Os retificadores eletrolíticos são uma obra de arte entre as tecnologias antigas. Eles foram criados no início do século XX e podiam transformar uma corrente alternada em contínua, apenas com dois metais em uma solução.
O retificador eletrolítico consiste de dois eletrodos mergulhados em uma solução, um dos eletrodos é de alumínio o outro não importa muito, pode ser aço ou chumbo, normalmente em uma solução de fosfato de amônio ou uma solução de bórax (a mesma usado hoje em dia para capacitores eletrolíticos) embora a solução não seja muito importante também.
Antes de entrar em funcionamento uma corrente deveria ser passada pela célula assim formada para criar uma camada de óxido em torno do alumínio, poderia ser AC (corrente alternada) ou DC (corrente contínua), mas se fosse DC o positivo deveria ser ligado ao alumínio.
A única coisa importante sobre o desenho do retificador eletrolítico é o alumínio, assim, antes de prosseguir sobre o retificador eletrolítico, vamos falar do alumínio.
Ele é um metal fascinante, e o fato dele ser muito comum faz com que não percebamos suas características assombrosas.
O alumínio é muito ativo quimicamente, e tem mais afinidade com o oxigênio que o magnésio, o magnésio era antigamente usado em bulbos de flash descartáveis, como os da da antiga máquina fotográfica portátil Xereta (os flashes eram chamados Magicubes). O magnésio queima é capaz de extrair seu oxigênio para queimar da água ou mesmo de uma atmosfera de dióxido de carbono e queima com uma chama branca.
No caso do alumínio esta afinidade com o oxigênio é tão grande que quando exposto ao ar ele forma uma camada de óxido na sua superfície tão rapidamente que ela o acaba isolando do oxigênio, e ele não queima facilmente como o magnésio.
Mas em forma pulverizada e em uma elevada temperatura, ele queima, por isso pó de alumínio é usado em efeitos especiais no cinema. Em forma pulverizada junto com óxido de ferro para fornecer oxigênio ele forma uma mistura chamada Termite, usada em bombas incendiárias. Como a mistura só entra em ignição em grandes temperaturas normalmente a espoleta e o corpo da bomba eram de magnésio, que é mais fácil de acender e gera uma elevada temperatura ao queimar.
Esta formação de óxido é uma propriedade útil de várias maneiras, é a camada de óxido que protege o alumínio anodizado, neste caso a camada de óxido é criada por um processo eletrolítico até ficar espessa o suficiente para proteger o alumínio.
Esta mesma camada de óxido que permitiu criar os capacitores eletrolíticos, os capacitores consistem em duas placas condutoras separadas por uma camada isolante. Em uma próxima postagem falarei em detalhes sobre capacitores; o importante no momento é que eles são componentes eletrônicos que armazenam carga e quanto maior a área das placas e menor a espessura da camada isolante (chamada de dielétrico) maior a capacidade de armazenagem de carga deles. No caso dos capacitores eletrolíticos altas capacidades são alcançadas fazendo o dielétrico ser a finíssima camada de óxido e enrolando-se as placas de modo a fazer a maior área no menor volume possível.
É por isso que não se consegue soldar o alumínio com solda de chumbo/estanho, a camada de óxido de alumínio faz com que a solda não "pegue", embora se possa solda-lo com solda de pontos ou termosolda que derretem o metal para efetuar a solda.
O alumínio não é magnético, o que quer dizer que não é atraído por um imã. Me lembro que na minha infância fiquei intrigado com isso. A casa onde morávamos tem cantoneiras e janelas de alumínio e mesmo a porta de entrada era de alumínio. Uma vez brincando com um imã e passando sobre a cantoneira de alumínio eu sentia uma força empurrando o imã, mas apenas quando mexia o imã. Depois de um tempo percebi o que ocorria, o movimento do imã induzia uma corrente no alumínio e esta corrente gerava um campo magnético que se opunha ao campo do imã, repelindo-o, de acordo com a lei de Lenz.
É o mesmo princípio que um dos freios do Metrô utiliza, aquele freio usado para regular a velocidade antes de usar os freios de sapatas (aqueles que você ouve guinchar), usando um eletroímã em vez de um imã. É este princípio que também é usado para separar latas de alumínio do lixo, utilizando-se uma corrente alternada em vez de um imã se movendo, o que faz as latas pularem longe.
O alumínio tem um alto fator de expansão térmica com a temperatura. Em uma casa com janelas e portas de alumínio (e lembrem-se, eu morei em uma) você acaba se acostumando aos estalos, às vezes muito altos das portas e janelas. O alumínio se expande com o calor do dia lentamente, à noite à medida que esfria, as tensões vão se acumulando nele, e ele volta ao tamanho menor de uma vez só, gerando estalos. Nestes programas tolos que se vêm no Discovery Channel e Sci-Fi sobre caçadores de fantasmas e assombrações é comum ver pessoas reclamando de estalos inexplicáveis à noite e você percebe claramente que as janelas são de alumínio.
O alumínio é extraído do minério da bauxita, não por reações químicas, mas por um processo eletrolítico, que consome muita energia elétrica, daí o alumínio ser caro apesar de ser o terceiro elemento mais abundante da crosta terrestre, atrás apenas do oxigênio e do silício. O processo eletrolítico de extração do alumínio é impressionante, os eletrodos de grafite descem formando um arco que liquefaz a bauxita e aí é feita a eletrólise dela, produzindo um barulho ensurdecedor. É um processo que você nunca verá em vídeo, pois os campos magnéticos gerados destruiriam qualquer filmadora.
Ainda assim, os cabos de distribuição de alta tensão da parte mais alta dos postes são de alumínio com aço no interior, são chamados ACSR (aluminium conductor steel reinforced), ou cabos de alumínio com alma de aço. O alumínio não é tão bom condutor quanto o cobre, mas é mais leve, mais barato (o cobre é muito mais raro na crosta terrestre e apesar da energia requerida para produzir alumínio ele ainda é mais barato que o cobre) e como ele não se oxida (ou melhor se oxida tão rápido, que a camada de óxido o protege), a camada de alumínio fornece proteção contra a corrosão para o aço.
Mais um último detalhe sobre o alumínio; na casa que morávamos os portões da garagem são de alumínio, e uma vez tentaram arrombar o portão. Meus pais compraram uma corrente enorme e grossa de ferro que colocaram para fechá-lo. Depois de um tempo meu pai percebeu que a corrente estava enferrujada apenas nos pontos onde o ferro encostava no alumínio, a diferença de potencial produzia pelo contato dos metais potencializou a corrosão.
Vi o mesmo fenômeno muitos anos depois, quando mudei da casa dos meus pais. Tínhamos um chuveiro que queimou duas vezes e como homem da casa fui trocar a resistência. Nas duas vezes a resistência do chuveiro queimou exatamente no ponto de contato de um rebite de alumínio com ela. O fabricante não percebeu que dependendo das características da água isso seria muito freqüente, se toda a resistência fosse feita do mesmo metal isso não ocorreria.
É o processo oposto da chamada proteção catódica. Este termo me perturbou por muito tempo, pois o ponto de ônibus que pegava para ir à faculdade, na Cardoso de Almeida ficava em frente ao cemitério bem em frente de uma caixa na grade onde estava escrito "proteção catódica". Anos depois com a Internet (ou melhor o Google) descobri o que era isso. Na proteção catódica, barras de metais diferentes ligadas a terra são colocadas em contato com grades ou portões de ferro para evitar que se corroam, a pequena diferença de potencial gerada pelo contato dos metais age de maneira a evitar a corrosão.
Isso nos leva de volta ao retificador eletrolítico. Não existe consenso exato sobre como ele funciona, sabe-se que a camada de óxido de alumínio tem um papel nisso e ela se forma quando o eletrodo de alumínio é o anodo.
Pode-se ainda encontrar referências a este tipo de retificador em alguns livros dos anos 40 , o que indica que ainda eram usados nessa época.
Os motivos que levaram os retificadores eletrolíticos a cair em desuso são vários, em primeiro lugar componentes com líquido variam muito suas características quando o componente tem de estar em movimento, tornado difícil acondicioná-lo, o líquido pode congelar em baixas temperaturas (por isso os eletrolíticos tem normalmente adicionados em sua solução etileno glicol e por isso a solução se torna venenosa), se passar corrente demais a solução pode se aquecer e ferver, causando uma explosão de vapor, a eletrólise da solução pode produzir gases tóxicos ou inflamáveis. Mas talvez o mais importante é que quando ele não está conduzindo a camada de óxido funciona exatamente como um capacitor eletrolítico, permitindo a passagem de correntes alternadas de mais alta freqüência, assim eles só podiam ser usados em baixas freqüências.
Mas nenhuma desvantagem os desbancaria se não houvesse alternativas, e quando estas apareceram, eles acabaram sendo substituídos por retificadores de vapor de mercúrio e retificadores de estado sólido como retificadores de selênio ou de óxido de cobre, e posteriormente de germânio e de silício. Mas a tecnologia não sumiu completamente, a mesma estrutura básica é usada hoje em dia nos capacitores eletrolíticos.
Referências
STANLEY, Norman. The Electroluminescent Rectifier. Aurora, 16 nov. 2001. Disponível em: <http://www.sas.org/E-Bulletin/2001-11-16/chem/column.html>. Acesso em: 21 set. 2008.
ELECTROLYTIC capacitor. In: Wikipedia. Disponível em: <http://en.wikipedia.org/wiki/Electrolytic_capacitor>. Acesso em: 21 set. 2008.
DEELEY, Paul McKnight. Electrolytic Capacitors: Theory, Construction, Characteristics and Applications. [S.l.], 5 mar. 2008. Disponível em: <http://www.faradnet.com/deeley/book_toc.htm#toc>. Acesso em: 21 set. 2008.
SUPERINTENDÊNCIA DA ZONA FRANCA DE MANAUS. Mercadoria Estrageira: Listagem Padrão de Insumos. Manaus, [S.d.]. Disponível em: <http://www.suframa.gov.br/servicos/estrangeiro/consultas/listageminsumos/EST_PoloProdutoTipo.asp?produto=0700>. Acesso em: 4 set. 2009.
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