Tcc aluna Wyane (indução eletromagnética) (Recuperação Automática) (1)

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UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ –RJ
WYANE DARELHE FONSECA JESUS
DESEN VOLVIMENTO DE UM INDUTOR ELETROMAGNÉTICO PARA REALIZAÇÃO DE UM ESTUDO POSTERIOR DE UM PROJETO.
NITERÓI
2022
WYANE DARELHE FONSECA JESUS
DESEN VOLVIMENTO DE UM INDUTOR ELETROMAGNÉTICO PARA REALIZAÇÃO DE UM ESTUDO POSTERIOR DE UM PROJETO.
Trabalho de conclusão de curso submetido ao Curso de Engenharia Mecânica da Universidade Estácio de Sá (UNESA-RJ), como requisito à obtenção do grau de Bacharel em Engenharia Mecânica 
Orientador: Prof. LUIZ CARLOS DE LIMA
NITERÓI
2022
DEDICATÓRIA 
Dedico a todas as mulheres guerreiras que pude ter o prazer de conhecer na minha vida, que se tornaram inspiração de persistência e fortaleza. 
Rosália e Evanda minhas avós amadas.
AGRADECIMENTOS
Agradeço a Deus primeiramente por essa oportunidade incrível na minha vida profissional.
Agradeço aos meus pais por tanta dedicação, e por ter me criado com tanto amor e carinho na minha vida inteira.
Agradeço ao meu irmão e minha cunhada, por ter me incentivado com meu crescimento profissional e pelos conselhos dados.
Agradeço ao meu Marido, por tamanho companheirismo, compreensão, cujo sempre está presente nos meus momentos de indecisões e felicidades nas conquistas.
Agradeço ao meu orientador por ter aceitado minhas idéias e por ter me incentivado na continuidade desse projeto tão sonhado.
Agradeço aos meus familiares e amigos pela torcida, pelas expectativas, e pela cumplicidade. 
RESUMO
A proposta desse presente estudo é a elaboração e construção de um protótipo de indução eletromagnética, que na formação acadêmica obteve a necessidade de identificar de perto a desenvoltura e complexidade desse sistema. A sua conversão técnica de energia elétrica para energia térmica se torna uma escolha bem persuasiva, pois a escolha foi adquirida com o intuito de aquecimento rápido de peças com características condutoras. Admirando a excelência em relação à eficiência e desempenho notórios, e com sua baixa emissão de gases poluentes se tornou uma verdadeira máquina, com uma capacidade relevante sobre um ambiente, mais limpo, e com fácil manuseio técnico.
Palavras-chave: INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA. CONVERSÃO. CONDUTORAS.
ABSTRACT
The purpose of this present study is the elaboration and construction of a prototype of electromagnetic induction, which, in the academic formation, obtained the need to closely identify the resourcefulness and complexity of this system. Its technical conversion from electrical energy to thermal energy becomes a very persuasive choice, as the choice was acquired with the aim of quickly heating parts with conductive characteristics. Admiring excellence in terms of efficiency and notorious performance, its low emission of polluting gases has become a real machine, with a relevant capacity on a cleaner environment, and with easy technical handling.
Keywords: ELECTROMAGNETIC INDUCTION. CONVERSION. CONDUCTORS.
LISTAS
LISTAS
Relação de todas as tabelas, figuras, quadros, gráficos e abreviaturas usados no trabalho com a respectiva numeração e páginas.
· Lista de Ilustrações
· Lista de Tabelas
· Lista de Abreviaturas e Siglas
· Lista de Símbolos
Exemplo abaixo:
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ............................................................................................ 
2 CAPITULO 1 
2.1 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx.......................................................
2.2 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx ......................................
2.2.1 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx ...................................................................
2.2.2 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx .............................................
3 METODOLOGIA 
3.1 Classificação do tipo e desenho do estudo ...............................................
3.2 Instrumento de coleta de dados .................................................................
3.3 Local e Período do estudo ........................................................................
3.4 População do estudo ...............................................................................
3.5 Análise dos dados .....................................................................................
3.6 Aspectos éticos ........................................................................................
4 RESULTADOS ............................................................................................ 
5 DISCUSSÃO
6 CONCLUSÃO ............................................................................................... REFERÊNCIAS ............................................................................................. 
ANEXO A - xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx............................... 
ANEXO B – xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx .................................
 INTRODUÇÃO
O estudo deu início na matéria de física três, na faculdade Estácio de Sá, no curso de engenharia mecânica, onde houve a necessidade de realizar pesquisas e amadurecer o interesse sobre eletrônica de potência e seus agregados componentes que o acompanham. 
Tal motivação foi levada a aperfeiçoar o estudo e elaborar um pequeno protótipo de indutor eletromagnético, cujo concentraria a prática em um projeto complexo, com uma mão de obra extensa e com uma grande dificuldade. 
Sua elaboração a princípio foi criada com intuito exclusivo para conhecimento próprio, mas o conceito em si levou a ter planos maiores principalmente ao plano de diminuição de gastos considerando rapidez e agilidade. Com o passar do tempo a busca por conhecimento teórico sobre o projeto ficou cada vez mais amplo, pois as demais matérias estudas após a criação, colaborou para entender melhor o funcionamento da máquina.
Todavia seu conceito executado no projeto considerou se que o mesmo levaria a ter mais financiamento, com a motivação de aumentar seu desempenho principal que é forjar o material com mais rapidez. 
PROBLEMATIZAÇÃO
Ao longo da construção criada, encontrou se algumas dificuldades pelo seu percurso. Uma dessas dificuldades foram os materiais que por sua vez não é de fácil acesso ou adquirida em qualquer local, maioria do material foi pesquisado e encomendado via internet, cujo demorou muito além do tempo previsto. 
Outro ponto em questão seria as altas temperaturas, cujo não pode chegar ao ponto maior projetado, devido à baixa potência da bateria. E mesmo que sugerisse achar uma potência maior, teria necessidade de mais financiamento na fabricação, com materiais mais robustos e sofisticados.
CARACTERISTICAS POSITIVAS 
A maior e claro indiscutível ponto peculiar é a velocidade do aquecimento de material, pois é muito mais pratico e fácil de ser manuseado do que processos de radiação que ocorrem em fornalhas. Essas e demais vantagens em especial diminuição de perdas pelo tempo de aquecimento, sem contar que não será transferido o calor pelo ar durante seu processo.
CAPÍTULO 1 
O aquecimento por indução eletromagnética é bastante utilizado no meio tanto industrial, quanto no cotidiano.
Em sua primeira base para criação percebeu-se ao decorrer do tempo, algumas falhas em seu sistema, principalmente com a falta de tecnologia da época. Com o avanço tecnológico e em especial sobre eletrônica de potência, alguns aparelhos trabalhavam com alta tensão e alta corrente, onde foram fabricados e assim foi aplicado no indutor eletromagnético com o intuito de melhorar seus parâmetros obtendo agilidade ao processo. (RUDNEV, 2017).
O pioneiro dessa descoberta foi Michael Faraday no ano de 1831, que em sua empreitada em busca por conhecimento, pôde perceber a relação entre tensão induzida e fluxo magnético, o que se tornou indução eletromagnética. 
Realizando em seu laboratório alguns experimentos, descobriu que ao fechar o contato da bobina á alimentação, observou um pequeno campo magnético que introduzia energia elétrica na segunda bobina, afastadae isolada da primeira. (RUDNEV, 2017). 
Todavia o aquecimento de indução eletromagnética é aplicado para obter um aumento substancial da temperatura aspirada. Ao ser considerado um processo de aquecimento sem contato, é de uso amplamente aplicado por eletricidade de alta freqüência ativa.
Todo e qualquer material condutor está num efeito do campo magnético, variante no tempo, com certeza existirá o aparecimento de correntes parasitas. Essas correntes parasitas irão dissipar energia em forma de calor. Elaborada a parti da lei de Joule, que será possível calcular a quantidade de dissipação do calor por um determinado condutor, onde poderá ser atravessado pela corrente elétrica. Essa lei será imposta dependendo especificamente da resistência elétrica do material que se manterá constante, tanto quanto a corrente elétrica que o atravessa. (DEL TORO, 1999).
De um modo característico só que em outra fala é a lei de lenz, que afirma em dizer que aparecerão correntes tentando diminuir a variação de fluxo magnético no material. (HALLIDAY, 2016). Os setores industriais de modo geral vêm buscando mais conhecimento e se especializando em pesquisas sobre os processos de endurecimento superficiais, tais como emergir a tratamentos térmicos em que visualiza modificar algumas determinadas propriedades físicas e mecânicas dos materiais metálicos apropriadamente, sendo aços, onde terá maior resposta ao processo correspondente. (RUDNEV et,1997,2003,2004).
CAPÍTULO 2- TIPOS DE INDUTORES ELETROMAGNÉTICOS 
 INDUTORES PARA TRATAMENTO DE ÁGUA 
É um equipamento utilizado para tratamento físico de água, cujo não possibilita a necessidade de produtos químicos, uma solução eficaz ambientalmente e não gera determinados resíduos tóxicos, e nem altera composição da água. 
Um sistema prático onde possui componentes eletrônicos fixados a tubulação, cujo são protegidos por uma carcaça, a alimentação de energia é dada através de um painel elétrico externo. E de acordo com o painel é possível verificar o controle do campo magnético aplicado. Todo campo magnético é uniformemente gerado, sendo assim minimiza a formação de incrustação adquirida pelos sais de dureza. (ÁGUA VIVA TECNOLOGIA, 2022)
Figura 1- Indutor para tratamento de água.
Fonte: ÁGUA VIVA TECNOLOGIA, 2022
Figura 1- Indutor para tratamento de água.
Fonte: ÁGUA VIVA TECNOLOGIA, 2022
Máquinas por indução 
Algumas máquinas ou melhor dizendo alguns motores elétricos transformam energia elétrica em energia amplamente rotacional. A energia mecânica tem como de propriedade de modificar os mais diversos tipos de máquinas. Esses motores podemos visualizar no dia a dia com muita frequência.
A máquina por indução seja ela qual for pode tanto operar como motor e gerador, sabendo que o motor elétrico tem uma aplicação principal. Os aparelhos eletrodomésticos são usados na aplicação como motores monofásicos tipo: liquidificadores e processadores de alimentos etc. O principal foco desse estudo é demonstrar sua funcionabilidade. 
Já as máquinas consideradas como máquinas trifásicas é utilizada no ramo industrial, pois possui uma potência maior como: bombas, ventiladores, compressores, usinas de fabricação e papel/ têxtil.
Fonte: Hand (2015, p. 147).
Essa figura representa uma estrutura construtiva de uma máquina de indução. Ao verificar as principais partes desse componente observe que o estator é constituído por lâminas de aço magnético empilhadas de forma que minimiza as perdas de corrente Foucault.
Estator - é a parte de um motor ou gerador elétrico que se mantém fixo à carcaça e tem por função conduzir o fluxo magnético, nos motores para rotacionar e nos geradores para transformar a energia cinética do induzido. (Wikipédia). Já o material aplicado no núcleo é de alta permeabilidade magnética cujo facilita a criação de campo magnético elevado considerando as forças eletromotrizes. (
 
Capítulo 2
A representação do protótipo projetado para conclusão do curso veio da inspiração do sistema já existente chamado Protótipo Coilgun, criado por Marcelo B. Perotoni, Mateus Mergl. Nesse caso foi produzido um artigo cujo descreve a construção e modelagem simplificada de um determinado protótipo de pequenas dimensões de um Coilgun- ou seja arma eletromagnética que dispara o projétil metálico. Sua operação é muito parecida com motores elétricos lineares, que são acionadas por atuadores.
Esse desenvolvimento apresenta baixo custo, sua construção é simplificada, mas bem elaborada só que requer conceitos bem sofisticados de eletromagnetismo. O sistema pode ser tanto voltado para estudo de física quanto para motores elétricos lineares, para Engenharia. 
Claro que para desenvolvimento desse trabalho existem dificuldades para criação devido à falta de componentes que nesse caso haveria autorização para se obter. Então a construção para esse caso foi mais simples somente para primeira aplicação do desenvolvimento de interesse futuro. 
Capítulo 3 – Métodos utilizados 
Para desenvolvimento desse projeto foi aplicado o seguinte elaboração, a princípio foi realizado um estudo e pesquisas acadêmicas do sistema já existente chamado Protótipo Coilgun, todavia sua mão de obra é um pouco mais elaborada, então para seguir com o plano inicial e entender seu funcionamento, decidiu -se construir em cima de aplicações de corrente elétrica com frequência previamente caracterizada pela unidade de transmissão que circula em volta da bobina transmissora e assim gera o campo magnético. 
Seguindo então atribuiu-se a necessidade em particular de desenhar um esboço no auto cad bem simplificado, para produzir o tamanho específico da caixa externa de mdf e a proporção de cada material em sua localização.
Assim, iniciou a montagem do protótipo obtendo experimentos e medições aplicável no indutor projetado.
Capítulo 4- Materiais utilizados 
Os materiais escolhidos foram intensamente pesquisados para que na aplicação pudesse ter resistência suficiente em seu experimento definitivo. Claro que durante a compra do material teve algumas dificuldades, pois como mesmo descrito além de ter preços elevados, as lojas físicas não os possuíam. 
Quadro a seguir mostra todos os materiais utilizado para o protótipo.
	Quantidade
	Descrição
	2
	MOSFETS IRFZ44 N;
	5
	Capacitores MKP 0,47 µF, 275 VAC
	2
	Resistores 1K;
	2
	Resistores de 150 Ω/2W
	2
	Dissipadores de calor para MOSFETS
	2 metros
	Fio esmaltado rígido 7AWG ± 4mm2
	1 Metros
	flexível de cores vermelho e preto secção 4mm2
	1
	Fonte 127 V- 12V,20ª
	1
	Alicate de corte;
	1
	Alicate de bico;
	1
	Ferro de solda;
	1
	Estanho;
	1
	Caixa de MDF
Capítulo 5 – Esboço
A criação desse desenho foi realizada no autocad, quando na matéria de desenho técnico dois, coincidiu com a realização na época da ideia em particular do protótipo.
Capítulo 4- Resultados 
Iniciando a construção realizou dois enrolamentos com o fio esmaltado 7 AWG com cerca de aproximadamente 4mm2, com auxílio de um alicate e um tubo que teria a medição exata, deixando de sobra 4,5 cm na parte externa e 2 cm na interna. 
Considerando que o fio esmaltado tem uma camada externa bem reforçada, ao aplicar a solda de início, não havia contato, sendo assim descascou as pontas dos fios e então teve o contato desejado, ou seja, transmitir a corrente. Ao unir os terminais internos centrais com o auxílio da solda, estanho e alicate. 
Com o mesmo fio de 4 mm2 cortou dois pedaços com o comprimento de 17 cm cada um, e soldou aos terminais externos. 
Logo em seguida ao apanhar os capacitadores de 275 volts cada aplicando uma ligação em paralelo, somou a tensão total do circuito de 1375 volts e soldou nos fios de 17 cm.
Sabendo que ao soldar os capacitores nos fios de 17 cm foi necessário dar um espaçamento de 5 cm da bobina que logo mais será descrita. 
Separando os Mosfets percebe -se que existe três terminais chamados de Source, Gate e Drain.
O Mosfet é um canal de material amplamente semicondutor. Geralmente o terminal comporta uma camada de polisilísio, postasobre o canal, porém separa deste uma pequena camada de dióxido de silício isolante. 
Toda tensão realizada entre os terminais (gate e fonte source), o campo elétrico irá penetrar por conta do óxido e cria uma espécie de “canal invertido” no canal original abaixo dele (Drain). Ou seja, o Mosfet, opera de uma forma bem mais simplificada e eficiente, gerando menor calor transmitindo então mais potência.
Então ao posicionar os Mosfets nos lugares em que uma distância considerável, atribuiu uma força no terminal Drain para que pudesse chegar ao um ângulo de 90⁰ graus, já a ponta gate soldou ao fio de 17 cm, e a ponta source foi cortada. Portanto ao prendeu-se os dissipadores de calor juntamente aos mosfets com os parafusos na base da caixa de mdf. E soldou um fio com o tamanho de 7 cm e posicionou nos terminais de posicionamento de 90⁰ graus dos mosfets, unindo aos resistores de 150 Ω/2W. Para dois Mosfets foram soldados no terminal Gate e o Source em cada um resistor de 1 K. Cortou um pouco dos terminais por uma aparecia melhor no protótipo.
Com o resistor de 150Ω/2W, cortou se os terminais inferiores para ficar de fácil acesso a soldagem. Aplicando a liga de estanho na barra de cobre ligado aos Drain dos Mosfets e juntou com os resistores no posicionamento de 90⁰ graus.
Assim sendo, tendo os fio de 9 cm em mãos já descascados na ponta, foi soldado e ligado no terminal do resistor e no Gate da outra ponta do Mosfet, de forma cruzada (circuito cruzado), a mesma ligação cruzada com o fio de 9 cm do outro resistor e o Gate do Mosfet. Já o fio flexível de cor preta secção 4 mm2, soldou o terminal que interliga o Source e uniu se o fio negativo que irá adquirir a ligação com a fonte. 
Cortou-se o fio esmaltado rígido 7AWG ± 4mm 2 em 55 cm para fazer a outra bobina com o auxílio do alicate. E para medição pegou-se uma caneta permanente com 1 cm de diâmetro, deixando sobrar aproximadamente 5 cm na parte externa. 
Para isso, soldou-se com estanho a bobina de 10 espiras na bobina de 6 espiras. Feito isso, realizou-se a ligação com a solda no “take” central da bobina de 6 espiras com o fio flexível de cor vermelho secção 4mm 2 (positivo). Assim testamos ligando o fio negativo e positivo numa bateria de 12V, e colocou-se uma faca dentro da bobina de 10 espiras para ver sua reação.