig. 1 – Raquete mata-mosquitos parcialmente desmontada.

Se a raquete mata-mosquitos zumbe e vibra ao acionar o botão e às vezes funciona, outras vezes não, leia esta dica, pode ser um problema bem fácil de resolver.

Ocorre também da raquete ligar normalmente, às vezes até matar algum mosquito, mas não fazer mais aquele estalo típico, nem aparecer a faísca. Saiba como resolver este inconveniente.

Já abordei as raquetes mata-mosquitos em artigo recente no Dicas do Zébio. Aquele post detalha o funcionamento do circuito, como testar os diodos de alta-tensão (AT), as falhas que podem ocorrer na parte eletrônica, a troca do transformador e até como atualizar a raquete, com a instalação de uma pilha de lítio 18650, recarregável por USB. Acesse o texto por AQUI.

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DICA – Lanterna LED em capacete

27 de outubro de 2020 5 comentários

Fig. 1 – Lanterna LED para cabeça, adaptada em capacete.

Fig. 1 – Lanterna LED para cabeça, adaptada em capacete.

Às vezes, precisamos lidar na penumbra ou na escuridão com a ajuda de uma lanterna. Mas, ocupar uma das mãos com ela atrapalha qualquer serviço.

A solução é uma lanterna de cabeça, que seja fácil de usar. Consegui isso ao adaptar um modelo LED em capacete de segurança, alimentado por pilha de lítio recarregável e substituível. É o assunto deste artigo.

Aproveite para conhecer um circuito simples e eficiente de controle de corrente para LEDs, que funciona com ampla faixa de tensões.

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TÉCNICA – Nikon Coolpix 3200 com pilha de lítio + pilha falsa

1 de julho de 2020 3 comentários

Fig. 1 – Nikon Coolpix 3200, com o compartimento das pilhas aberto.

Fig. 1 – Nikon Coolpix 3200, com o compartimento das pilhas aberto.

Minha primeira máquina fotográfica digital foi esta NIKON Coolpix 3200, que comprei usada. Gosto muito dela, porque apesar de não ser HD é econômica e tira excelentes fotos em close-up.

De uns tempos para cá, a Nikonzinha começou a reclamar de pilhas fracas, mesmo quando novas. Como as pilhas AA de NimH ou mesmo alcalinas de boa qualidade são escassas e caras no Brasil, resolvi adaptar uma pilha recarregável de lítio de 3,7V. Mostro neste artigo como fazer isso. Aproveite também para informar-se melhor sobre as pilhas de lítio.

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TÉCNICA – OUTRO conserto da fonte XBOX ligada em 220V

28 de maio de 2020 8 comentários

Fig. 1 – Placa de fonte XBOX 360 S, com o capacitor eletrolítico de entrada vazado.

Fig. 1 – Placa de fonte XBOX 360 S, com o capacitor eletrolítico de entrada vazado.

Ao ligar em 220V uma fonte chaveada que só aceita 127V, ela pode queimar de maneiras diferentes, dependendo do tempo que o fusível leva para abrir e interromper a corrente elétrica.

No modo mais rápido, queima só o fusível e o varistor. Isso foi tratado em outro artigo, aqui no Dicas do Zébio: Conserto da fonte de XBOX 360 S (Slim) que foi ligada em 220V.

Passados poucos segundos, se o varistor não queimar, o capacitor eletrolítico de entrada da fonte explode e vaza o eletrólito (fig. 1) e então queima o fusível. É disso que vamos tratar hoje.

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TÉCNICA – Conserto e funcionamento de raquete mata-mosquitos

19 de agosto de 2019 40 comentários

Fig. 1 – Raquete eletrônica, que mata mosquitos por eletrocução (Obs.: esta é uma fotomontagem, os mosquitos são eletrocutados somente quando se aproximam ou encostam na malha interna da raquete, não tenha medo dela...).

Fig. 1 – Raquete eletrônica, que mata mosquitos por eletrocução (Obs.: esta é uma fotomontagem, os mosquitos são eletrocutados somente quando se aproximam ou encostam na malha interna da raquete, não tenha medo dela…).

Parece uma perda de tempo consertar um aparelho tão barato quanto uma raquete eletrônica mata-mosquitos (fig. 1), se considerarmos somente o valor de compra. Mas, se você quiser saber como funciona…

Dentro da raquete há um interessante circuito gerador de alta tensão, que vale a pena conhecer. Saber como trabalha um circuito tão simples, ajuda na prática a entender o comportamento de cada componente do circuito, além de desmistificar um pouco os indutores e o mundo da alta tensão. Podemos inclusive compreender o funcionamento de circuitos semelhantes, como os “ladrões de joule” (joule thief), que conseguem ligar LEDs com uma pilha gasta.

O texto mostra o que são as pilhas de ions de lítio, os cuidados e os perigos, e como uma delas foi adaptada na raquete, com um circuito de proteção, para carregar por cabo USB. Também falamos sobre alguns modelos de mata-mosquitos eletrônicos, para uso fixo, muito interessantes para pessoas idosas.

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DICA – XBOX ligado em fonte ATX

29 de março de 2019 88 comentários

Figura 1 – Fonte ATX para computador, adaptada com o cabo de fonte XBOX. Funciona igual à original, comandada pelo botão POWER do console.

Figura 1 – Fonte ATX para computador, adaptada com o cabo de fonte XBOX. Funciona igual à original, comandada pelo botão POWER do console.

É possível fazer o XBOX ligar uma fonte para computadores (padrão ATX), pois as tensões de alimentação são iguais. Fontes de PC entregam muito mais potência e também são bivolt, um recurso inexistente na maioria das fontes originais do XBOX.

Este artigo mostra como adaptar o console XBOX 360S em fonte de computador (fig. 1), mas pode ser feito também no modelo no 360E (Super Elite ou Super Slim), no 360 antigo, no XBOX One e possivelmente nos modelos One S e One X, que têm fontes embutidas.

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DICA – Ajuste de corrente para o carregador “Nikon” MH-61

1 de maio de 2018 5 comentários

Figura 1 – Carregador “Nikon” MH-61 e baterias EN-EL5.

Figura 1 – Carregador “Nikon” MH-61 e baterias EN-EL5.

Conheça as baterias de lítio

O carregador externo MH-61 é utilizado nas baterias de íons de lítio modelo EN-EL5 (figura 1), que são a fonte de energia de diversos modelos de máquinas fotográficas da Nikon, como Coolpix P90, P100, P500, P510, P520, P530 e P6000, segundo o fabricante.

Mas, após completada a carga, muitas vezes aconteceu da bateria ficar estufada. Para resolver o problema, foram trocados alguns componentes na placa do carregador. O artigo também aborda as características das baterias de lítio e o modo para carregá-las corretamente.

A Nikon informa menos modelos de máquinas compatíveis com a bateria EN-EL5 do que os vendedores na internet. Um deles diz que essa bateria serve nas Nikon Coolpix 3700, 4200, 5200, 5900, 7900, P3, P4, P5000, P5100, P6000, P80, P90, P100, P500, P510, P520, P530 e S10.

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