Teoria e Aplicações da Corrente de Fôrca

Definição de Corrente de Fóca

De acordo com a lei de Lenz, quando um loop condutor é exposto a um campo magnético variável, gera uma f.e.m. que induz uma corrente opondo-se à mudança. Da mesma forma, quando um campo magnético muda através de um corpo condutor, como um filamento ou uma lâmina, isso causa a circulação de correntes através das seções transversais do material.

Essas correntes recebem o nome de correntes de fóca, em alusão às pequenas remoinhos de água observados em lagos e oceanos. Esses loops de corrente de fóca podem ser tanto benéficos quanto indesejáveis.

Embora causem perdas de calor indesejáveis no material, como no núcleo de transformadores, as correntes de fóca encontram aplicações em diversos processos industriais, como aquecimento por indução, metalurgia, soldagem, frenagem, etc. Este artigo aborda a teoria e as aplicações do fenômeno de correntes de fóca.

Perda de Corrente de Fóca no Transformador

O campo magnético dentro do núcleo do transformador induz uma f.e.m., levando a correntes de fóca de acordo com a lei de Faraday e a lei de Lenz. Na seção do núcleo, o campo magnético B(t) proveniente da corrente i(t) do enrolamento gera correntes de fóca ieddy.

As perdas devidas às correntes de fóca podem ser escritas da seguinte forma:

Onde, ke = constante dependente do tamanho e inversamente proporcional à resistividade do material,

f = frequência da fonte de excitação,

Bm = valor máximo do campo magnético e

τ = espessura do material.

A equação acima mostra que a perda de corrente de fóca depende da densidade de fluxo, da frequência e da espessura do material e é inversamente proporcional à resistividade do material.

Para reduzir as perdas de corrente de fóca no transformador, o núcleo é feito de placas finas empilhadas chamadas laminados. Cada placa é isolada para restringir as correntes de fóca a áreas transversais pequenas, minimizando seu caminho e reduzindo as perdas.

Isso é representado na figura abaixo:

Para aumentar a resistividade do material, é usado aço de grau CRGO (aço orientado a grãos laminado a frio) como núcleo do transformador.

Propriedades das Correntes de Fóca

• São induzidas apenas dentro dos materiais condutores.

• São distorcidas por defeitos como trincas, corrosão, bordas, etc.

• As correntes de fóca atenuam com a profundidade, com a maior intensidade presente na superfície.

Essas propriedades permitem que as correntes de fóca sejam usadas nas indústrias de energia, aeroespacial e petroquímica para detectar trincas e danos em metais.

Aplicações das Correntes de Fóca

Levitação Magnética: É um tipo repulsivo de levitação que encontra aplicação nos modernos trens de alta velocidade Maglev para fornecer transporte sem atrito. A variação do fluxo magnético produzido por um ímã supercondutor colocado no trem em movimento gera correntes de fóca na folha condutora estacionária sobre a qual o trem levita. As correntes de fóca interagem com o campo magnético para produzir forças de levitação.

Tratamento de Câncer por Hipertermia: Aquecimento por correntes de fóca usado para aquecer tecidos. Correntes de fóca induzidas em tubulações condutoras por enrolamentos de fio proximais conectados a um capacitor para formar um circuito tanque, que é conectado a uma fonte de frequência radioelétrica.

Frenagem por Correntes de Fóca: A energia cinética convertida em calor devido às perdas de corrente de fóca encontra inúmeras aplicações na indústria.

• Frenagem de trens.

• Frenagem de montanhas-russas.

• Serra elétrica ou furadeira para desligamento de emergência.

  
  

Aquecimento por Indução: Este processo aquece eletricamente um corpo condutor induzindo correntes de fóca com um eletroímã de alta frequência. É principalmente usado para cozinhar por indução, fornos para fundir metais, soldagem e brasagem.

Acionamentos de Velocidade Ajustável por Correntes de Fóca: Com a ajuda de um controlador de realimentação, pode-se alcançar um acionamento de velocidade acoplado por correntes de fóca. Encontra aplicações na conformação de metais, esteiras transportadoras, processamento de plásticos, etc.

Detectores de Metais: Detecta a presença de metais dentro de rochas, solos, etc., com a ajuda da indução de correntes de fóca no metal, se presente.

Aplicações em Processamento de Dados: Teste não destrutivo por correntes de fóca usado na investigação da composição e dureza de estruturas metálicas.