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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Faca elétrica para apiário. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Casa, casa, passatempo O artigo descreve uma faca elétrica para apiário, livre das desvantagens de produtos similares produzidos pela indústria. A simplicidade do design, a utilização de bases elementares e materiais acessíveis tornam possível a sua repetição em casa. A maneira mais popular de abrir os favos de mel ao extrair o mel é cortar as tampas de cera que selam as células com uma faca especial para apiário. A tecnologia tradicional é a seguinte: um conjunto de facas de abelha é imerso em um recipiente com água fervente - geralmente pelo menos quatro a cinco peças. Eles pegam uma faca, sacodem a água (se entrar no mel azeda) e rapidamente, até que a faca esfrie, abrem os favos de mel com movimentos de serra. A abertura é feita derretendo a cera. As forças mecânicas devem ser mínimas para evitar vincos nas células. Após alguns segundos, a faca esfria (sua temperatura fica abaixo do ponto de fusão da cera), então ela é novamente imersa em um recipiente com água fervente, a próxima faca é retirada e o processo é repetido. Para evitar ataques de abelhas, a abertura dos favos e o bombeamento do mel são feitos em ambiente fechado: no campo é uma barraca, em estado estacionário é qualquer cômodo adequado. As condições de trabalho são bastante difíceis: alta temperatura devido ao fogão em funcionamento contínuo, alta umidade devido à presença de um recipiente com água fervente. A presença de água na faca e a alta umidade do ar devido à alta higroscopicidade do mel pioram sua qualidade. No entanto, apesar das desvantagens associadas ao uso de facas apiárias aquecidas em água fervente, a maioria dos apicultores prefere o método tradicional de abertura dos favos de mel, recusando-se a usar as facas apiárias elétricas aparentemente mais convenientes produzidas pela indústria. Infelizmente, as facas elétricas industriais não apresentam desvantagens “inerentes”. Assim, o aquecimento da lâmina da faca durante as inevitáveis pausas no trabalho ultrapassa o ponto de ebulição da água, por isso, ao reiniciar o trabalho, os açúcares do mel caramelizam e queimam. A potência de aquecimento insuficiente e a condutividade térmica relativamente baixa do material da lâmina da faca levam ao fato de que durante a operação a temperatura da aresta de corte cai abaixo do ponto de fusão da cera. E o aquecedor de fio de nicromo não é a parte mais confiável de uma faca elétrica. Como resultado de muitos anos de experimentos, desenvolvi o projeto de uma faca elétrica para abelhas, que uso há mais de 10 anos. Ao desenvolvê-lo, parti das seguintes considerações. 1. A abertura do favo de mel é realizada por ação térmica na vedação do favo de mel. As forças mecânicas devem ser mínimas para evitar vincos nas células. A temperatura da ponta da lâmina da faca deve ser superior à temperatura de fusão da cera (64 оC) levando em consideração a intensidade de dissipação de calor em pelo menos 10 °C, ou seja, aproximadamente 75 °C. A temperatura máxima da lâmina da faca em qualquer modo deve estar abaixo do ponto de ebulição da água, ou seja, não deve exceder 95 °C. Não tenha medo do superaquecimento do mel - devido à baixa condutividade térmica do mel e da cera, apenas uma fina camada de mel em contato direto com a lâmina da faca é aquecida a temperaturas acima de 45 ° C, nas quais as enzimas do mel são destruídas, e isso representa centésimos e milésimos de por cento do volume total do mel, o que praticamente não afetará sua qualidade. 2. Para aumentar a produtividade, a potência do aquecedor deve ser suficientemente grande e a resistência térmica do circuito de ponta do aquecedor-faca deve ser mínima. A faca deve poder ser alimentada por fontes CA e CC (bateria, sistema elétrico do carro, etc.). Deve consumir o máximo de energia da rede; o consumo de energia de fontes autônomas deve ser reduzido. A faca opera em uma ampla faixa de temperaturas de aquecimento, portanto sua potência pode ser ajustada discretamente. O requisito de resistência térmica mínima pode ser atendido fabricando a lâmina da faca em um material com alta condutividade térmica. A prata tem o maior coeficiente de condutividade térmica - 418,7 W/m-K, mas uma faca feita desse metal será muito cara. O parâmetro nomeado para o cobre é um pouco pior - 389,6 W/m-K. O aço, cujo coeficiente de condutividade térmica é 8,5 vezes menor que o do cobre, é totalmente inadequado para uma faca elétrica. Ao fazer uma faca em folha de cobre com 3 mm de espessura, obtemos uma resistência térmica comparável à de uma faca de prata com lâmina de 2 mm de espessura. Não é preciso ter medo das reações químicas do cobre com os ácidos orgânicos do mel - até nossas bisavós consideravam as bacias de cobre os melhores utensílios para fazer geléia. 3. A temperatura do aquecedor não deve exceder 100 оC, e para melhorar a transferência de calor do aquecedor para a lâmina da faca, a área máxima de contato entre o aquecedor e a lâmina da faca deve ser garantida. Com base no exposto, foi desenvolvida uma faca elétrica para apiário, cuja descrição é levada à atenção dos leitores. O diagrama da parte eletrônica da faca é mostrado na Fig. 1, e o projeto está na Fig. 2. O dispositivo contém um aquecedor composto por potentes transistores VT1-VT5 operando em modo ativo, um relé térmico selado KK1 que desliga o aquecedor quando a temperatura atinge 95 °C, e um conjunto de diodos Schottky VD1, que serve para retificar a alternância corrente quando operando em condições estacionárias.
A base do desenho da faca elétrica é a lâmina 6, feita de folha de cobre com 3 mm de espessura. Um tubo de cobre 3 com diâmetro de 8...10 mm, dobrado no formato da letra latina Z, é soldado a ele com solda dura. Uma alça 2 feita de material isolante é fixada ao tubo. O plugue do conector 1 (XP1) é fixado em sua extremidade. Ele e seu soquete XS1 correspondente (no cabo de conexão) são feitos de um conector destacável ШР com pinos com diâmetro de 0,8...1 mm, para os quais os fragmentos necessários são cortados do pino e das partes do soquete do conector com uma serra. Os transistores 7 (VT1-VT5) são fixados na lâmina com 6 parafusos M3 de cabeça escareada, aparafusados em orifícios roscados da lâmina. O mesmo parafuso é usado para fixar (através de um espaçador de mica) o conjunto do diodo 9 (VD1). O relé térmico 8 (KK1) é pressionado na lâmina com um suporte e parafusos M2 (não mostrado na Fig. 2). Para melhorar a transferência de calor, as superfícies de contato da lâmina e das peças nomeadas são lubrificadas com pasta condutora de calor KPT-8. Como o coeficiente de transferência de corrente estática da base dos transistores compostos da série KT829 tem um spread significativo (apenas seu valor mínimo é normalizado, igual a 750), os resistores R1-R5, antes da instalação no local, são selecionados para cada transistor separadamente até obtém-se uma corrente de coletor igual a 1,5 A (Fig. 3,a). A remoção de calor desses resistores é difícil, por isso é desejável que o mínimo de energia possível seja dissipado neles. Obviamente, isso é possível com alta resistência do resistor, ou seja, quando se utilizam transistores com o maior coeficiente de transferência de corrente estática possível.
Todas as conexões elétricas são feitas por soldagem com solda de estanho-chumbo. Para conectar ao plugue 1, é utilizado um fio com seção transversal de 1 mm2 em isolamento resistente ao calor. Após a conclusão da instalação, as peças e fios são abundantemente recobertos com auto-selante 10 e fechados com tampa 4. É feito de chapa de cobre de 0,6...0,8 mm de espessura por martelamento utilizando tecnologia utilizada em cunhagem artística com dois recozimentos intermediários. Na junção com a tampa 4, o tubo 3 é achatado e a tampa é serrada para garantir conexões suaves. Ao repetir o desenho, recomenda-se fixar temporariamente a tampa na lâmina da faca com parafusos e porcas M2. Um dia depois, após a cura do selante, os parafusos podem ser substituídos por rebites de cobre com cabeça escareada (não podem ser instalados imediatamente - devido às vibrações criadas durante a rebitagem, o selante vazará). O excesso de selante é removido, a lâmina é afiada, conforme mostrado na Fig. 2 e polido. Uma faca assim feita garante a temperatura de operação no fio cortante, independente da intensidade do trabalho, e evita que o mel queime. Cobrir a instalação com uma camada de selante e utilizar uma tampa hermética elimina o contato do mel com a solda contendo metais pesados. Conforme observado, a corrente de coletor dos transistores VT1-VT5 é escolhida como 1,5 A. Assim, com uma tensão de alimentação de 12V, cada transistor consome (e dissipa) potência 121·5 = 18 W. Em condições estacionárias, a faca é alimentada por um transformador abaixador T1 com potência de 150 W. Seus enrolamentos secundários II.1 e II.2 com tensão de 12 V cada são conectados em série. A tomada XS1 é conectada aos enrolamentos secundários do transformador com um fio PVS 3x1,5. Ao conectar o soquete XS1 ao plugue XP1, um retificador de onda completa é formado no conjunto do diodo VD1. O jumper entre os contatos 2 e 3 do soquete garante que todos os transistores sejam ligados simultaneamente, a potência consumida pela faca é 5·18 = 90 W. Ao operar a partir de uma fonte autônoma, a energia é fornecida aos contatos 1 e 2 (o consumo de energia é 3·18 = 54 W) ou 3 e 4 (o consumo de energia é 2·18 = 36 W). O conjunto de diodo VD1, neste caso, serve para proteger contra tensão de alimentação na polaridade errada. Na ausência de transistores da série KT829, você pode usar transistores compostos de dois convencionais (Fig. 3,b). É conveniente usar transistores da série KT1 como VT315, pois eles possuem um corpo plano e são mais convenientes de instalar; como VT2 - transistores npn de baixa ou média frequência em um pacote TO-220 com dissipação de potência máxima no coletor de pelo menos 25 W, uma tensão permitida entre coletor e emissor de pelo menos 25 V e corrente máxima do coletor de pelo menos 3 A (KT805AM, KT805BM, KT819 com qualquer índice de letras, etc.). A resistência do resistor no circuito base deve ser de no mínimo 5 kOhm, caso contrário o transistor VT1 deve ser substituído por outro com maior coeficiente de transferência de corrente. Os diodos do conjunto VD1 devem permitir uma corrente direta de pelo menos 10 A e uma tensão reversa de pelo menos 25 V. Podem ser conjuntos domésticos KD271AS, KD271VS, KD272AS, KD272VS, KD273AS, KD273VS ou diodos individuais com os mesmos parâmetros no Pacote TO-220. Relé térmico hermético TLRS-9700 com temperatura de operação de +85...95 оC e uma corrente de comutação de 10 A, você pode substituir dois relés térmicos YC9700 ou KSD9700 por uma corrente de comutação de 5 A, conectando-os ao rompimento dos fios que conectam os emissores dos grupos de transistores aos pinos 2 e 3 do plugue XP1 . A faca está disponível para fazer em casa. Podem surgir dificuldades com a soldagem dura, mas esta operação pode ser realizada em uma oficina de metal ou Rembytkhekhnika; em casos extremos, o tubo do cabo pode ser preso à lâmina da faca com rebites. A faca é fácil de usar, confiável e durável. Autor: K. Moroz
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