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PELLETRON
(Gerador Eletrostático Peletizado)

Prof. Luiz Ferraz Netto [Léo]
leobarretos@uol.com.br

(Publicado em 29/11/2010)

Introdução
Muito me honra o recebimento de mensagens dos consulentes do Feira de Ciências. Por vezes não posso responder a todas postadas num só dia. Todavia, durante o mês, há uma boa quantidade delas (dezenas, na verdade), que ´batem na mesma tecla´:"Prof., meu gerador de Van de Graaff não quer funcionar! Que faço?".
Explico o problema da umidade no interior da coluna, do uso do secador de cabelo, do uso inadequado de correia com borracha preta, da série triboelétrica, do material dos roletes, etc., na tentativa de contornar a falta de eletrização na cúpula. O GVDG é mesmo ´manhoso´! Como resolver isto definitivamente?

Em dezembro de 2010, decidi acrescentar ao meu GVDG algo que, ocasionalmente, é citado nos textos sobre tal gerador: uma fonte eletrizadora de alta tensão. Eu a instalei de modo a ´borrifar´ cargas elétricas diretamente sobre a correia de borracha em movimento. O resultado foi bom, muito bom.

Ai decidi melhorar mais ainda o rendimento e então veio-me à cuca a lembrança do PELLETRON da USP.
Simplificando bem a coisa, o Pelletron é um acelerador de partículas (muito parecido com o GVDG) cuja carga aceleradora é adquirida mediante "pellets" (pequenos tubos condutores ou esferas metálicas) presas a uma cinta isolante. Os "pellets" recebem suas cargas, não mais através do atrito entre correia e material do rolete inferior (caso do VDG), e sim da fonte de alta tensão; estas cargas são transportadas mecanicamente para cima, via cinta, e são captadas pela ponta ligada internamente à cúpula,  as quais, por sua vez, são transferidas para a superfície externa.
Comparado com o gerador de Van Graaff, no Pelletron original, a cadeia de "pellets" pode operar a uma velocidade maior do que uma cinta de borracha, e tanto a tensão como as correntes que podem ser alcançados são muito maiores.

Protótipo


Detalhes das pontas metálicas e dos
"pelletes" fixos na correia.

No meu protótipo, os ´pellets´ (esferas ou cilindros) foram substituídos por elipses de alumínio recortadas de folha "Contact" aluminizada (folha de alumínio com uma face gomada e protegida por papel encerado; Contact é marca registrada). Como minha correia de borracha avermelhada tem largura de 60 mm, cortei as elipses com 50 mm (eixo maior) por 25 mm (eixo menor). As elipses foram coladas diretamente na correia de borracha, com espaçamento de 40 mm, como se ilustra acima. A cola que faz parte do papel Contact suportou bem as ´viradas´ das elipses sobre os roletes, mas deixei anotado que, para o próximo "Pelletron" usarei de roletes mais largos; com roletes mais largos as elipses fazem as ´viradas´ com menor flexão. As escovas originais do GVDG foram substituídas por pontas feitas com agulha de coser de 40 mm, incrustadas (por aquecimento) em pequenos blocos de acrílico. Ainda pretendo fazer novos testes, tanto quanto à inclinação das elipses na correia como com as pontas injetora (inferior) e receptora (superior). Aguarde atualizações!

Máquina de eletrizar eletrônica, responsável pela injeção de cargas sobre as elipses que passam pelo rolete inferior, através da ponta de agulha, usa dos seguintes componentes:

Componentes

TR - transistor NPN (2N3055 ou equivalente)
T1 - transformador (110V/12V,2A);
T2 - flyback, qualquer modelo (preferência;modelo antigo de TV preto/branco);
PR - ponte retificadora para 3A;
D   - retificador para alta tensão, tipo TV (TV-18);
C1 - capacitor eletrolítico 2200
mF x 25V;
C2 - capacitor poliéster 0,03
mF x 400V;
C3 - capacitor de vidro [placa de vidro fino (10 x 10 cm), 2 folhas de alumínio (8 x 8 cm)];
R - resistor 300
W x 2W;
cordão de força, caixa plástica, solda, etc.

Circuito elétrico

Na montagem da ´máquina´ de alta tensão, lembrar que o enrolamento extra de 20 + 20 espiras de fio de cobre #24 AWG esmaltado (ou cabinho 24), deve ser feito sobre a perna livre do flyback e que o transistor 2N3055 requer dissipador de calor. O capacitor de vidro (C3) pode ser disposto dentro da ´caixa´ que suporta o VDG ou mesmo sobre sua base. Lembro, ainda, que este capacitor de vidro pode ser substituído por placas simples de circuito impresso, superpostas; uma técnica bastante conhecida.

Como a transformação do GVDG para Pelletron é bastante simples, faço crer que a maioria dos aficionados pela alta tensão fará tal conversão. Fico no aguardo dos comentários desses aficionados no sentido de melhorarmos cada vez mais o desempenho desses modelos didáticos de Pelletrons. Isto vai fazer uma ´revolução´ nos projetos de VDG ... infelizmente, sem os devidos créditos!


Primeira modificação (25/01/2011)
No protótipo, após algum tempo de funcionamento, alguma parte periférica das elipses de alumínio começam a se soltar; a cola que acompanha o Contact não segura bem na borracha. Um motivo é óbvio: a elipse foi colada com a borracha não tensa e depois passa a funcionar com a borracha tensa (ligeiramente esticada entre roletes).

Assim, parti para a primeira modificação, a saber: substituí as elipses por tiras de alumínio, de 1 cm de largura, envolvendo toda a largura da cinta (frente e verso), assim como substituí os roletes isolantes por roletes condutores (metálicos). As tiras foram coladas transversalmente na correia, afastadas 2 cm uma da outra; a coisa pronta ficou parecida como uma escada de degraus de alumínio tanto na frente como no verso da correia. A área total externa dessas tiras não ficou muito longe daquelas das elipses.

O rolete condutor superior facilita a descarga das tiras eletrizadas, pois seu eixo vai ligado diretamente ao interior da cúpula; com isto, a ponta de descarga superior foi eliminada. A ponta 'injetora' de cargas, na base do aparelho foi instalada do lado da subida da correia, logo acima do rolete inferior (3 cm acima, para evitar faiscamento).

Para quem não tiver acesso fácil para adquirir roletes de alumínio com o formato de barriletes, recomendo que recubra os próprios roletes de PVC ou nylon, já existentes, com papel alumínio, deixando bordas até encostar nos eixos desses roletes. Desta forma os próprios eixos farão parte do circuito elétrico e trabalharão como escovas ou pontas de descarga. O eixo do rolete inferior, via de regra, já é o próprio eixo do motor (ou extensão dele), de modo que o motor (carcaça) fica ligado a eletricamente ao rolete inferior fazendo o papel de terra.

Novamente, posto a funcionar, os resultados foram muito bons: melhor que com as elipses!

Quanto à máquina de eletrizar, estou fazendo vários ensaios para ver qual a mais simples para ser usada. Nesta primeira modificação usei o circuito elétrico de um 'ozonizador', apenas acrescentando o diodo retificador de alta tensão e um capacitor de vidro. Na próxima atualização coloco aqui o circuito do ozonizador já modificado e outras fontes de alta tensão.


Aguardo comentários/sugestões.

Prof. Léo [Luiz Ferraz Netto - Barretos - SP] - leobarretos@uol.com.br

 


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