Bomba d'água com Arduino

Uma das primeiras grandes dúvidas para quem está começando com Arduino é quando se necessita mexer com componentes, módulos, equipamentos mais complexos, como por exemplo, uma bomba d'água. Então vamos aos ensinamentos.

Figura 1 - Micro Bomba D'água e Arduino

O atuador

Para essa postagem usaremos como mostrado na Figura 1 uma micro bomba d'água para conectar ao Arduino. Esta micro bomba tem capacidade de elevação máxima de 40 a 110 cm e vazão entre 80 e 120 L/h, mas esses dados só são relevantes para sua aplicação fim, por exemplo, ela poderia ser usada para filtros de pequenos aquários, mas não para irrigação de uma plantação de milho.

Os dados que nos interessam no momento são: Ela opera em uma tensão entre 2.5 e 6 V e seu ativador é um motor CC (Corrente Continua), corrente de trabalho entre 130 e 220 mA e potência na faixa de 0.4 e 1.5 W.

Na outra ponta, usaremos uma porta digital do Arduino, que pode comutar entre 0 e 5 V, para controlar o estado da bomba. No entanto, as portas de E/S fornecem uma corrente máxima de 40 mA (20 mA, recomendado), afinal, elas não foram feitas para "alimentar" outros dispositivos.

De um modo geral, motores (Que é o que faz essa bomba funcionar), sempre precisarão de um intermediário para serem controlados por um Arduino, seja por conta da corrente de trabalho, como nesse caso, ou também pela tensão de trabalho, são muito comuns motores de 12, 18, 24 V.

O intermediário

Para nosso dispositivo, precisamos apenas de algo que funcione como uma chave digital, afinal, só nos interessa ligar e desligar a bomba. Então usaremos um popular transistor, o TIP41C.

Figura 2 - Transistor TIP41C

Este é um transistor NPN, significa que quando ele recebe um sinal alto (HIGH) na base (B), permite que a corrente flua do coletor (C) ao emissor (E). Outros detalhes importantes são que esse transistor pode trabalhar com uma tensão de até 100 V e 6 A, o que nos daria a chance de controlar bombas muito maiores que a que temos.

O último detalhe é que transistores não são chaves pura e simplesmente, significa que a corrente ou tensão que fluirá, nos NPNs pelo C->E, depende da corrente ou tensão que é imposta no B. No Caso do TIP41C, apenas a corrente importa e ela será uma multiplicação em torno de 70 unidades da fornecida na base. Por exemplo, com os 40 mA do pino digital do Arduino, fluirá pelo coletor->emissor até cerca de 2.8 A.

O circuito

A fim de montar o circuito vamos apenas adicionar um resistor, no caso, para assegurar uma tensão segura para as especificações da placa Arduino e que também seja adequada para a bomba. Usaremos um de 330 R, seguindo a lei de Ohm, U = R*i => 5 V = 330 R * i => i = 5 V / 330 R => i = 15 mA, assim asseguramos a corrente máxima de 15 mA na porta digital do Arduino, já que o limite recomendado é 20 mA (com máxima de 40mA), e é corrente suficiente para prover corrente mais que suficiente para a bomba. Material:

1x - Mini bomba d'água
1x - Transistor NPN TIP41C
1x - Resistor de 330 R
1x - Arduino
1x - Fonte de alimentação externa de 5 V

Figura 3 - Circuito Montado

Observe que motores CC giram em um determinado sentido se ligado em uma polaridade, e para o outro sentido se a ligação for invertida. Veja os fios, vermelho para positivo e preto para negativo, e conecte corretamente para que a bomba funcione como esperado, e não como um sugador.

O código

Em termos de código, não há muito a se explorar, se o pino for marcado como HIGH, a bomba será ligada, se LOW, ela será desligada.