Neste guia, vamos explorar todos os factores fundamentais sobre as correntes de Foucault. Se quiser saber o que são, os seus efeitos ou a sua utilidade, leia este guia para obter informações pormenorizadas.
O que são correntes de Foucault?
As correntes parasitas representam as correntes eléctricas que se deslocam através de um objeto condutor quando sujeito a flutuações campo magnético. Circulam em circuitos fechados no material condutor, dentro de planos em ângulo reto com o campo eletromagnético.
Ocorrem se houver uma alteração no campo magnético em torno de um condutor estático ou se um condutor se mover através do campo eletromagnético. Correntes de Foucault pode ser útil em algumas aplicações, mas também pode ser indesejável noutras.
História das correntes de Foucault
François Arago, físico, matemático e segundo presidente da Segunda República Francesa, foi o primeiro indivíduo a observar as correntes de Foucault em 1824. No que tem sido referido como magnetismo rotatório, ele distinguiu que era possível magnetizar a maioria das substâncias condutoras. Estas descobertas foram mais tarde completadas e expostas por Michael Faraday.
Emil Lenz formulou a lei de Lenz em 1834. Mas é Léon Foucault, um cientista francês, que é reconhecido pela descoberta das correntes de Foucault. Em 1855, o cientista determinou que há um aumento da força necessária para provocar a rotação de um disco de cobre quando se posiciona a sua borda entre pólos magnéticos. Observou também que as correntes de Foucault induzidas aquecem o disco.
Correntes de Foucault vs Perdas de Foucault
As perdas por Foucault representam a dissipação de energia sob a forma de calor devido à circulação de correntes de Foucault em objectos condutores. As correntes de Foucault encontram resistência quando fluem através do material, o que resulta na dissipação de calor. Esta perda de energia pode ter impactos adversos no funcionamento e eficiência dos transformadores e equipamentos eléctricos.
Em suma, as correntes de Foucault referem-se às correntes eléctricas geradas em materiais condutores devido à alteração dos campos electromagnéticos. Por outro lado, as perdas parasitas descrevem as perdas de energia sob a forma de calor devido a estas correntes parasitas. É importante minimizar as perdas parasitas para melhorar o funcionamento e a eficácia dos aparelhos electromagnéticos.
Como são produzidas as correntes parasitas
O fenómeno das correntes de Foucault deve-se a indução electromagnética. Quando se introduz ou se verifica uma alteração num campo magnético próximo de um objeto condutor, surge um fluxo magnético que penetra no objeto.
O fluxo magnético que atravessa o material muda com alterações no campo eletromagnético induzido. Com base em Lei de Faraday da indução electromagnéticaAs correntes eléctricas são produzidas pela alteração do fluxo magnético.
Estas correntes eléctricas induzidas fluem de forma circular no interior do material condutor e são conhecidas como correntes de Foucault. A direção do fluxo das correntes depende das propriedades do material condutor e da direção do campo magnético.
Causas das correntes de Foucault
Normalmente, as correntes de Foucault são geradas quando há variação no campo magnético sobre um condutor estático, ou se um condutor se move através de um campo magnético. Por conseguinte, há formação de correntes de Foucault nos casos em que há alteração da direção ou da intensidade do campo eletromagnético no interior de um condutor.
Histerese Vs correntes parasitas
Histerese e as correntes de Foucault são dois fenómenos diferentes associados ao comportamento dos materiais em campos magnéticos flutuantes. Esta flutuação dos campos magnéticos provoca histerese nos materiais ferromagnéticos e correntes de Foucault nos objectos condutores.
As perdas magnéticas resultantes da histerese são designadas por perdas por histerese, enquanto as causadas por correntes de Foucault são descritas como perdas por correntes de Foucault.
A tabela abaixo compara a perda por histerese com a perda por correntes de Foucault:
| Perda por histerese | Perda de corrente parasita |
| A perda por histerese ocorre devido à inversão do magnetismo num material ferromagnético sob um campo magnético variável. | A perda de corrente parasita ocorre devido ao movimento relativo entre o campo magnético e um condutor. |
| Ocorre apenas no interior do núcleo de um dispositivo elétrico. | Ocorre no núcleo, no condutor e no corpo do dispositivo elétrico. |
| Ocorre em materiais ferromagnéticos | Ocorre em materiais condutores. |
| A redução das perdas por histerese implica a utilização de aço de grão orientado. | A redução das perdas por correntes parasitas implica a utilização de laminação de metais para construir a laminação do núcleo. |
| Calculado através da fórmula Pb = η * Bmáximon * f * V | Calculado através da fórmula Pe = Ke * Bmáximo2 * f2 * t2 * V |
Fórmula e cálculos de correntes parasitas
Pode utilizar a fórmula abaixo para determinar as perdas globais resultantes das correntes de Foucault:
Pe = Ke * Bmáximo2 * f2 * t2 * V
Onde,
- Pe representa a perda por correntes de Foucault (W)
- Ke representa a constante das correntes de Foucault.
- Bmáximo denota a densidade máxima do fluxo (Wb/m2)
- f representa a frequência da tensão induzida (Hz)
- t representa a espessura do material condutor (m)
- V representa o volume do material condutor (m3)
Como minimizar as correntes de Foucault
A minimização das perdas por correntes de Foucault é fundamental para melhorar o desempenho dos sistemas e dispositivos eléctricos. Eis alguns dos métodos para reduzir as perdas por correntes de Foucault:
Núcleo laminado
A incorporação de núcleos laminados construídos com folhas finas de material condutor é uma técnica popular de redução de correntes de Foucault em motores, transformadores e outros aparelhos electromagnéticos. As folhas finas produzem uma maior resistência eléctrica na direção da corrente circulante, minimizando assim as perdas por correntes de Foucault.
Materiais de alta resistividade
A utilização de materiais condutores com elevada resistividade eléctrica também ajuda a minimizar as perdas por correntes de Foucault. Permitem uma dissipação rápida e eficiente das correntes de Foucault, o que reduz as perdas.
Conceção correta do núcleo
Minimize o percurso das correntes de Foucault optimizando a conceção do núcleo. Por exemplo, pode utilizar núcleos rectangulares ou toroidais em vez de núcleos redondos para diminuir os caminhos das correntes de Foucault.
Frequência de controlo
Existe uma proporcionalidade direta entre a frequência do campo magnético flutuante e as perdas por correntes de Foucault. Embora possa ser difícil erradicar totalmente as correntes de Foucault, a diminuição da frequência pode ser fundamental para minimizar as perdas em aplicações de alta frequência.
Materiais magnéticos macios
Utilizar materiais magnéticos macios com baixa coercividade e elevada permeabilidade. Estes tipos de materiais tendem a apresentar perdas reduzidas por correntes de Foucault quando expostos a campos electromagnéticos flutuantes.
Blindagem magnética
Por vezes, podem ser aplicadas técnicas de blindagem magnética para redirecionar ou conter os campos magnéticos. Isto inibe a sua interação com condutores adjacentes, diminuindo a indução de correntes de Foucault.
Revestimentos magnéticos
O revestimento magnético ou o isolamento da superfície do condutor pode inibir o desenvolvimento de correntes de Foucault. A camada minimiza a circulação de correntes parasitas ao formar um obstáculo entre o campo magnético flutuante e o material condutor.
Amortecimento de correntes parasitas
Este método de minimização das perdas por correntes de Foucault funciona através do controlo do movimento ou das vibrações. É possível reduzir as vibrações desnecessárias através da introdução de correntes parasitas reguladas em peças específicas.
Efeitos nocivos das correntes de Foucault
Apesar das muitas utilizações e benefícios das correntes de Foucault, estas também têm alguns impactos perigosos. Alguns dos efeitos nocivos das correntes de Foucault incluem:
Aquecimento de componentes
Pode ocorrer um aquecimento excessivo dos componentes devido a correntes de Foucault. Isto é especialmente um desafio quando se utilizam materiais com elevada condutividade eléctrica ou em aplicações de alta frequência. O aquecimento pode levar à deterioração do material, ao stress térmico e à redução da vida útil dos componentes afectados.
Perda de energia
É possível que os materiais condutores sofram perdas de energia consideráveis devido às correntes de Foucault. Isto pode causar ineficácia nos sistemas e dispositivos eléctricos.
As correntes parasitas produzem resistência à medida que atravessam um material condutor, transformando a energia eléctrica em energia térmica. Consequentemente, esta conversão de energia pode diminuir a eficiência de geradores, motores, transformadores e outros dispositivos eléctricos.
Ruído e vibrações
Há também a possibilidade de indução de ruído audível e vibrações mecânicas por correntes de Foucault em substâncias condutoras e estruturas vizinhas. Isto significa que o fenómeno pode ter impactos adversos em utilizações em que o baixo nível de ruído e a precisão são críticos, como em equipamento áudio sensível ou instrumentos científicos.
Interferência electromagnética (EMI)
A criação de campos electromagnéticos devido a correntes de Foucault pode interferir com aparelhos e circuitos electrónicos adjacentes. A EMI pode resultar em interrupções, avarias e distorção de sinais em dispositivos electrónicos delicados. Isto pode causar corrupção de dados, erros de comunicação e outros problemas de funcionamento.
Arrasto magnético
Os objectos condutores móveis podem sofrer arrastamento magnético causado por correntes de Foucault, que contrariam o movimento do condutor. Isto pode ser indesejável se se pretender obter um controlo ou posicionamento precisos ou em algum equipamento mecânico.
Aplicações das correntes de Foucault
As utilizações mais essenciais e predominantes das correntes de Foucault incluem:
Levitação magnética
A levitação magnética é uma forma repulsiva de levitação que é aplicada em comboios pendulares maglev avançados de alta velocidade para facilitar o transporte sem atrito. Um íman supercondutor montado no comboio gera um fluxo magnético flutuante.
Isto, por sua vez, gera correntes de Foucault sobre a folha condutora estática sobre a qual o comboio levita. A interação do campo magnético e das correntes de Foucault produz as forças de levitação.
Forno de indução
O forno de indução é comum no sector da fundição, onde se coloca o metal que se pretende fundir dentro de uma corrente de alta indução que varia rapidamente. Esta corrente gera uma maior quantidade de calor que derrete o metal. Por conseguinte, o forno de indução ajuda na extração de metal do minério.
Motor de indução
As correntes parasitas são fundamentais para a rotação do motor de indução. Isto acontece quando o sistema expõe as correntes induzidas ao rotor metálico que circula no interior do campo eletromagnético. Consequentemente, há uma diminuição da velocidade relativa entre o campo e o rotor, fazendo com que a indução gire na direção do campo magnético.
Velocímetro
O velocímetro do veículo é constituído por um íman, atado com fios de cabelo, fixado no eixo primário do veículo a motor. Com cada movimento do veículo, o íman desloca-se e indica a velocidade do automóvel através dos fios de cabelo.
Travões eléctricos
As correntes de Foucault desempenham um papel importante na travagem dos comboios, das montanhas-russas, do berbequim ou da serra eléctrica para o seu corte de emergência. Os travões submetem as rodas metálicas a um campo eletromagnético, provocando uma corrente de Foucault. Como resultado, a troca entre as correntes de Foucault geradas e o campo aplicado desacelera as rodas.
Uma rotação mais rápida das rodas conduzirá a um efeito mais notório. Isto significa que as correntes de Foucault tornam possível desacelerar uma máquina em movimento rápido sem criar qualquer desconforto.
Galvanómetro
Outra aplicação das correntes de Foucault é nos galvanómetros. Aqui, as correntes de Foucault são aplicadas para contrariar a deflexão do galvanómetro, de modo a garantir que a bobina utilizada no interior do dispositivo atinja o equilíbrio.
Facilita o estabelecimento da precisão do galvanómetro. Isto porque, normalmente, não é possível ler a deflexão até que a operação de teste e a bobina utilizada se estabilizem.
Contador de energia
A bobina da armadura dentro de um contador de energia apresenta um disco de alumínio que circula nos pólos magnéticos permanentes em ferradura emparelhados. As correntes de Foucault induzidas produzem um efeito de travagem e a potência utilizada está diretamente relacionada com a divergência.
Detetor de metais
Com a ajuda da indução de correntes de Foucault, os detectores de metais ajudam a detetar a presença de metais em solos, rochas, etc. São também utilizados pelas forças de segurança para detetar minas terrestres, explosivos e armas.
Separação de metais
As correntes parasitas e o amortecimento magnético também podem ser aplicados em centros de reciclagem para a separação de metais e não metais. Isto aplica-se a todos os tipos de metais, não apenas aos ferromagnéticos, como o aço e o ferro.
Inspeção da superfície
Muitas técnicas para encontrar descontinuidades ou irregularidades nas superfícies dos materiais utilizam o fenómeno das correntes parasitas. O ensaio por correntes parasitas insere-se no âmbito dos métodos de ensaio não destrutivos, em que o metal que está a ser ensaiado não sofre qualquer interferência.
Qualquer falha no metal, como uma fissura próxima da superfície, corta a corrente de Foucault, diminuindo consequentemente o campo eletromagnético. É fácil detetar esta variação do campo magnético.
Conclusão
Como se pode ver, as correntes de Foucault têm vantagens e limitações, dependendo da área de aplicação. Se tiver alguma dúvida ou pergunta sobre este fenómeno interessante, estamos aqui para ajudar.
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