Tradução de um artigo de um blog do engenheiro indiano Amaldev V.
Esse projeto amadureceu na minha cabeça por cerca de dois anos, e eu ainda não consegui. Não há nada complicado ou tecnológico demais no projeto. Qualquer pessoa que sabe fazer algo com as mãos deve lidar com isso sem problemas. Coloquei todo o projeto em
livre acesso , e você poderá solicitar todas as peças de reposição e montar seu dispositivo, gastando menos de US $ 10.
Antecedentes
Agora moro em Mumbai, em um apartamento com vista para uma rua muito movimentada. E a partir do momento em que cheguei aqui, tenho lutado com a poeira que cai sobre tudo, devo abrir as janelas. A limpeza semanal do apartamento exige muito esforço. E eu decidi comprar um purificador de ar para o quarto. E então pensei: quão difícil será montar o limpador você mesmo? Realizei um estudo e decidi que precisava me tornar um ionizador (a propósito, um ionizador e um limpador são dois dispositivos diferentes, mas mais sobre isso mais tarde). No entanto, eu me enterrei nos problemas atuais e nunca o montei.
https://www.instagram.com/p/B6pRxfXJ_jU/Mas, recentemente, muitos me perguntaram como eu projeto e fabrico dispositivos, e decidi dar esse projeto relativamente simples como exemplo e descrever sua criação em detalhes como uma instrução
Então, vamos fazer um ionizador.
Pesquisa
Se você quiser fazer algo sozinho, primeiro pesquise usando o Google. No nosso caso, vamos descobrir o que é um ionizador e com que princípio básico ele funciona.
Um ionizador de ar (ou um gerador de íons negativos ou um lustre Chizhevsky) é um dispositivo que utiliza alta voltagem para ionizar moléculas de ar (carga elétrica). Íons negativos, ou ânions, são partículas que possuem um ou mais elétrons extras, e é por isso que sua carga total é negativa.
Até agora, parece simples. Os ionizadores são usados para remover partículas do ar, dando-lhes uma carga negativa, após o que essas partículas são atraídas para uma superfície carregada positivamente (parede / piso). Como resultado, as partículas assentam muito mais rapidamente, deixando o ar limpo. É exatamente disso que precisamos - remover a poeira do ar para não inalá-lo.
Então, depois de pesquisar por apenas 5 minutos, já sabemos que precisamos criar um sistema com alta voltagem, o que dá uma carga negativa às partículas. No começo, fiquei um pouco desanimado, porque não tinha feito sistemas de alta tensão antes e, se você jogar com esses sistemas de forma descuidada, tudo pode terminar mal.
Em seguida, procuramos dispositivos já disponíveis no mercado que funcionam com base nessa tecnologia. Estou fazendo isso para entender que tipo de circuitos as pessoas usavam para criar esses dispositivos. Se houver um dispositivo com a mesma tecnologia no mercado, aprenda com ele.
As pessoas gastaram muitas horas de engenharia no dispositivo. Aprenda com o exemplo deles para criar seu próprio sistema, que é pelo menos semelhante ao sistema finalizado, ou aprenda com os erros de outras pessoas e melhore o sistema.
Para esses fins, o Google também ajudará você melhor. Encontrei alguma evidência do que os ionizadores fizeram nos anos 80. Se essa tecnologia é tão antiga, posso ver uma descrição de como esses dispositivos são desmontados. Estamos procurando por "desmontagem de ionizadores" no Google e encontramos vários vídeos que mostram o interior do dispositivo. Vídeos
altamente recomendados por
BigClive .
Com base nesses vídeos, percebi que um sistema de alta tensão pode ser feito usando um multiplicador de tensão e que não é tão difícil. Então, vamos ao projeto de eletrônicos.
Projeto Eletrônico
Precisamos de
um multiplicador de tensão . Primeiro, aprenda tudo o que puder do conteúdo gratuito. Nunca faça nada sem primeiro aprender tudo o que puder gratuitamente. Isso é muito importante.
Você precisa gastar tempo pesquisando ou cometerá os mesmos erros. Passei algumas horas estudando o dispositivo de multiplicadores de tensão. Na maioria das vezes, a solução mais simples é usada,
o gerador Cockcroft-Walton .
Um dos princípios que tento aderir ao desenvolver soluções complexas é
manter a TI simples, estúpida . Ou apenas KISS.
Portanto, o gerador Cockcroft-Walton era adequado para mim. Foi desenvolvido em 1932 e, desde então, é usado em centenas de dispositivos. Portanto, essa é uma opção bastante confiável para implementação. Um pouco do google, encontrei um
vídeo de Dave Jones explicando como esse circuito funciona. Eu recomendo assistir o vídeo para entender melhor isso.
De fato, o circuito consiste em dois diodos e dois capacitores conectados "consecutivos". Uma corrente alternada com um pico de tensão Vp é aplicada à entrada. A primeira parte do circuito muda o sinal de entrada para que uma corrente constante com um pico de tensão de 2Vp seja obtida na saída. Adicionando outra etapa, obtemos 4Vp. Você pode pensar que o próximo passo aumentará esse valor para 8Vp, mas não - apenas para 6Vp.
Ao adicionar etapas, aumentamos a tensão de saída. 2Vp, 4Vp, 6Vp, 8Vp, 10 Vp, 12Vp e assim por diante, em relação à entrada. Pelo menos teoricamente - na prática, haverá perdas no circuito e a saída não será tão grande, mas, para nossos propósitos, não deve ser extremamente precisa.
Voltando ao nosso sistema: queremos fornecer uma corrente direta de alta tensão (cerca de 6-7 kV). Para simplificar o circuito, decidi aplicar 230 V CA diretamente a ele (como a tensão na rede elétrica indiana) [como em russo / aprox. transl.]. Suponha que façamos um multiplicador com 15 etapas e, na saída, obtemos uma tensão CC de 230V x 2 x 15 = 6900 V (teoricamente). O suficiente para ionização.
Eu poderia adicionar um transformador à entrada e aumentar a tensão de saída com menos etapas, mas no primeiro protótipo eu queria simplificar tudo. Portanto, deixaremos 15 etapas e uma tensão de entrada de 230 V.
Em seguida, precisamos selecionar os componentes. O circuito é muito simples - dois capacitores e dois diodos por estágio. Como selecionamos seus valores e potência nominal?
E aqui você precisa de um entendimento adequado do princípio do circuito. Pode-se observar que, em cada estágio, a tensão nos diodos ou no capacitor não excede 2Vp. A diferença de potencial é sempre de 2Vp, portanto, não precisamos gastar dinheiro em diodos e capacitores de alta tensão. Como 230 V chega à entrada, qualquer capacitor classificado em 500 V ou superior será suficiente. Sua capacidade não é importante, por isso escolhi um capacitor de 0,1 uF e 630 V. Escolhi montagem em superfície porque costumava soldar esses componentes. Eu escolhi os diodos 1N4007 para 1000 V. A principal coisa está pronta. A lista de materiais pode ser
baixada junto com o esquema .
Design de PCB
Depois de selecionar os componentes importantes, vamos escolher o resto. Precisamos conectar o dispositivo a uma tomada, portanto, na saída, precisamos de um resistor com um valor suficientemente grande para que nada aconteça (por exemplo, para que, se você tocar acidentalmente no circuito, nenhuma corrente flua através de você). Eu também gostaria de reduzir a corrente ao mínimo para que o dispositivo consuma o mínimo de energia possível quando ligado. Eu escolhi dois resistores de 10 MΩ (0,25 W, tolerância 1%, caso 1026), e isso nos dará correntes medidas em micro-lâmpadas.
Para comprar componentes, escolhi a loja
LCSC.com . É mais barato que Digikey ou Mouser. Uma pesquisa por parâmetros me deu um resistor
1206W4F1005T5E .
Também gostaria de instalar um indicador LED que acenda quando o dispositivo está ligado. A corrente que flui através dela deve ser muito pequena. Eu usei
esse LED em outros projetos, ele brilha muito bem a uma corrente de 2 mA. Para limitar a corrente, usei dois resistores de 51 kΩ (230 V / 2 mA fornece 115 kΩ). Dois resistores dissipam o calor mais fortemente (P = I
2 R: (2 mA)
2 x 51 kΩ = 0,2 W). Portanto, escolhi dois resistores de 51 kΩ e 0,5 W. No LCSC, esse é
CR1210J51K0P05Z .
Agora precisamos entender qual será o resultado. Da análise dos ionizadores acabados, conclui-se que, para a transferência de íons negativos para partículas de poeira, precisamos de algo nítido. Decidi usar agulhas de costura, soldando-as em uma grande área na saída. Eu escolhi um conjunto de agulhas no mercado local por 30 rúpias (US $ 0,4). Em princípio, qualquer material condutor com pontas afiadas é adequado. A fibra de carbono com ponta afiada funcionará melhor. As pontas mais afiadas, mais ionização.
Com tudo isso em mente, vamos projetar o quadro. Para este projeto, estou usando o Eagle. Eu tenho o seguinte esquema:
Possui duas plataformas de entrada para corrente alternada, 15 etapas do multiplicador, resistores para redução de corrente, uma grande área na saída e um circuito para um indicador LED. Eu recomendo que você sempre anote os números dos componentes que usa, para que no futuro seja mais fácil pesquisá-los e solicitá-los. Todos os componentes me custaram US $ 7,8, e a maioria foi para capacitores.
Eu decidi fazer este circuito alongado. Para montar a placa, coloquei os orifícios nos cantos e utilizo os orifícios dos parafusos M3. As dimensões da placa são 145 x 40 mm, a entrada fica à esquerda e uma grande área para soldar agulhas afiadas fica à direita. Verifique se as instruções de posicionamento dos diodos estão marcadas, pois será muito mais fácil montar o dispositivo.
Agora você precisa desenhar um quadro no formato Gerber e enviá-lo ao fabricante. Estou colaborando com o JLCPCB para esses fins. O custo das placas de protótipo é muito baixo. A taxa custará US $ 0,8 (não incluindo a entrega) para a compra de 10 peças.
Se você deseja excluir meu nome, data e nome do quadro dos arquivos, edite os arquivos do Eagle Board. Veja como será o quadro final:
Você pode importá-lo para o Fusion 360 e obter esta beleza:
Combinei o pedido de uma placa do JLCPCB e componentes com o LCSC. Ao fazer o pedido em conjunto, há um desconto na entrega de US $ 15. O custo da placa e dos componentes é de aproximadamente US $ 9 (não incluindo o frete). Tudo veio a mim em uma semana e meia. A JLC tem um serviço de montagem de placas, mas eu gosto de fazer tudo sozinho.
Montagem e inspeção
Aqui está a placa JLCPCB. Eu escolhi o acabamento ENIG-RoHS porque é mais bonito. Mas o acabamento HASL será mais barato.
Soldar todos os componentes SMD levou cerca de uma hora. Em uma loja local, comprei 2 metros de fio e um plugue para conectar a uma tomada. Amarrei o nó no fio para que ele não saia da tomada.
O próximo passo é opcional, mas eu recomendo. Virei-me para uma empresa onde há corte a laser, peguei um pedaço de acrílico com uma espessura de 3 mm e cortei uma capa protetora. Eu recomendo fazer isso - quando testei a placa, algumas vezes senti um choque elétrico significativo ao tocar acidentalmente nos capacitores. O arquivo DXF para corte também está incluído em
todos os arquivos .
Aparafusei a tampa na placa de circuito usando
parafusos de plástico M3 com 5 mm de comprimento e
pernas de plástico com 20 mm de comprimento.
Soldei sete agulhas no bloco de saída. Quanto mais, melhor. A diferença de comprimento não importa.
É hora de conectar o dispositivo a uma tomada e verificar. O LED deve acender e, idealmente, o dispositivo deve funcionar.
Você pode verificar rapidamente o desempenho, levantando as palmas das mãos úmidas para as agulhas (apenas não as toque!). Você sentirá o movimento do ar frio vindo das agulhas. Isso é ionização. Os íons negativos repelem e voam constantemente para longe das pontas das agulhas.
Para provar que o dispositivo pode causar a precipitação de fumaça e poeira, preparei um jarro transparente, enchi-o de fumaça e coloquei-o com agulhas. Depois de ligar o dispositivo, as partículas de fumaça se assentaram muito rapidamente.
https://www.instagram.com/p/B6pRxfXJ_jU/No vídeo, parece que a fumaça está dispersa devido ao ar soprando no jarro. De fato, não há rascunho lá - o jarro está fechado. O efeito é devido à repulsão de íons negativos, e o ar rapidamente começa a circular pelo jarro.
Depois de me certificar de que o dispositivo está funcionando, conectei-o a uma tomada e o deixei para funcionar. Ele deve dispersar a poeira ao seu redor sem problemas. Idealmente, instale-o próximo à janela onde o rascunho está soprando, para que o dispositivo ionize toda a poeira que passa. Eu pretendo colocá-lo e deixá-lo.
E o consumo de energia? É muito pequeno. O LED consome mais. Demora cerca de 2 mA. Por um ano, o dispositivo deve terminar 230 V x 2 mA x 24 h 365 d = 4 kW * h. Para nós, custará 4 rupias (US $ 0,05) por ano. Para economizar dinheiro, você pode simplesmente remover o LED do circuito, o consumo de energia será 1000 vezes menor e é improvável que você possa notá-lo no medidor.
Então montamos um ionizador por apenas US $ 10. Espero que ajude a reduzir a quantidade de poeira depositada em seus pulmões.
Depois que ele trabalhou por algumas semanas, você notará que o pó começa a se acumular ao seu redor. Isso é normal. Melhor ela se instalar lá do que você inalá-la.
Para os Estados Unidos e países onde a tensão é de 110 V, a tensão de saída será mais baixa (teoricamente cerca de 3 kV), mas o ionizador ainda deve funcionar.
O que mais pode ser aprimorado no dispositivo: substitua as agulhas por escovas condutoras de fibra de carbono. Quanto mais nítidas as extremidades do dispositivo, melhor a ionização. Se você distribuir as pontas por uma grande área, aumentam as chances de ionizar um volume maior de ar.
Posfácio
Após o lançamento deste artigo, algumas pessoas ficaram preocupadas que o dispositivo também pudesse gerar ozônio. No entanto, o esquema operacional do gerador de ozônio é um pouco diferente (embora o princípio da descarga corona permaneça o mesmo). Nas duas semanas em que este dispositivo está funcionando para mim, parece que ele não gera ozônio (ou é tão pequeno que eu não o sinto).
Também em relação à diferença entre ionizadores e purificadores de ar. O ionizador não pode servir como um substituto para
os filtros HEPA instalados nos purificadores. Os ionizadores apenas ajudam a depositar poeira do ar. Essas partículas permanecem no chão. Não retém partículas de fumaça, como um limpador de filtro.
Segurança
Se você decidir montar esse dispositivo, tenha cuidado. Tome medidas ao trabalhar com corrente alternada de alta tensão na entrada e corrente direta na saída. Não entregue o dispositivo a crianças.
Verifique se os cabos CA estão bem soldados e se não há fios desencapados fora da placa.
Use uma tampa de plástico; não toque nos componentes do circuito quando estiver ligado. Descarregue os capacitores em curto-circuito com um condutor de cabo isolado,
Faça um nó no cabo de alimentação onde ele se encaixa na placa, para que ninguém o puxe para fora da placa.