Como Montar uma Fonte Variável para Ligar uma Parafusadeira Diretamente na Tomada

Parafusadeiras sem fio são extremamente práticas, mas existe um componente que normalmente envelhece antes da ferramenta: a bateria.

Depois de alguns anos, podemos acabar com uma parafusadeira mecanicamente perfeita, com motor, mandril e controle de velocidade funcionando, mas com uma bateria que já não consegue armazenar energia adequadamente.

Será que podemos eliminar a bateria e alimentar a parafusadeira diretamente pela rede elétrica?

A resposta é sim, desde que exista uma fonte adequada entre a tomada e a ferramenta.

Neste projeto mostro a montagem de uma fonte variável para alimentar uma parafusadeira, permitindo utilizar a ferramenta a partir de uma tomada de 127 V ou 220 V, conforme a entrada prevista no projeto.

A parafusadeira não pode ser ligada diretamente em 127 ou 220 V

Este é o primeiro ponto que precisa ficar muito claro.

Quando falamos em “ligar a parafusadeira diretamente na tomada”, isso não significa conectar o motor da ferramenta à rede elétrica.

Temos:

TOMADA 127/220 V AC
        ↓
       FONTE
        ↓
TENSÃO DC ADEQUADA
        ↓
  PARAFUSADEIRA

A fonte é responsável por isolar, converter e adequar a energia para a tensão utilizada pela ferramenta.

Conectar uma parafusadeira originalmente alimentada por bateria diretamente à rede pode destruir o equipamento e criar risco grave de choque elétrico.

Por que utilizar uma fonte variável?

Uma fonte ajustável torna o projeto mais versátil.

Dependendo da construção, podemos variar a tensão de saída e observar o comportamento da ferramenta:

MENOR TENSÃO
     ↓
menor rotação disponível

MAIOR TENSÃO
     ↓
maior rotação disponível

Isso também permite utilizar a fonte posteriormente em outros experimentos compatíveis com sua faixa de tensão e corrente.

Uma fonte variável, entretanto, não deve ser avaliada apenas pela tensão máxima. Corrente e potência também são fundamentais. Fabricantes de fontes de bancada especificam justamente tensão, corrente e potência máxima como parâmetros independentes.

Primeiro precisamos saber a tensão original da parafusadeira

Antes de substituir a bateria, precisamos descobrir para qual tensão a ferramenta foi projetada.

Podemos encontrar parafusadeiras antigas identificadas, por exemplo, como:

9,6 V, 12 V, 14,4 V ou 18 V.

Esses valores não significam que qualquer ferramenta possa ser alimentada com qualquer uma dessas tensões.

Se a parafusadeira foi projetada para determinada bateria, nossa fonte deve ser dimensionada levando isso em consideração.

Não basta ter a tensão correta

Aqui aparece a principal dificuldade deste projeto.

Imagine uma parafusadeira de 12 V.

Seria tentador pensar:

“Então qualquer fonte de 12 V serve.”

Não.

O motor da parafusadeira pode exigir correntes elevadas, principalmente durante a partida e quando encontra resistência.

Quando o motor começa a girar, sua corrente pode ser muito maior do que durante uma situação de funcionamento leve. Esse pico de partida é justamente um dos motivos pelos quais fontes inadequadas podem entrar em limitação ou proteção quando utilizadas para alimentar motores.

A bateria consegue fornecer muita corrente

Uma bateria utilizada em ferramenta elétrica é projetada para fornecer correntes elevadas por períodos relativamente curtos.

É exatamente disso que o motor precisa quando apertamos o gatilho.

A fonte que substitui essa bateria precisa conseguir acompanhar essa demanda.

Por isso uma pequena fonte de parede pode apresentar:

Tensão correta ✓

Corrente insuficiente ✕

Nesse caso, ao apertar o gatilho, a tensão pode cair, a fonte pode entrar em proteção ou a parafusadeira simplesmente pode não desenvolver torque suficiente.

O motor exige mais corrente quando fazemos força

Esse comportamento é bastante interessante.

Quando a parafusadeira gira praticamente sem carga, o motor exige determinada corrente.

Quando começamos a apertar um parafuso:

CARGA MECÂNICA ↑
       ↓
ROTAÇÃO TENDE A CAIR
       ↓
CORRENTE DO MOTOR ↑
       ↓
TORQUE ↑

No limite, se o eixo ficar bloqueado, temos uma condição de stall.

É uma situação de corrente muito elevada e que não deve ser mantida por muito tempo.

Por isso dimensionar uma fonte apenas medindo o consumo da parafusadeira girando livremente pode levar a uma conclusão errada.

Tensão, corrente e potência trabalham juntas

Podemos utilizar a conhecida relação:$$P=V\times I$$

Suponha que, em determinada condição, a ferramenta esteja recebendo:$$12V\times10A=120W$$

Isso já representa 120 W de potência elétrica.

Se a corrente chegar momentaneamente a 20 A:$$12V\times20A=240W$$

É fácil perceber por que uma fonte de 12 V e 2 A, apesar de possuir a tensão correta, pode estar muito longe da capacidade necessária.

A corrente indicada na fonte é sua capacidade

Outro conceito importante:

Uma fonte especificada como:

12 V / 20 A

não força 20 A pela parafusadeira.

Ela significa que a fonte consegue fornecer corrente até determinada capacidade, dentro de suas especificações.

A corrente efetivamente solicitada depende da carga. Em fontes com controle de corrente, o valor ajustado funciona como um limite; quando a carga tenta ultrapassá-lo, a fonte reduz a tensão para impedir que a corrente continue aumentando.

É a mesma ideia que já encontramos em outros projetos de fontes.

Uma fonte variável também pode ser útil na bancada

Depois de construir uma fonte ajustável, não precisamos necessariamente utilizá-la apenas na parafusadeira.

Dependendo de suas características, ela pode servir para testar:

motores, lâmpadas, pequenos circuitos, módulos eletrônicos e outros projetos compatíveis.

É justamente essa flexibilidade que torna uma fonte ajustável uma ferramenta tão interessante em uma bancada de eletrônica. Fontes de laboratório são utilizadas exatamente para fornecer diferentes tensões e limites de corrente durante testes e desenvolvimento.

O caminho da energia dentro da fonte

De maneira geral, podemos visualizar uma fonte desse tipo em blocos:

127/220 V AC
     ↓
PROTEÇÃO / CHAVEAMENTO
     ↓
CONVERSÃO / ISOLAMENTO
     ↓
RETIFICAÇÃO
     ↓
FILTRAGEM
     ↓
REGULAÇÃO / AJUSTE
     ↓
SAÍDA DC
     ↓
PARAFUSADEIRA

A implementação exata depende do circuito utilizado.

Mas essa representação ajuda a compreender que existem várias etapas entre a tomada e o motor.

Retificação transforma AC em uma tensão unidirecional

Se utilizamos um transformador convencional, sua saída ainda é alternada.

Uma ponte retificadora pode realizar a retificação:

TRANSFORMADOR
      ↓
     AC
      ↓
PONTE RETIFICADORA
      ↓
DC PULSANTE

Depois entram os capacitores de filtragem.

Os capacitores ajudam na filtragem

Após a retificação, a tensão ainda apresenta grande variação.

Capacitores armazenam energia nos picos e fornecem parte dessa energia entre eles:

RETIFICADA
∩_∩_∩_∩_∩_

      ↓ FILTRAGEM

DC
────────────

Na realidade ainda existe uma ondulação, ou ripple.

Quanto maior a corrente exigida pela carga, mais importante se torna o dimensionamento adequado dessa etapa.

E uma parafusadeira definitivamente não é uma carga pequena.

O ajuste de tensão precisa suportar a potência

Aqui existe uma diferença enorme entre construir uma fonte variável para alimentar um pequeno circuito eletrônico e uma fonte variável para uma ferramenta.

Um regulador linear simples pode dissipar uma potência dada aproximadamente por:$$P_D=(V_{entrada}-V_{saída})\times I$$

Imagine:

• entrada = 20 V;
• saída = 10 V;
• corrente = 5 A.

Teríamos:$$P_D=(20-10)\times5=50W$$

São 50 W transformados em calor no elemento regulador.

Isso explica por que fontes lineares de maior corrente podem exigir grandes dissipadores e por que soluções chaveadas são frequentemente mais eficientes. A dissipação térmica é uma das limitações importantes de reguladores lineares em fontes ajustáveis.

Os fios também precisam suportar a corrente

Não adianta construir uma fonte capaz de fornecer alta corrente e conectar a parafusadeira utilizando fios extremamente finos.

Todo condutor possui resistência.

Temos:$$V=R\times I$$

Se o conjunto dos cabos apresentar apenas 0,1 Ω e o motor solicitar 10 A:$$V=0,1\times10=1V$$

Perdemos 1 V somente nos cabos.

Além disso, a potência dissipada seria:$$P=I^2R$$$$P=10^2\times0,1=10W$$

Ou seja, os cabos poderiam aquecer consideravelmente.

Em sistemas de baixa tensão e alta corrente, cabos, conectores e contatos tornam-se parte importante do projeto.

Cabo comprido também pode prejudicar o desempenho

Uma das vantagens da bateria é estar praticamente encostada ao motor.

Ao transformar uma parafusadeira sem fio em uma ferramenta alimentada externamente, podemos acabar utilizando vários metros de cabo.

Quanto maior o comprimento:

maior a resistência → maior a queda de tensão → menor a tensão disponível na ferramenta.

Esse efeito se torna especialmente perceptível durante os picos de corrente.

O gatilho original ainda é importante

Muitas parafusadeiras possuem controle eletrônico de velocidade incorporado ao gatilho.

Em modelos com motor DC escovado, é comum que esse controle varie a potência entregue ao motor através de chaveamento eletrônico.

Assim, mesmo que a fonte forneça uma tensão fixa ou ajustável, podemos continuar tendo controle de velocidade através do próprio gatilho, caso o circuito original da ferramenta seja mantido.

Por isso não é necessário necessariamente eliminar a eletrônica original da parafusadeira.

E a reversão do sentido?

Outra função que normalmente pode ser preservada é a reversão.

A chave de reversão altera a relação de polaridade aplicada ao motor:

+  MOTOR  −
     ↓
SENTIDO A

invertendo:

−  MOTOR  +
     ↓
SENTIDO B

É isso que permite utilizar a ferramenta tanto para apertar quanto para soltar parafusos.

A fonte variável permite experiências interessantes

Com uma alimentação ajustável podemos observar experimentalmente o comportamento do motor.

Por exemplo:

6 V  → rotação menor

9 V  → rotação intermediária

12 V → rotação maior

desde que essas tensões estejam dentro de uma faixa apropriada para o motor e para a eletrônica da ferramenta.

Isso transforma o projeto também em uma experiência sobre motores de corrente contínua.

A fonte precisa reagir aos picos de carga

Uma parafusadeira representa uma carga bastante dinâmica.

Imagine:

MOTOR PARADO
     ↓
GATILHO ACIONADO
     ↓
PICO DE CORRENTE
     ↓
MOTOR ACELERA
     ↓
CORRENTE DIMINUI
     ↓
BROCA ENCONTRA CARGA
     ↓
CORRENTE AUMENTA NOVAMENTE

A fonte precisa responder adequadamente a essas mudanças.

Fontes de bancada são inclusive caracterizadas pelo seu comportamento diante de mudanças rápidas de carga, conhecido como resposta transitória.

Por que algumas fontes simplesmente desligam?

Imagine uma fonte limitada a 5 A.

A parafusadeira tenta consumir 15 A durante a partida.

Dependendo do projeto da fonte, ela pode:

limitar a corrente, reduzir a tensão, entrar em proteção ou desligar temporariamente.

Nesse caso podemos ouvir o motor tentando partir, mas sem conseguir ganhar velocidade.

Isso não significa necessariamente que a parafusadeira esteja com defeito.

Pode simplesmente significar que a fonte não consegue substituir eletricamente a bateria original.

Podemos utilizar a carcaça da bateria antiga

Em algumas adaptações, uma solução bastante interessante é aproveitar a carcaça de uma bateria que já perdeu sua capacidade.

Ela já possui:

encaixe mecânico correto + contatos compatíveis + sistema de trava.

Podemos utilizar essa estrutura como interface entre o cabo da fonte e a ferramenta, desde que a adaptação seja feita com isolamento e conexões adequadas.

Assim evitamos modificar permanentemente a própria parafusadeira.

Mas ferramentas modernas podem ser mais complicadas

Existe uma ressalva importante.

Nem toda ferramenta moderna funciona simplesmente recebendo positivo e negativo nos terminais onde antes estava a bateria.

Alguns sistemas possuem comunicação, identificação, sensores de temperatura ou eletrônica de proteção entre bateria e ferramenta.

Portanto, a adaptação é muito mais simples em equipamentos cujo funcionamento elétrico realmente depende apenas da alimentação DC.

Veja a montagem da fonte variável

No vídeo abaixo mostro a construção da fonte variável utilizada para alimentar a parafusadeira diretamente a partir da tomada.