Como proteger um íman

Os ímanes continuam a desempenhar um papel importante em várias aplicações e dispositivos. No entanto, há momentos em que os seus campos ou forças magnéticas devem ser controlados ou limitados. E é aqui que entra a blindagem magnética.

O que é o Magnetic Shield?

Uma blindagem magnética é uma barreira especializada utilizada para limitar ou controlar os efeitos magnéticos de um campo magnético externo. O objetivo principal de blindagem magnética consiste em proteger objectos, áreas ou mesmo seres vivos específicos dos possíveis danos causados por campos magnéticos externos. Para proteger as linhas de campo magnético, são utilizados materiais especializados capazes de absorver ou redirecionar os campos magnéticos.

A importância da blindagem magnética

As forças magnéticas não controladas podem causar danos aos organismos vivos, perturbar o funcionamento de vários aparelhos electrónicos ou mesmo danificar equipamentos sensíveis. No entanto, a blindagem magnética oferece uma solução fiável para todas as interferências causadas por campos magnéticos externos, mesmo que algumas possam não ser imediatamente visíveis.

Salvaguarda de eletrónica sensível

Os campos magnéticos externos podem distorcer ou perturbar grandemente o funcionamento de componentes electrónicos sensíveis, como equipamento médico e dispositivos de comunicação. Isto deve-se ao facto de forças magnéticas injustificadas poderem distorcer as correntes nos circuitos electrónicos.

A instalação de uma blindagem magnética em ambientes que albergam componentes electrónicos sensíveis protege os componentes-chave desses componentes electrónicos e assegura um desempenho ótimo. Por exemplo, a instalação de uma blindagem magnética perto de uma máquina de ressonância magnética evitará a distorção da área de imagiologia por forças magnéticas externas, conduzindo a resultados exactos.

Proteção da saúde dos organismos vivos

Quando os seres humanos e outros seres vivos são continuamente expostos a campos magnéticos extremamente fortes, podem desenvolver-se graves problemas de saúde.

Por exemplo, os trabalhadores que trabalham em linhas eléctricas com alta tensão podem ser propensos a doenças causadas pela exposição excessiva a campos magnéticos, como o cancro. No entanto, a incorporação de técnicas de blindagem magnética relevantes reduz as suas hipóteses de exposição, conduzindo a uma maior segurança. Os escudos magnéticos podem ser incorporados no equipamento de trabalho ou no equipamento de proteção.

Garantir medições exactas

As interferências causadas por campos magnéticos externos podem levar a medições e resultados erráticos. Isto pode, por sua vez, levar à falsificação de resultados de investigação em experiências científicas, bem como à má qualidade dos produtos no fabrico.

A implementação de métodos viáveis de proteção magnética pode conduzir a um ambiente controlado, garantindo assim a precisão das experiências de investigação.

Tomemos como exemplo os aceleradores de partículas. A introdução de fortes campos magnéticos externos pode afetar a trajetória das partículas, conduzindo consequentemente a resultados erráticos. No entanto, com um escudo magnético sofisticado, há menos interferência e isso traduz-se em resultados exactos.

Proteção de dados

A exposição de dispositivos de armazenamento de dados, como discos rígidos de computadores, a forças magnéticas extremas pode levar a dados corrompidos ou à perda total de dados essenciais. É por esta razão que a maioria dos centros de dados ou instalações de armazenamento de dados utilizam barreiras de proteção magnética de alta qualidade para proteger os seus servidores de campos magnéticos externos. As blindagens evitam a potencial perda de informação, bem como a distorção de informação sensível.

Segurança aeroespacial

Nas aplicações aeronáuticas e aeroespaciais, os campos magnéticos externos podem ter consequências de grande alcance em componentes essenciais como os equipamentos de navegação e comunicação.

Isto pode, por sua vez, pôr em perigo a vida dos membros da tripulação, sublinhando assim a essência da proteção magnética. A incorporação de blindagens magnéticas em equipamentos aeroespaciais e electrónicos neutraliza os campos magnéticos externos, conduzindo a um funcionamento consistente e à segurança dos membros da tripulação.

Melhoria da funcionalidade dos dispositivos médicos

O funcionamento correto do equipamento médico é vital para garantir a segurança dos pacientes. É por isso que os dispositivos médicos que utilizam ressonância magnética têm de incorporar blindagem magnética para evitar que o paciente seja colocado em perigo.

Por exemplo, os implantes cocleares concebidos para restabelecer a audição nos seres humanos são constituídos por componentes electrónicos sensíveis a forças magnéticas. Sem uma proteção magnética adequada, estes dispositivos podem ser ineficazes e, em alguns casos, causar danos ao paciente.

Melhores materiais para blindagem magnética

A blindagem magnética envolve o uso de materiais distintos caracterizados por uma alta permeabilidade. Esta caraterística permite que os materiais absorvam campos magnéticos externos ou os redireccionem para proteger regiões e equipamentos específicos.

Garantem também a compatibilidade electromagnética em aparelhos electrónicos sensíveis. Eis os materiais mais conhecidos por bloquearem os campos magnéticos.

Os principais materiais de blindagem magnética

Os metais ferromagnéticos são essencialmente os materiais mais comuns e eficazes utilizados para fabricar isoladores ou blindagens magnéticas. Os principais materiais ferromagnéticos utilizados na proteção magnética são o níquel, o cobalto e o ferro.

MU-Metal

Caracterizado por uma elevada capacidade de absorção magnética, o Mu-metal é um dos materiais de proteção magnética mais utilizados. É feito principalmente de ferro e níquel, o que aumenta as suas capacidades de isolamento magnético. Além disso, possui uma estrutura cristalina, o que aumenta a sua capacidade de redirecionar as linhas de campo magnético.

Aço

O aço é também uma escolha comum quando se trata de proteção magnética, uma vez que é ferromagnético e bastante acessível. No entanto, existem variações específicas de aço que não podem ser magnetizadas, pelo que não podem ser utilizadas como isoladores magnéticos.

Materiais de ferrite

Os materiais de ferrite são também muito utilizados para proteger os campos magnéticos e são basicamente materiais cerâmicos. São constituídos por óxido de ferro misturado com manganésio ou zinco.

Os escudos magnéticos de ferrite podem atenuar a radiação electromagnética devido à sua baixa condutividade eléctrica. Isto explica porque são normalmente utilizados para bloquear campos magnéticos em indutores e transformadores de eletricidade.

Ferro macio

O ferro macio pode ganhar magnetismo e perder facilmente as suas capacidades magnéticas. Isto torna-o um material ideal para a proteção magnética. Quando colocado no caminho de um campo magnético, o ferro macio pode redirecionar as linhas de campo, protegendo assim as áreas e objectos próximos dos efeitos do campo magnético.

Materiais alternativos para blindagem magnética

Para além dos materiais ferromagnéticos, que são os principais materiais de proteção magnética, existem inúmeras alternativas com novas recompensas.

Supercondutores

Os supercondutores, como o alumínio, podem repelir as forças magnéticas, especialmente quando expostos a baixas temperaturas. Isto deve-se ao facto de sofrerem o efeito Meissner, o que qualifica a sua utilização como escudos magnéticos.

A sua utilização é, no entanto, limitada pelas variações de temperatura. Devem ser mantidos a temperaturas extremamente baixas.

Metglas

O metglas é uma liga constituída por silício, ferro e boro, entre outros elementos. Apresenta uma estrutura não cristalina, o que aumenta as suas propriedades de coercividade e permeabilidade. Consequentemente, isto qualifica a sua utilização como um material de proteção magnética.

Materiais à base de carbono

Os materiais à base de carbono, como o grafeno, têm uma condutividade eléctrica notável, o que melhora consideravelmente a sua capacidade de proteger os campos magnéticos. Além disso, o grafeno apresenta uma configuração bidimensional, o que lhe permite atenuar os campos magnéticos e a radiação electromagnética.

Determinação da espessura adequada para uma blindagem magnética

A espessura ou largura de uma barreira magnética tem um impacto direto no nível de bloqueio magnético alcançado. É por isso que selecionar a espessura correta da blindagem magnética é tão importante como selecionar o material correto de bloqueio do campo magnético. Barreiras mais espessas tendem a proteger mais linhas de campo magnético.

Não existe uma fórmula única que possa ser usada universalmente para calcular a espessura perfeita de uma barreira magnética. No entanto, existem certos parâmetros que podem ajudá-lo a determinar a espessura correta.

Permeabilidade do material da blindagem magnética

A permeabilidade mede simplesmente a facilidade com que as linhas de campo magnético podem penetrar na barreira magnética.

Diferentes materiais de proteção magnética oferecem diferentes graus de permeabilidade, o que torna difícil selecionar uma espessura específica como a opção perfeita. No entanto, vale a pena notar que os materiais altamente permeáveis oferecem melhores propriedades de proteção.

Intensidade do campo magnético

É necessário conhecer a intensidade do campo magnético contra o qual se pretende proteger. Esta pode ser dada em unidades como Tesla (T) ou Gauss (G).

Atenuação pretendida

A atenuação é a redução da força do campo magnético à medida que este passa através da proteção. É necessário decidir qual o nível de atenuação desejado, que é frequentemente expresso em decibéis (dB).

Factores a considerar ao selecionar a espessura adequada da blindagem magnética

Para chegar à espessura perfeita de um escudo magnético, é necessário ter em consideração os seguintes factores. Estes factores devem ser ponderados entre si para encontrar o equilíbrio certo entre desempenho, viabilidade e custo.

O tipo de material de blindagem magnética utilizado

O material do escudo magnético é o principal fator determinante da espessura de um escudo. Também tem impacto na eficácia da tentativa de proteção. Diferentes materiais apresentam uma permeabilidade variada, o que tem impacto na forma como uma barreira magnética pode redirecionar ou absorver campos magnéticos. Os materiais com maior permeabilidade demonstram capacidades de proteção relativamente mais elevadas, o que significa que não têm de ser necessariamente espessos.

Nível desejado de blindagem

Certas aplicações podem necessitar de vários graus de proteção magnética. Por exemplo, na proteção de equipamento médico, podem ser utilizadas blindagens mais fortes e mais espessas, uma vez que é necessária pouca interferência magnética. O grau de blindagem necessário é frequentemente determinado pela sensibilidade do objeto ou da área que necessita de proteção contra os campos magnéticos.

Peso e tamanho

Embora os escudos magnéticos mais espessos apresentem capacidades de bloqueio magnético mais fortes, podem ser um pouco mais pesados. Isto pode ser um grande motivo de preocupação para dispositivos que necessitam de mobilidade ou aplicações com espaços limitados. É por isso que é fundamental encontrar um equilíbrio entre a espessura do escudo magnético e as exigências de peso ou de espaço da aplicação.

Considerações sobre os custos

O custo é uma preocupação importante e os diferentes materiais de proteção têm preços variados. Materiais como os mu-metais são relativamente mais caros do que as blindagens magnéticas de aço.

Do mesmo modo, uma maior densidade consome mais material, o que significa que o custo será mais elevado. Assim, nos casos em que a poupança de custos é uma prioridade, pode optar-se por um escudo magnético menos denso.

Passos práticos para fazer escudos que bloqueiam os campos magnéticos

As blindagens magnéticas de bloqueio de campos podem ser fabricadas utilizando numerosos materiais e métodos. A escolha do material e da técnica de fabrico é determinada pelo grau de blindagem pretendido e pelos requisitos da aplicação. Segue-se uma descrição geral de como fabricar uma blindagem magnética:

Seleção de materiais

Existe uma vasta gama de materiais com capacidades de bloqueio de campos magnéticos à escolha. Os melhores materiais são os materiais macios, como os mu-metais, que não têm necessariamente de ser densos para serem eficazes.

Processamento de materiais

Depois de escolher um material de proteção magnética específico, é altura de processar o material escolhido. Este processo é normalmente efectuado utilizando várias tecnologias, sendo as principais o tratamento térmico, a laminagem e o recozimento. O processamento do material da blindagem magnética confere-lhe as propriedades magnéticas corretas para facilitar a blindagem magnética.

Modelação

Posteriormente, as folhas de proteção magnética processadas são cortadas e dimensionadas tendo em conta a utilização pretendida. A maior parte das blindagens magnéticas assumem desenhos simples, mas também podem ser incorporados desenhos complexos.

Aderir

As folhas cortadas do escudo magnético são depois unidas utilizando adesivos ou tecnologias como a soldadura e a brasagem. É importante notar que a união não se aplica a todos os escudos magnéticos. Aplica-se quando é necessário juntar várias folhas para formar um escudo maior.

Revestimento

O revestimento é frequentemente efectuado como uma etapa de acabamento e tem como objetivo melhorar o aspeto da blindagem magnética. Podem ser aplicadas camadas mais fortes para aumentar a resistência da barreira à corrosão. Outros retoques finais utilizados podem incluir a pintura e a galvanização.

Ensaios

Este processo é efectuado para garantir que a barreira magnética consegue atingir o objetivo definido. O escudo magnético é colocado à volta do objeto que necessita de proteção contra o campo magnético e exposto a um campo magnético conhecido. A redução do fluxo magnético é então medida com um medidor de Gauss.

Passos sobre os escudos que bloqueiam os campos magnéticos

Como funciona a blindagem magnética?

A blindagem magnética funciona bloqueando ou desviando os campos magnéticos externos para os manter fora do alcance de determinadas áreas, organismos ou dispositivos. Abaixo encontra-se uma descrição dos processos utilizados pelos escudos magnéticos para bloquear as linhas de campos magnéticos externos.

Desvio de linhas de campo magnético

Os escudos magnéticos são normalmente colocados perto da área ou do objeto a proteger. Os escudos atraem as linhas de campo magnético do campo magnético externo na sua direção, desviando-as assim da área protegida.

Isto é possível porque os escudos magnéticos são feitos de materiais altamente permeáveis.

Geração de circuitos fechados

O material de blindagem forma laços para as linhas magnéticas e guia-as à volta da área protegida.

Isto impede que as linhas magnéticas entrem no espaço protegido, reduzindo ou parando assim os efeitos dos campos magnéticos externos. Para objectos ou áreas que necessitem de uma proteção extrema, podem ser utilizadas blindagens magnéticas mais espessas. Em alternativa, podem ser utilizadas diferentes camadas de blindagens magnéticas.

Cenários práticos de blindagem magnética

Os campos magnéticos não controlados podem interferir com os sinais de comunicação ou comprometer processos essenciais.

A blindagem magnética atenua as implicações negativas dos campos magnéticos em objectos, organismos e regiões. É por isso que a blindagem magnética é uma prática popular nos seguintes cenários.

Como proteger uma bússola do campo magnético externo?

Para proteger uma bússola de forças magnéticas externas, envolva-a num recipiente feito de material ferromagnético. Este pode ser um metal Mu ou um material de ferrite.

Normalmente, a elevada permeabilidade magnética deste recipiente irá desviar os campos magnéticos externos, minimizando assim a sua influência na orientação da agulha da bússola. Isto resultará em leituras de direção inalteradas.

Como blindar magneticamente um altifalante?

Para manter uma boa qualidade de áudio, é importante manter o íman de um altifalante ou dispositivo de áudio fora do alcance de campos magnéticos externos. Isto pode ser conseguido envolvendo os respectivos ímanes em materiais altamente permeáveis capazes de absorver ou redirecionar forças magnéticas indesejadas.

Como blindar magneticamente um motor?

Para impedir que os campos magnéticos externos perturbem o funcionamento de um motor, é necessário um invólucro ou proteção do motor com propriedades magnéticas. A blindagem magnética deve cobrir todo o motor para garantir uma absorção efectiva das linhas do campo magnético externo. Isto protegerá o motor de perturbações susceptíveis de serem causadas por fortes campos magnéticos não convidados.

Como blindar magneticamente um fio?

Para atenuar as interferências electromagnéticas, que podem minimizar as emissões magnéticas de um fio ou afetar negativamente o seu desempenho, pode envolver-se o fio com um tubo ou fita de proteção ferromagnética. O tubo absorverá então as forças magnéticas externas, protegendo assim o fio.