Manutenção e restauração de equipamentos científicos 


Realizamos a manutenção e calibração de instrumentos e equipamentos científicos bem como a restauração  de  equipamentos antigos utilizados em pesquisa e sala de aula. Isto inclui todo o tipo de equipamento utilizado para demosntrações de física, aparelhos usados em laboratórios de pesquisa e manutenção. Também realizamos calibrações de equipamentos usados para alta tensão e alta frequencia através do emprego de equipamentos de referencia calibrados pelo INMETRO e PTB tais como medidores de campo elétrico.

Exemplo de processo de restauração - máquina de Wimshurst do colégio Anchieta - POA/RS






Durante visitas a museus pela Europa tive a oportunidade de ver de perto equipamentos de eletrostática antigos restaurados e não restaurados, a maioria deles sem a possibilidade de serem utilizados porque visam exclusivamente sua exposição. Algumas escolas aqui no Brasil dispõem de alguns destes equipamentos que originalmente eram utilizados para demosntrações em sala de aula e que hoje encontram-se fora de uso por diversas razões - falta de manutenção, degradação natural da construção e dos materiais, perda de peças, etc.
Por sua importância histórica no ensino da física, e até mesmo objetivando perpetuar a história da própria escola, dedico parte de minhas horas livres para restaurar a funcionalidade destes equipamentos sempre que isto me é permitido.

O processo de recuperação destes equipamentos é uma mistura de artesanato com conhecimentos técnicos. A restauração por razões unicamente estética não é, normalmente, o meu objetivo - procuro restaurar o equipamento de forma a que o mesmo possa inclusive voltar a ser utilizado em sala de aula e/ou exibições. Dentro desta política tive a oportunidade de restaurar uma máquina de Wimshurst de propriedade do Colégio Anchieta em Porto Alegre.

Esta página retrata as diversas fases do processo de restauração de uma máquina eletrostática construída provavelmente por volta de 1910 ~ 1920. Lamentavelmente não encontrei maiores informações sobre a mesma, tendo que me basear exclusivamente nas partes dela que me foram fornecidas.



A mesma estava bastante danificada, sem os discos (originalmente de vidro) e com um dos terminais de descarga incompleto (sem a esfera menor), sem correias, com os capacitores ("garrafas de Leyden") danificados e sem um dos pontos de prova (pequenos dispositivos para coletar "amostras" das cargas nos terminais de saída.



Além disto, os suportes mecanicos que sustentam os coletores de carga estavam conduzindo parcialmente (contaminados) e um deles bastante empenado. A estutura de madeira tinha um pequeno foco de cupim, e um dos suportes dos discos de vidro estava parcialmente quebrado e empenado.

Iniciei a desmontagem da máquina, tomando cuidado para não danificar ainda mais qualquer parte existente. A base de madeira foi a primeira peça a ser tratada, sendo lixada  e todos os pequenos furos feitos por insetos preenchidos por uma mistura de pó (extraído da própria madeira que foi bem lixada) misturado com cola branca e depois tratada contra cupims.

O tratamento contra cupim consistiu em guardar a base dentro de um freezer à -20ºC durante 2 dias, tempo suficiente para matar os insetos. A base foi então deixada ao sol por uma tarde, e posteriormente coberta com Osmocolor e cera. Os pés da máquina, que não eram originais, foram desmontados, lixados e tratados para ficarem com a mesma cor da base.







 Os suportes que fixam as garrafas de Leyden, que haviam sido removidos antes do tratamento da base de madeira, foram pintados de preto (sua cor original) e a base de metal que faz a conexão entre as placas externas das garrafas de leyden foram lixadas e remontadas.









A base pronta ficou assim:


   

Iniciei então a parte mais trabalhosa do processo: reconstruir os discos da máquina, bem como seu suporte. Os discos originais, de vidro, aparentemente já haviam sido trocados por outros. A razão de minha suspeita é o fato de que o vidro, para poder ser utilizado nos discos de máquinas eletrostáticas, tem que ser desprovido de qualquer adição de metal em sua composição. Isto pode ser observado pela borda do vidro - o vidro que tem chumbo misturado em sua composição é marrom escuro na borda, o que tem cobre é verde, etc. Um vidro "puro" não tem coloração na borda. Assim são os vidros das garrafas de Leyden desta máquina, o mesmo não acontecendo com o resto do vidro do disco.

Os setores metálicos que permaneciam colados sobre o pedaço de vidro de um dos discos apresentavam a marca de uma calota esféria colada sobre cada um eles. A foto a seguir evidencia esta hipótese. Observe bem no meio do setor metálico, próximo às marcas de atrito das escovas da máquina.

 

Decidí então implementar discos de acrílico transparente no lugar dos vidros - serão um melhor dielétrico e menos sujeitos a se danificar comparados com vidro. O diâmetro dos discos, baseado nas medições no pedaço original, é de 64 cm - é uma máquina de discos grandes! Dois grandes discos foram então cortados em acrílico de 4 mm de espessura, o centro foi furado e as bordas externas polidas com massa de polir pintura de automóvel até parecerem autênticos discos de vidro.

O suporte que fixa o disco ao eixo (uma bucha de latão com arruela) estava danificado, provavelmente no evento que quebrou os discos originais, um deles estava amassado. Fiz então um trabalho de torneamento na peça original , desbastando-a até que a marca de dano desaparecesse. Também houve a necessidade de refazer a superfície de material resinoso que mantém o disco fixo ao eixo (estava empenada). 







Em seguida, usando um software de CAD gratuíto (SketchUp, do Google) e com os dados de medição efetuada no disco quebrado desenhei o disco com a distribuição de setores e espaçamento. Optei por reduzir o numero de setores de 32 para 24, e aumentar sua largura de 1,8 para 3 cm no centro porque por experiência prévia isto facilita a partida da máquina. Além disto o trabalho final fica, a meu ver, mais bonito.



Imprimi então o "quebra-cabeças" que depois tive que organizar:




As linhas impressas circunscritas delimitam os setores e marcam o ponto aonde vou fixar as calotas esféricas no disco. Estas calotas esféricas servem para que o contato com as escovas não seja efetuado pelo setor, que é de papel alumínio, e que se danifica rapidamente com o uso. Para fixar estas calotas metálicas realizei pequenos furos que não atravessam o disco nos lugares aonde as calotas serão fixadas. Estas calotas são rebites de decoração de estofados que tem um pino de fixação (como um percevejo) que foi cortado de forma a entrar justo no furo parcial feito no disco. Para realizar os furos parciais (que não atravessam) o disco, os pontos dos mesmos foram primeiramente marcados na superfície do acrílico.

 

Depois, usando pedaços de madeira e um circulo de acrílico (na verdade a própria sobra do furo feito no centro dos discos serviu para isto) construi um suporte que pode ser fixado em minha pequena fresadora.




Desta forma, girando o disco, consegui fazer furos equidistantes ao centro do disco sem dificuldade (a profundidade dos furos foi ajustada para 2 mm, em um disco com 4 mm de espessura).


Após a realização dos furos em ambos os discos, preparei o molde dos setores em cartolina. Dobrei então um rolo de papel aluminio de cosinha , sobrepondo muitas vezes as folhas, para então desenhar e marcar os setores, que depois foram cortados com uma tesoura. É muito difícil trabalhar com papel alumínio, uma vez que ele é frágil e se danifica ao cortar. Cortei mais de 100 peças para conseguir 48 como desejava!



Então veio a fase trabalhosa: cortar os rebites, colar cada um dos setores, colar o rebite - tudo sem sujar os discos! Minha filha Helena registrou estes momentos:



Os discos então ficaram como na foto abaixo. Ainda não tirei o plástico de proteção que vem colado no acrílico no lado oposto aos setores, por isto parece arranhado. Não ficaram bonitos? ;-)



Também foram refeitos os manípulos dos terminais de descarga, que originalmente eram de ebonite e estavam quebrados e faltando partes.


As esferas dos terminais de descarga estavam bastante danificadas. Foram construídas originalmente com a técnica mencionada pelo professor Antonio Carlos Queiroz em seu site http://www.coe.ufrj.br/~acmq/spinning/ (aliás o melhor website sobre eletrostática na internet em minha opinião) e estavam amassadas e em uma delas faltava a bolinha menor. Tive de desmontá-las, e para isto usei uma pistola de ar quente para fazer seu aquecimento e derreter a solda de estanho em seu interior. Lamentavelmente uma delas estava bastante suja de estanho, possivelmente por uma tentativa anterior de reparo, além de estarem bem oxidadas por dentro e por fora. Desamassei as calotas esféricas e voltei a soldá-las, e adaptei um puxador de gavetas no lugar da bolinha faltante já que ainda não consegui reproduzir a técnica do professor Antonio Carlos e fazer bolinhas com a qualidade e acabamento requerido.



Depois lixei as bolinhas cuidadosamente (fixei-as em meu pequeno torno e usei uma lixa 400 molhada em água para obter um bom acabamento) e remontei os terminais. Apliquei uma fina camada de verniz transparente para retardar o processo de oxidação, mas tomando o cuidado de deixar as bolinhas pequenas desprotegidas para facilitar a descarga e evitar danos ao verniz.

As duas garrafas de Leyden, de vidro muito fino, mas milagrosamente intactas foram desmontadas, limpas e envernizadas também. Usei o próprio verniz como cola para folhas de alumínio que foram repostas formando as placas externas dos capacitores (as folhas internas estavam OK. Chegou a hora de tirar uma das muitas dúvidas que vieram nesta restauração -  estaria o vidro intacto, sem furos ou trincados, e ainda suficientemente isolante para cumprir seu papel? Felizmente sim! As garrafas de Leyden funcionaram bem, testadas com até 65 kV (o máximo de minha fonte de alta tensão de laboratório). Medí 210 pf em uma e 198pf na outra, adequados para uma máquina destas dimensões.





As escovas foram refeitas usando fio de niquel cromo, os neutralizadores foram limpos e desamassados, e depois ajustados de forma a que as escovas tocassem apenas as calotas metálicas coladas nos setores, de forma a não mais arranhar os discos. As correias de couro forma substituidas por novas, os eixos limpos e lubrificados, e tudo montado novamente em seu devido lugar.

Chegou a hora de montar tudo e ver como funciona - ainda restava a dúvida se a limpesa dos terminais de apoio de ebonite teria sido suficiente para que os mesmos voltassem a funcionar adequadamente como isolantes. A seguir seguem fotos do processo e do resultado final. A máquina foi então posta para funcionar e seu desempenho foi ótimo. Com apenas meia volta na manivela já se percebem faíscas de mais de 5 cm (o máximo que obtive com 56% de umidade do ar foram 9 cm) e a corrente de saída medida ficou em cerca de 60 uA. Considerando a idade e o estado dos isoladores considerei o resulado como sendo adequado e suficiente para eventuais demonstrações aos alunos do Colégio Anchieta.







 
Clicando aqui voce poderá assistir a um pequeno vídeo com a máquina em operação.