Quem trabalha com aeromodelismo, modelismo ou projetos artesanais rapidamente descobre que cortar isopor com precisão nem sempre é tão simples.
Um estilete funciona muito bem para determinados cortes. Porém, quando queremos cortar peças grandes, fazer curvas, produzir perfis ou trabalhar com blocos mais espessos, existe uma ferramenta extremamente interessante:
o cortador de isopor com fio quente.
Eu mesmo construí dois cortadores desse tipo.
Um deles foi projetado com uma abertura bastante grande justamente para permitir o corte de peças de maiores dimensões, como uma asa de aeromodelo.
O princípio de funcionamento é simples: fazemos uma corrente elétrica circular por um fio de nicromo, o fio aquece e esse calor permite cortar materiais como isopor e Depron.
Por que construir um cortador de isopor?
No meu caso, a necessidade surgiu principalmente dos projetos que construo.
Utilizo o cortador para trabalhar com:
isopor;
Depron;
e até alguns tipos de plástico, dependendo da aplicação.
Para o aeromodelismo, ele é especialmente útil.
Isopor e Depron são materiais leves e podem ser empregados na construção de diversas partes de um aeromodelo.
Quando precisamos produzir uma peça grande, um cortador convencional pequeno pode limitar bastante o trabalho.
Por isso construí uma estrutura com uma abertura maior.
O princípio do cortador de fio quente
O funcionamento pode ser representado de maneira muito simples:
Fonte de alimentação
↓
Controle da potência
↓
Fio de nicromo
↓
Aquecimento
↓
Corte do material
Não existe lâmina fazendo mecanicamente o corte.
É o calor produzido pelo fio que permite atravessar o material.
O coração do projeto é o fio de nicromo
No meu cortador utilizei fio de nicromo.
Nicromo é uma liga metálica baseada principalmente em:
níquel + cromo.
Uma característica muito importante desse material é sua resistência elétrica relativamente elevada.
Quando fazemos corrente elétrica circular pelo fio, ocorre dissipação de energia na forma de calor.
É exatamente o fenômeno que queremos aproveitar.
Por que o fio esquenta?
Todo condutor possui alguma resistência elétrica.
Quando uma corrente atravessa uma resistência, existe dissipação de potência.
Uma relação fundamental da eletricidade é:
P = V × I
onde:
P = potência em watts
V = tensão em volts
I = corrente em ampères
Também podemos relacionar potência, corrente e resistência:
P = I² × R
É justamente essa potência dissipada no fio que produz o aquecimento.
Por que não utilizar qualquer fio?
Se utilizarmos um condutor de cobre grosso, por exemplo, sua resistência será muito baixa.
Ele foi feito justamente para conduzir eletricidade com poucas perdas.
No cortador queremos algo diferente.
Queremos um elemento resistivo capaz de transformar parte significativa da energia elétrica em calor.
É por isso que o nicromo é tão interessante.
Onde encontramos nicromo?
O fio de nicromo é utilizado em diversos equipamentos que trabalham com aquecimento.
Podemos encontrá-lo em aplicações como:
elementos de aquecimento;
equipamentos térmicos;
resistências elétricas.
No artigo original, mostro inclusive um pequeno rolo do fio utilizado na construção.
Ele também pode ser comprado especificamente para utilização em cortadores de isopor.
O fio pode ser comprado por metro
Não é necessário desmontar algum equipamento para conseguir nicromo.
Esse material pode ser encontrado comercialmente em:
rolos;
pedaços;
comprimentos específicos para cortadores.
No projeto original destaquei justamente que é um material relativamente barato e facilmente encontrado em lojas e sites especializados.
A estrutura do meu cortador
Para construir o cortador de grandes dimensões utilizei uma estrutura bastante simples.
Ela foi feita principalmente com madeira de aproximadamente 2 cm × 2 cm.
Isso demonstra que não precisamos começar com uma estrutura sofisticada.
Podemos construir algo funcional utilizando materiais relativamente comuns.
Madeira funciona muito bem para a estrutura
A madeira possui algumas características interessantes para esse projeto.
É:
fácil de cortar;
fácil de furar;
fácil de unir;
relativamente barata;
eletricamente isolante.
Além disso, podemos definir livremente as dimensões do cortador.
Se queremos trabalhar com blocos grandes, simplesmente projetamos uma abertura compatível.
Construí uma abertura grande propositalmente
Essa foi uma característica importante do meu cortador.
Eu queria conseguir trabalhar com peças maiores.
Uma aplicação típica seria cortar uma peça destinada à asa de um aeromodelo.
Portanto, antes de construir o cortador, vale pensar:
qual é a maior peça que pretendo cortar?
Essa resposta ajuda a definir as dimensões da estrutura.
Não faça a abertura maior apenas porque pode
Uma estrutura enorme parece oferecer mais possibilidades.
Mas existe uma consequência importante.
Quanto maior for o comprimento do fio de nicromo, maior será sua resistência elétrica.
Isso modifica completamente as necessidades de alimentação.
Portanto, as dimensões mecânicas e elétricas do projeto estão relacionadas.
Como uni as peças de madeira?
Para prender a estrutura utilizei cantoneiras metálicas em L, semelhantes às utilizadas para fixação de prateleiras, além de outras pequenas uniões metálicas.
É uma solução simples e prática.
Temos basicamente:
madeira
cantoneiras
parafusos
formando a estrutura.
A rigidez da estrutura é importante
O fio precisa permanecer tensionado.
Se a estrutura se deformar facilmente, o fio poderá:
afrouxar;
mudar de posição;
produzir um corte irregular.
Por isso, mesmo utilizando madeira simples, precisamos montar uma estrutura suficientemente rígida.
O fio precisa ficar esticado
Imagine tentar fazer um corte reto com um fio frouxo.
Ao entrar no material, ele pode se deslocar.
O resultado será uma superfície irregular.
Por isso, o fio de nicromo deve permanecer tensionado durante o trabalho.
Mas existe uma característica interessante:
quando o fio aquece, suas dimensões podem variar.
O aquecimento pode deixar o fio mais frouxo
Quando o nicromo aquece, ocorre dilatação térmica.
Um fio perfeitamente esticado quando frio pode ficar ligeiramente mais frouxo quando quente.
Por isso, muitos projetos de cortadores utilizam algum sistema para manter a tensão.
Uma possibilidade é utilizar uma mola em uma das extremidades.
Temos:
estrutura → mola → fio de nicromo → estrutura
A mola pode compensar parte da variação de comprimento.
Não exagere na tensão
O fio precisa ficar adequadamente tensionado, mas não devemos puxá-lo exageradamente.
Além de poder romper o próprio fio, uma tensão excessiva pode deformar uma estrutura leve.
O objetivo é manter o fio reto e estável durante o corte.
Como alimentar o fio de nicromo?
Para aquecer o fio precisamos fazer corrente elétrica circular por ele.
No artigo original mencionei diferentes possibilidades de alimentação, incluindo:
pilhas;
baterias;
fonte de alimentação de baixa tensão.
O ponto fundamental é que o fio seja alimentado de maneira adequada às suas características e ao seu comprimento.
Não ligue o fio diretamente à rede elétrica
Um cortador artesanal deve trabalhar com uma fonte isolada de baixa tensão, corretamente dimensionada.
Não faça uma ligação improvisada do fio de nicromo diretamente à tomada.
Além do risco de choque elétrico, existe risco de incêndio e danos ao equipamento.
A rede elétrica deve ficar do lado de entrada de uma fonte apropriada e isolada.
Do lado do cortador trabalhamos com baixa tensão.
O comprimento do fio influencia a resistência
A resistência elétrica de um fio depende de vários fatores.
De forma simplificada:
R = ρ × L / A
onde:
R = resistência
ρ = resistividade do material
L = comprimento
A = área da seção transversal
Isso ajuda a explicar algo que observei na prática:
quanto maior o comprimento do fio, diferente será a tensão/corrente necessária para atingir a temperatura de corte adequada.
A espessura do fio também importa
Dois fios de nicromo com o mesmo comprimento podem apresentar resistências diferentes se possuírem diâmetros diferentes.
Um fio mais fino possui menor área transversal.
Consequentemente, sua resistência será diferente da de um fio mais grosso.
Portanto, não existe uma única tensão universal do tipo:
“todo cortador de isopor funciona com X volts.”
Depende do fio utilizado.
É por isso que um controle ajustável é tão interessante
No meu projeto, a recomendação foi utilizar algum sistema que permitisse regular a alimentação do fio.
Isso é muito melhor do que depender de uma tensão fixa e torcer para que a temperatura fique correta.
Com ajuste, podemos aumentar ou reduzir a potência até encontrar um ponto adequado para o material e para o corte desejado.
O que chamei de reostato
No projeto original mostro um controle que utilizava junto com minha fonte e que chamava de reostato. Ele ficava instalado inclusive na minha caixa de campo, acima do multímetro.
A função prática era permitir controlar a energia entregue à carga.
Hoje podemos implementar essa função de diferentes maneiras, inclusive com controladores eletrônicos adequados para a tensão e corrente envolvidas.
O importante é conseguir controlar o aquecimento
Pouco aquecimento:
o fio não corta adequadamente.
Aquecimento excessivo:
o corte fica ruim, o fio sofre mais e aumenta o risco de acidentes.
Queremos encontrar uma região intermediária.
O fio precisa estar quente o suficiente para atravessar o material sem exigir grande força mecânica.
Não tente compensar temperatura baixa empurrando com força
Se o fio não está conseguindo atravessar o isopor, a primeira reação pode ser:
empurrar mais.
Isso não é uma boa solução.
Ao aplicar muita força podemos:
deformar o fio;
produzir um corte curvo;
forçar a estrutura;
quebrar a peça.
O ideal é ajustar corretamente a temperatura e deixar o fio fazer o trabalho.
E também não queremos o fio excessivamente quente
Mais quente não significa automaticamente melhor.
Um fio exageradamente quente pode remover material demais ao redor do corte.
Isso aumenta a largura do sulco produzido e pode prejudicar a precisão.
Além disso, pode produzir mais vapores e aumentar desnecessariamente os riscos térmicos.
A velocidade do corte também influencia o resultado
Existe uma relação entre:
temperatura do fio
e
velocidade de avanço.
Se avançarmos muito rapidamente, o fio pode não conseguir transferir calor suficiente.
Se avançarmos lentamente demais com temperatura elevada, podemos derreter uma região maior do que desejávamos.
Com um pouco de prática encontramos uma combinação adequada.
Faça testes antes da peça definitiva
Essa é provavelmente uma das melhores recomendações para quem construiu o cortador pela primeira vez.
Pegue um pedaço do mesmo material que será utilizado no projeto.
Faça alguns cortes.
Observe:
facilidade de avanço;
largura do corte;
acabamento;
temperatura necessária.
Somente depois trabalhe na peça definitiva.
Cortando uma asa de aeromodelo
Uma das aplicações que motivou meu cortador grande foi justamente a possibilidade de trabalhar com peças como asas.
Para produzir um perfil de asa em espuma, podemos utilizar moldes nas extremidades do bloco.
Esses moldes funcionam como guias para o fio.
O conceito é:
perfil de um lado
↓
bloco de espuma
↓
perfil do outro lado
O fio percorre os dois perfis simultaneamente.
Duas pessoas podem facilitar determinados cortes
Quando a peça é grande, controlar as duas extremidades do fio pode ser difícil para uma única pessoa.
Em determinados métodos de corte de asas, duas pessoas podem movimentar o fio de maneira sincronizada.
Cada uma acompanha um dos moldes.
Isso exige coordenação.
Se um lado avançar muito mais rapidamente do que o outro, o perfil pode ficar deformado.
Marque os moldes
Uma técnica útil para sincronizar o avanço é criar referências correspondentes nos dois moldes.
Por exemplo:
1 — 2 — 3 — 4 — 5 — 6
As duas pessoas avançam procurando atingir as mesmas referências aproximadamente ao mesmo tempo.
Isso ajuda a produzir um corte mais uniforme.
O cortador também pode ser utilizado para cortes retos
Nem sempre precisamos fazer um perfil complexo.
Uma estrutura com fio quente pode funcionar muito bem para:
dividir blocos;
reduzir espessura;
produzir placas;
fazer cortes retos.
Podemos inclusive criar guias mecânicas para melhorar a repetibilidade.
Uma mesa de corte é outra possibilidade
Além do cortador em formato de arco, existe outra configuração muito interessante.
Podemos instalar o fio verticalmente atravessando uma mesa.
Assim movimentamos a peça sobre a superfície.
O princípio é semelhante a uma serra de bancada, mas utilizando fio quente.
Essa configuração pode facilitar determinados recortes.
O cortador grande e o pequeno podem coexistir
Eu mesmo montei dois cortadores.
Isso faz bastante sentido.
Um equipamento grande oferece espaço para peças maiores.
Um pequeno pode ser:
mais leve;
mais fácil de manipular;
mais conveniente para detalhes.
Não precisamos tentar fazer uma única ferramenta perfeita para todas as situações.
O fio quente não produz o mesmo tipo de corte de uma lâmina
Quando utilizamos um estilete, existe contato mecânico direto da lâmina cortando o material.
No fio quente, parte do material é derretida pela temperatura.
Por isso, o acabamento e a largura do corte são diferentes.
Essa característica precisa ser considerada principalmente quando trabalhamos com medidas precisas.
Existe perda de material no corte
O fio possui uma espessura.
Além disso, existe uma região ao redor dele que também recebe calor.
Portanto, o corte possui uma determinada largura.
Quando uma medida precisa ser muito exata, essa perda deve ser considerada.
Faça testes para descobrir aproximadamente o comportamento do seu conjunto.
Ventilação é indispensável
O corte térmico de espumas e plásticos pode liberar vapores e produtos de decomposição potencialmente nocivos.
Por isso, utilize o cortador somente em ambiente muito bem ventilado e evite respirar os vapores gerados.
Materiais cuja composição não seja conhecida não devem ser cortados simplesmente para “ver se funciona”.
O fato de um material derreter com o fio quente não significa que seja apropriado para corte térmico.
Nem todo plástico deve ser cortado dessa maneira
No meu projeto original mencionei que utilizei o equipamento até mesmo em plástico.
Mas é importante distinguir uma experiência específica de uma recomendação geral.
Plásticos possuem composições muito diferentes.
Alguns podem produzir vapores perigosos quando aquecidos.
Portanto, antes de utilizar fio quente em qualquer material, verifique se ele é apropriado para esse processo.
O fio continua quente depois de desligar
Outro cuidado simples, mas importante:
ao desligar a alimentação, o fio não se torna frio instantaneamente.
Durante alguns instantes ele ainda pode provocar queimaduras.
Evite tocar no fio imediatamente depois do uso.
Crie um interruptor de fácil acesso
Um bom projeto deve permitir desligar rapidamente a alimentação.
Podemos ter:
Fonte → interruptor → controlador → fio
O interruptor precisa ficar em uma posição fácil de alcançar.
Se alguma coisa sair errada durante o corte, queremos conseguir desligar o sistema imediatamente.
Um fusível também pode ser utilizado
Ao construir equipamentos elétricos, vale pensar em proteção contra sobrecorrente.
Um fusível corretamente dimensionado na alimentação pode ajudar a proteger o circuito em determinadas situações de falha.
Isso não substitui o dimensionamento correto da fonte, fios e controlador.
É uma proteção adicional.
Os fios de alimentação precisam ser adequados
O fio de nicromo deve aquecer.
Os fios que levam energia até ele, não.
Se os cabos de alimentação estão ficando muito quentes, existe algo errado.
Pode haver:
fio muito fino;
conector inadequado;
mau contato;
corrente excessiva.
Todo o circuito precisa ser dimensionado para a corrente utilizada.
As conexões também merecem atenção
Uma conexão elétrica ruim possui resistência.
E resistência percorrida por corrente produz calor.
Portanto, terminais mal apertados ou contatos ruins podem aquecer bastante.
Depois dos primeiros testes, verifique:
cabos;
conectores;
terminais;
controlador;
fonte.
O elemento que queremos aquecido é principalmente o nicromo.
Um multímetro ajuda muito
Quem gosta de construir esse tipo de ferramenta pode utilizar um multímetro para entender melhor o sistema.
Podemos medir, por exemplo:
resistência do fio com o circuito desligado;
tensão aplicada;
corrente, desde que o instrumento e o método de medição sejam apropriados para a corrente envolvida.
Essas informações ajudam a deixar de trabalhar apenas por tentativa e erro.
Podemos estimar a potência
Suponha, apenas como exemplo, que durante determinado ajuste tenhamos:
12 V
e
3 A.
A potência elétrica seria:
P = 12 × 3
P = 36 W
Essa informação ajuda a compreender a quantidade de energia que está sendo entregue ao sistema.
Mas não copie valores de exemplos sem medir e dimensionar o seu próprio fio.
Uma fonte ajustável facilita muito os testes
Para quem já possui uma fonte de bancada adequada, a possibilidade de ajustar tensão e limitar corrente pode ser bastante útil durante o desenvolvimento.
Começamos com uma condição mais baixa.
Observamos o fio.
Aumentamos gradualmente.
Testamos em um pedaço de espuma.
Assim podemos encontrar uma condição adequada de funcionamento de maneira controlada.
Cuidado com fontes improvisadas
O fato de uma fonte apresentar a tensão desejada não significa automaticamente que seja apropriada.
Ela precisa suportar a corrente exigida.
Uma fonte subdimensionada pode:
desligar;
aquecer;
falhar.
Por isso, dimensionamento de tensão e corrente são igualmente importantes.
Baterias também podem fornecer correntes muito elevadas
No artigo original mencionei a possibilidade de utilizar baterias.
Mas algumas baterias modernas, especialmente as utilizadas no modelismo, conseguem fornecer correntes extremamente elevadas.
Um curto-circuito pode ser muito perigoso.
Se optar por uma bateria, o circuito precisa possuir controle e proteção apropriados.
Não ligue simplesmente uma bateria de alta descarga a um pedaço de fio por tentativa e erro.
Um projeto simples reúne vários conceitos de eletricidade
É isso que considero especialmente interessante nesse cortador.
Fisicamente ele é muito simples:
madeira + fio + fonte.
Mas por trás dele encontramos vários conceitos:
tensão;
corrente;
resistência;
potência;
efeito Joule;
resistividade;
dimensionamento de condutores.
Construir uma ferramenta dessas acaba sendo também uma ótima experiência prática de eletricidade.
A própria necessidade define o projeto
No meu caso, eu precisava cortar materiais utilizados nos meus projetos e queria também trabalhar com peças grandes.
Foi daí que surgiu o cortador com grande abertura.
Outro modelista talvez precise apenas cortar pequenas peças.
Nesse caso, faria pouco sentido construir exatamente as mesmas dimensões.
Essa é uma característica interessante de ferramentas construídas por nós mesmos:
podemos adaptá-las ao trabalho que realmente fazemos.
O projeto pode evoluir
Depois de construir uma primeira versão, podemos acrescentar melhorias.
Por exemplo:
controle eletrônico de potência;
escala de ajuste;
interruptor;
fusível;
mola de tensionamento;
guias para cortes retos;
base de apoio.
O cortador deixa de ser apenas uma ferramenta improvisada e pode se transformar em um equipamento bastante preciso.
Construir ferramentas também faz parte do modelismo
Muitas vezes pensamos no modelismo apenas como a construção do:
avião;
barco;
carro.
Mas existe todo um universo de ferramentas que podemos construir para ajudar nesses projetos.
O cortador de isopor é um ótimo exemplo.
Construí uma ferramenta para depois utilizá-la na construção de outras coisas.
Essa capacidade de criar nossas próprias soluções é uma das partes que considero mais interessantes do hobby.
Veja meu cortador de isopor para peças grandes
Na página original mostro a estrutura que construí utilizando madeiras de 2 × 2 cm, cantoneiras metálicas e fio de nicromo, além da solução de alimentação utilizada para controlar o aquecimento.
A ideia nasceu principalmente da necessidade de trabalhar com isopor e Depron no aeromodelismo, inclusive em peças grandes como asas.
E o princípio continua extremamente simples:
fazemos uma corrente circular pelo nicromo, transformamos energia elétrica em calor e utilizamos esse calor para realizar o corte.
Uma ferramenta simples, barata e extremamente útil para quem gosta de construir.
Para prender tudo fiz uso de ‘L’s de metal usados para prender prateleiras e também uniões de metal conforme você pode ver nas fotos abaixo.
O fio que corta o isopor é de nicromo. Nicromo é uma liga criada pelo homem e leva esse nome, pois em sua estrutura vão os materiais base níquel e cromo. Ele é um mau condutor de eletricidade, por isso quando a corrente circula pelo mesmo gera aquecimento. Nesse caso ele ser um mau condutor é bom, pois assim ele esquenta (que é essa intenção de uso). Ele também pode ser encontrado em ferro de soldar e ferro de passar roupas entre várias outras aplicações. Abaixo você pode ver um rolinho de fio de nicromo.
Esse fio você compra à metro ou em pedaços menores já voltados para serem instalados em cortadores de isopor. É algo barato e nos sites de venda via internet você acha para vender.
Para alimentar o fio de nicromo e podermos cortar isopor, precisamos da fonte de alimentação. Essa fonte pode vir de pilhas, baterias e até mesmo de uma fonte que converta os 110 Volts da tomada para uma tensão mais baixa. Tenha em mente que quanto maior a extensão do fio, maior será a tensão necessária para ter um bom aquecimento. O ideal é você ter ou montar um regulador de tensão. Também conhecido como reostato, o circuito pode ser ligado à saída de uma fonte de alimentação e a saída do circuito ligada diretamente à resistência do cortador de isopor através de fios. Na minha caixa de campo o reostato pode ser visto na imagem abaixo (parte esquerda) logo acima do multímetro.
Quer aprender mais sobre eletrônica aplicada aos seus projetos?
Um cortador de isopor parece inicialmente apenas uma ferramenta mecânica, mas seu funcionamento depende diretamente de conceitos fundamentais de eletricidade.
Precisamos entender:
tensão;
corrente;
resistência;
potência;
fontes de alimentação;
controle de energia;
dimensionamento de fios e componentes.
Esses mesmos fundamentos aparecem constantemente no modelismo, seja na escolha de uma bateria, na ligação de um motor, na utilização de um ESC ou na construção de circuitos e ferramentas.
Preciso adquirir…
Você mesmo pode fazer um desses. É simples. O fio de nicromo você compra via internet e o restante é madeira.