Um ferro de soldar simples normalmente apresenta um comportamento bastante básico:
ligamos na tomada → a resistência aquece → a ponta esquenta.
Em muitos modelos baratos não existe qualquer ajuste eletrônico de temperatura. Enquanto o ferro estiver ligado, sua resistência recebe a alimentação da rede elétrica.
Mas existe uma solução simples que pode tornar esse tipo de ferro mais versátil: utilizar um dimmer eletrônico para controlar a potência entregue ao aquecedor.
No vídeo deste artigo mostro justamente essa ideia utilizando uma placa de dimmer pronta para uso.
Há, entretanto, uma distinção técnica importante: um dimmer simples não transforma o ferro em uma estação de solda com controle real de temperatura. Ele controla a potência média aplicada ao ferro. A temperatura resultante muda como consequência.
O problema do ferro de soldar sem regulagem
Imagine um ferro convencional de potência fixa.
Ao ligá-lo diretamente à rede:
REDE ELÉTRICA
↓
FERRO DE SOLDAR
↓
AQUECIMENTONão temos um botão que permita reduzir a energia entregue ao aquecedor.
Dependendo do trabalho, isso pode ser inconveniente.
Em determinadas situações queremos bastante potência para recuperar rapidamente o calor perdido durante a soldagem.
Em outras, principalmente quando o ferro permanece algum tempo sem uso, talvez não seja necessário mantê-lo trabalhando sempre com a mesma potência.
É aí que entra o dimmer.
O que é um dimmer?
Um dimmer é um circuito capaz de controlar a potência entregue a determinadas cargas alimentadas em corrente alternada.
Ele ficou muito conhecido no controle de brilho de lâmpadas incandescentes:
mais potência → mais brilho
menos potência → menos brilho
Mas o mesmo princípio pode ser utilizado em algumas cargas resistivas, incluindo elementos de aquecimento compatíveis. A STMicroelectronics documenta o uso de TRIACs para controle por ângulo de fase em cargas resistivas e aplicações de regulação de aquecimento.
Um ferro de soldar resistivo simples é justamente uma aplicação em que esse princípio pode ser interessante, desde que o dimmer e o ferro sejam eletricamente compatíveis.
O dimmer não funciona simplesmente como um resistor
Podemos imaginar inicialmente que o dimmer apenas “reduz a tensão”.
Mas o funcionamento típico de um dimmer eletrônico com TRIAC é mais interessante.
A tensão da rede é senoidal:
/ \ / \
/ \ / \
──────/─────\────/─────\────
/ \ / \
/ \/ \Em um controle por ângulo de fase, o TRIAC permanece desligado durante uma parte de cada semiciclo e é disparado posteriormente.
Assim, a carga recebe apenas uma parte da forma de onda.
Quanto mais cedo ocorre o disparo:
maior a energia entregue à carga.
Quanto mais tarde:
menor a energia.
Esse é justamente o princípio do controle de fase utilizado com TRIACs.
O TRIAC é o componente principal
Em muitos dimmers encontramos um componente chamado:
TRIAC.
Ele funciona como uma chave eletrônica para corrente alternada.
Quando corretamente disparado, conduz durante uma parte do semiciclo e desliga quando a corrente cai abaixo de seu valor de manutenção, normalmente próximo ao cruzamento por zero da corrente.
A ST possui diferentes famílias de TRIACs especificamente indicadas para controle liga/desliga e por ângulo de fase de cargas AC.
Portanto, conceitualmente temos:
REDE AC
↓
DIMMER / TRIAC
↓
POTÊNCIA CONTROLADA
↓
RESISTÊNCIA DO FERRO
↓
CALORO potenciômetro determina quanto da onda será aproveitado
Na placa pronta normalmente encontramos um:
potenciômetro.
Ao girá-lo, alteramos o ponto de disparo do TRIAC.
De forma simplificada:
POTENCIÔMETRO
↓
ÂNGULO DE DISPARO
↓
TEMPO DE CONDUÇÃO DO TRIAC
↓
POTÊNCIA NA RESISTÊNCIA
↓
AQUECIMENTO DO FERROIsso cria uma maneira bastante simples de alterar o comportamento térmico de um ferro que originalmente não possuía regulagem.
Mas atenção: potência não é temperatura
Esta é a correção técnica mais importante deste artigo.
O título do vídeo fala em controlar a temperatura do ferro de soldar, e na prática percebemos realmente uma alteração da temperatura.
Mas eletronicamente o dimmer não sabe qual é a temperatura da ponta.
Não existe necessariamente:
termopar
termistor
sensor
ou qualquer outro sistema medindo a temperatura.
O dimmer apenas determina:
quanta potência será entregue.
A temperatura será uma consequência do equilíbrio entre a energia fornecida e as perdas térmicas do ferro.
Por isso não podemos simplesmente marcar 300 °C no potenciômetro
Imagine que encontramos determinada posição do controle na qual a ponta atinge aproximadamente:
300 °C em repouso.
Agora encostamos a ponta em uma grande área de cobre.
A placa absorve calor.
A temperatura da ponta cai.
O dimmer não sabe que isso aconteceu.
Ele continua fornecendo aproximadamente a potência determinada anteriormente.
Essa é a diferença fundamental entre:
controle de potência
e:
controle de temperatura em malha fechada.
Como funciona uma estação de solda com controle de temperatura?
Uma estação com controle real possui algum mecanismo para conhecer a temperatura da ponta ou do conjunto térmico.
De forma simplificada:
TEMPERATURA DESEJADA
↓
CONTROLADOR
↑ ↓
SENSOR AQUECEDOR
↑ ↓
└── PONTA ──┘Se a ponta esfria:
o sistema detecta → aumenta a energia.
Quando ela volta à temperatura desejada:
o sistema reduz a energia.
Esta é uma malha fechada de controle.
A Hakko, por exemplo, descreve sistemas de soldagem que monitoram a condição térmica e aumentam a potência quando ocorre queda de temperatura na ponta; outros modelos utilizam sensor e controle do aquecedor para manter a temperatura.
Com o dimmer temos uma malha aberta
Nosso sistema é muito mais simples:
POSIÇÃO DO BOTÃO
↓
DIMMER
↓
POTÊNCIA
↓
FERRO
↓
TEMPERATURANão existe o caminho de volta:
TEMPERATURA ──X──► DIMMERPor isso, tecnicamente eu chamaria esse projeto de:
controle de potência para ferro de soldar
embora seu efeito prático seja permitir reduzir ou aumentar a temperatura de equilíbrio da ponta.
Isso significa que a ideia não funciona?
Não.
Para um ferro resistivo simples, a solução pode ser bastante útil.
Só precisamos entender aquilo que ela realmente faz.
Por exemplo, podemos utilizar uma potência maior durante o aquecimento inicial e depois reduzir a potência quando o ferro ficar algum tempo parado.
Também podemos encontrar empiricamente posições do controle adequadas para diferentes trabalhos.
O que não devemos esperar é a precisão e a recuperação térmica de uma verdadeira estação termostatizada.
Um exemplo ajuda a entender
Imagine um ferro de:
60 W.
Ligado diretamente à rede, ele opera conforme seu projeto nominal.
Com o dimmer reduzimos a potência média entregue ao elemento aquecedor.
Conceitualmente:
CONTROLE ALTO
████████████████████
mais potência
CONTROLE MÉDIO
████████████
potência intermediária
CONTROLE BAIXO
██████
menos potênciaEssas barras são apenas uma representação conceitual — a posição do potenciômetro não corresponde linearmente a uma porcentagem exata de potência.
Essa observação é importante porque um dimmer por controle de fase não deve ser tratado como se “50% do giro” significasse necessariamente “50% da potência”.
A placa pronta simplifica bastante a montagem
Podemos construir um dimmer do zero.
Mas neste projeto a ideia é justamente aproveitar uma placa pronta.
Assim, temos essencialmente:
ENTRADA AC
↓
┌──────────────┐
│ DIMMER │ ← potenciômetro
└──────────────┘
↓
SAÍDA CONTROLADA
↓
FERRO DE SOLDARIsso reduz bastante o trabalho eletrônico.
Porém, há uma consequência importante:
a placa trabalha diretamente com a tensão da rede elétrica.
Aqui estamos trabalhando com tensão perigosa
Diferentemente de muitos projetos com:
5 V
9 V
12 V
neste caso estamos trabalhando diretamente com a rede elétrica.
Isso significa risco real de:
choque elétrico
queimaduras
curto-circuito
e:
incêndio.
A placa não deve ficar exposta sobre a bancada com terminais energizados acessíveis.
O correto é utilizar um invólucro apropriado e impedir contato acidental com partes vivas.
O gabinete passa a fazer parte da segurança
Uma montagem desse tipo deveria resultar em algo conceitualmente semelhante a:
┌────────────────────────────┐
│ │
│ CONTROLE │
│ ◯ │
│ │
│ ENTRADA SAÍDA │
│ AC FERRO │
│ │
└────────────────────────────┘Internamente fica:
placa do dimmer + conexões da rede.
Externamente ficam apenas os elementos que precisam ser manipulados.
Também é importante que cabos tenham alívio de tração, que as conexões sejam adequadamente isoladas e que o gabinete e demais componentes sejam apropriados para a tensão e corrente envolvidas.
A potência nominal da placa também importa
Não devemos escolher um dimmer apenas porque:
“parece suportar.”
Precisamos conhecer:
tensão nominal
corrente máxima
potência admissível
tipo de carga
necessidade de dissipação
e as condições especificadas pelo fabricante.
TRIACs possuem limites definidos de corrente, tensão e temperatura. Existem dispositivos para poucos amperes e outros para correntes muito maiores.
Portanto:
placa pronta não significa placa universal.
Carga resistiva é uma aplicação favorável
Um elemento de aquecimento resistivo é uma carga relativamente simples para controle por TRIAC.
A própria documentação técnica da ST aponta circuitos simples de disparo como adequados principalmente para cargas resistivas ou pouco indutivas quando não há requisitos rigorosos de precisão de regulação.
Isso ajuda a explicar por que o princípio funciona bem para várias aplicações de aquecimento.
Mas não significa que podemos pegar o mesmo dimmer e conectar indiscriminadamente:
qualquer motor
qualquer transformador
qualquer fonte eletrônica
ou qualquer outro equipamento.
O comportamento da carga importa.
Posso utilizar qualquer ferro de soldar?
Também não devemos generalizar.
A ideia é especialmente apropriada para um ferro simples cujo aquecimento é feito diretamente por uma resistência compatível com a alimentação controlada.
Já uma estação de solda eletrônica pode possuir internamente:
fonte
controlador
sensor
eletrônica digital
controle próprio de potência.
Colocar um dimmer externo antes desse equipamento pode causar comportamento inadequado.
Portanto, a aplicação deste projeto é:
ferro de soldar resistivo simples, desde que eletricamente compatível.
Uma aplicação interessante é reduzir a potência durante períodos de espera
Imagine que estou trabalhando na bancada.
Faço uma soldagem e depois passo alguns minutos:
medindo o circuito
procurando um componente
consultando um esquema
fazendo outra montagem.
Durante todo esse tempo o ferro continua aquecido.
Com o controle podemos reduzir sua potência enquanto ele fica aguardando.
Quando precisamos voltar a trabalhar, aumentamos novamente.
Isso pode ser conveniente em um ferro simples, embora continue exigindo ajuste manual.
Temperatura excessiva também prejudica a ponta
Manter uma ponta desnecessariamente quente pode acelerar:
oxidação
e:
degradação da superfície.
A condição da ponta é importante para a transferência de calor durante a soldagem; fabricantes de estações de solda destacam que oxidação e deterioração prejudicam o desempenho térmico.
Portanto, trabalhar com temperatura ou potência desnecessariamente elevada não traz benefício automático.
Mais quente não significa necessariamente:
melhor soldagem.
O ideal é ter potência suficiente e temperatura adequada
Existe um erro comum de raciocínio:
“se não está soldando bem, vou aumentar muito a temperatura.”
Às vezes o problema é outro:
ponta inadequada
ponta oxidada
baixa capacidade térmica
má transferência de calor
falta de fluxo
superfície contaminada.
Uma estação profissional procura justamente combinar temperatura controlada com boa recuperação térmica. A Hakko observa que formato e massa da ponta alteram a capacidade térmica e podem afetar a temperatura efetiva durante o trabalho.
Posso medir a temperatura da ponta?
Sim, mas é preciso utilizar um instrumento apropriado.
Existem termômetros específicos para ponta de ferro de soldar.
Eles são úteis inclusive para verificar se a temperatura real corresponde à indicada em uma estação. A Hakko recomenda a medição da temperatura da ponta com termômetro quando se deseja verificar e ajustar sistemas de temperatura controlada.
No nosso dimmer isso também poderia ser utilizado experimentalmente para observar:
posição do controle → temperatura aproximada em repouso.
Mas devemos lembrar que essa relação muda conforme as condições térmicas.
Poderíamos fazer algumas marcações no painel
Depois de testar o conjunto, poderíamos criar referências como:
BAIXO
│
─── ◯ ───
│
MÉDIO
│
ALTOEu evitaria escrever diretamente:
250 °C / 300 °C / 350 °C
a menos que o sistema realmente tenha sido caracterizado e mesmo assim deixaria claro que são valores aproximados em determinadas condições.
Uma escala:
baixo → médio → alto
representa melhor aquilo que o dimmer efetivamente controla.
Veja o dimmer controlando o ferro de soldar
No vídeo abaixo mostro a ideia de utilizar uma placa de dimmer pronta para controlar a potência aplicada a um ferro de soldar simples e, consequentemente, alterar seu aquecimento.
É uma solução bastante simples para acrescentar uma regulagem a um ferro que originalmente trabalha apenas:
ligado ou desligado.
Um projeto simples que ensina bastante eletrônica
Apesar de utilizar uma placa pronta, este projeto permite explorar conceitos muito interessantes:
corrente alternada
carga resistiva
potência
TRIAC
controle por ângulo de fase
aquecimento
controle em malha aberta
e a diferença entre:
controlar potência
e:
controlar temperatura.
Essa última distinção é provavelmente a mais importante.
O dimmer não conhece a temperatura do ferro.
Ele apenas nos permite controlar quanto da energia da rede será entregue ao aquecedor.
Mesmo assim, para um ferro de soldar resistivo simples, isso pode transformar um equipamento sem qualquer regulagem em uma ferramenta muito mais flexível para a bancada.