Como fazer? (eletroímã de eficiência máxima)

[Marcos Felipe Diniz]

Amigos, a princípio a pergunta pode parecer simples, afinal de contas bastaria enrolar um fio de cobre esmaltado em um prego qualquer e já teria um eletroímã, no entanto, a dúvida é como fazer um eletroímã o mais eficiente possível (maior atração e repulsão magnética, para corrente contínua de uma bateria de 12V e 50 amperes)?

Várias dúvidas vieram à minha cabeça, e após experimentação, ainda permaneceram... vejam:

1) Para gerar um forte campo magnético, qual a melhor configuração da bobina? (como saber a quantidade de espiras e a espessura do fio esmaltado ideal)

2) Para gerar um forte campo magnético, qual a melhor configuração do arranjo? (bobina fina e longa, com as espiras distribuídas ao longo de um comprimento maior e em menos camadas de sobreposição, ou bobina curta e larga, com pouco comprimento ao longo do magneto central e maior quantidade de camadas sobrepostas?)

2.1) Como saber o comprimento ideal do eletroímã?

Tenho severas deficiências neste campo, por isso, se alguém puder me ajudar, seria de grande valia para concluir um projeto que venho levando adiante...

Grande abraço!

Marcos Felipe Diniz

[Flavio Alexandre]

Marcos,

Veja esse site com várias explicações sobre eletricidade e eletromagnetismo :

http://www.mspc.eng.br/elemag/eletrm0240.shtml

Note que a permeabilidade magnética do aço é importantíssimo. E também quanto maior o espaço de ar que o fluxo magnético percorre, pior, pois a permeabilidade magnética do ar é de valor 1, enquanto a do aço "elétrico" pode chegar a 40000 ou 50000.

Abraços,

Flavio Alexandre

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[Tipoalgo]

Olá Marcos, acredito que os vídeos do Dantes pode ajudar:

https://www.youtube.com/watch?v=V3ts89cgIVk&index=3&list=PLOqN3HuamSXO_Jzvg_chnGi6eLkpI38gi

Acredito também que dados mais práticos para a construção de solenoides seguem a mesma linha dos transformadores, principalmente as "variáveis de transformadores".
O Dante fala em algum vídeo sobre isto, no momento não em qual.

um pouco de teoria sobre solenoides (bobinas):

O solenóide ou bobina longa, como também pode ser chamado, é um fio condutor dobrado em forma de hélice ou pode ser definido como um conjunto de espiras de mesmo eixo espaçadas uniformemente, como mostra a figura abaixo:

Aplicando uma corrente elétrica neste fio condutor ele irá gerar um campo magnético ao redor e no interior do solenóide. O campo magnético no seu interior é uniforme e as linhas do campo são paralelas ao seu eixo. O campo do solenóide é bem semelhante ao campo de um ímã  em forma de barra, onde a extremidade por onde saem as linhas de campo é o pólo norte, e a extremidade por onde entram as linhas de campo é o pólo sul.

No interior de um solenóide temos um campo uniforme, cuja intesidade é dada pela seguinte fórmula:

Onde N é o número de espiras. O número de espiras por unidade de comprimento é dado pelo quociente N/L, se falarmos que n = N/L, temos que: B = m0ni.

Para sabermos o sentido do campo magnético de um solenóide utiliza-se a regra da mão direita, cujo polegar fica sobre a corrente elétrica e os dedos mostram o sentido do campo.

[Tipoalgo]

Olá ao Marcos e a todos, o vídeo que o Dantes explica a "variável" de transformador: https://www.youtube.com/watch?v=jqoA3cZgWBE

Neste vídeo ele também usa a tal da variável: https://www.youtube.com/watch?v=myTU_IMFoa4&index=2&list=PLOqN3HuamSXN1U1zxctuwDRFyHHHRyv8k

Abraços Tipoalgo.

[Eugênio T. Schreiber Pierazzoli]

o núcleo mais eficiente é o de aço?

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Eugênio T. Schreiber Pierazzoli

[Tipoalgo]

Acho que a eficiência do núcleo depende do que se quer dele e de outras variáveis como a frequência de operação.

Por exemplo, em bobinas funcionando como filtros para frequências elevadas geralmente o núcleo é de ferrite e para transformadores e motores comuns (que trabalham em 60 Hz), um bom núcleo é de ferro laminado, "O ferro usado em transformadores é do tipo de baixo teor de carbono. Em outras palavras é um aço doce."

  

[Marcos Felipe Diniz]

... ainda estou apanhando muito aqui! mesmo depois de ler tudo que me passaram! rsrsrs nestas horas eu queria ter terminado o curso de engenharia.

Mudei um pouco os parâmetros de configuração. Agora a a tensão será em torno de 10.000v (tendências suicidas!)...

Vamos caminhando! se alguém puder ajudar, ainda que com tão poucas informações, serei grato!

Marcos Felipe Diniz.

[Tipoalgo]

Qual a dúvida?

[Marcos Felipe Diniz]

Amigo Tipoalgo, são tantas dúvidas que nem sei por onde começar! rsrsrsrs

A princípio, para tentar melhorar a eficiência do eletroímã, estou procurando um industrial, já pronto, enrolado em máquina própria e com espiras bem justas (como eu jamais conseguiria fazer). Veja o exemplo:

http://produto.mercadolivre.com.br/MLB-634427498-eletroim-24vdc-suporta-ate-100-kgf-_JM

Eles operam com uma tensão média de 24V e não podem ficar ligados permanentemente, mas isso não me importa muito, pois quero pulsos de elevada potência, e pouca duração.

Uma das dúvidas é se a bobina deste tipo de eletroímã suportaria um pulso de 10.000V sem queimar. A ideia inicial é utilizar uma bobina de ignição automotiva e um capacitor de grande potência entre a bobina de ignição e a bobina do eletroímã (para tentar diminuir um pouco a tensão e aumentar um pouco o tempo da energia)... Eu quero transformar o pulso da bobina de ignição em um fortíssimo pulso eletromagnético, entende?

Outra coisa que me veio a cabeça é saber se eu consigo aumentar a intensidade do campo usinando o centro da carcaça de uma destas bobinas, para passar uma barra de ferro no centro e colocar duas ou três bobinas em sequência, duplicando ou triplicando o campo na mesma proporção da quantidade de bobinas... Se esta configuração der certo, creio que pela tensão, poderia ligá-las em série, mudando os parâmetros do capacitor? ou ligo-as em paralelo?

Por fim, a mais complicada de todas as dúvidas, é saber como controlar as linhas de força do campo magnético, pois não quero criar uma "bomba de PEM" que gera um pulso forte em grande amplitude de alcance, mas sim um pulso forte e concentrado nas proximidades do eletroímã...

A título de informação, já tomei precauções quanto à refrigeração da bobina eletromagnética, rsrsrs... 

Grande abraço!

Marcos Felipe Diniz

[Ramede Justo]

Marcos,  qualquer eletroíma que usar, o núcleo tem uma curva de histerese, isso significa que inicialmente o campo magnético aumenta proporcionalmente com a corrente na bobina, mas chega um ponto em que mesmo se a corrente continuar a aumentar, o campo magnético não aumenta mais..... (saturação magnética do núcleo)

Então para cada eletroíma há um campo magnético máximo que pode ser criado com ele, não importando se você aumenta vagarosamente a corrente, ou se você dá uma descarga capacitiva de alta corrente...   O campo máximo criado será o mesmo...  E a corrente extra servirá apenas para aquecê-lo.....

Então, supondo que você tivesse uma fonte de corrente infinita, ainda assim o máximo campo magnético que pode ser produzido é diretamente dependente do tamanho e da curva de histerese do núcleo....

Ramede

[Marcos Felipe Diniz]

Amigo Ramede, muito obrigado por suas explanações! no entanto, uma dúvida remanesceu... no caso, eu havia dito sobre a possibilidade de dividir a corrente entre duas ou mais bobinas ligadas em série, e transpassadas pelo mesmo núcleo. Será que assim consigo alguma melhora?

Grande Abraço!

Marcos Felipe Diniz

[Ramede Justo]

Fora o efeito de histerese do núcleo, o campo também é proporcional a corrente e ao número de espiras, mas lembre-se, no final das contas, quando o núcleo saturar, o campo não aumenta mais.......

Se o núcleo não saturou, você pode aumentar o número de espiras e a corrente até isso acontecer.....

Mas ai chega-se a um compromisso....  com poucas espiras dá pra passar uma corrente maior, pois a resistência é menor.  Se aumentar o número de espiras a corrente diminui pois a resistência aumenta....  Fora o detalhe do volume ocupado pelo enrolamento e a dissipação térmica do conjunto....

Então é necessário achar a melhor relação entre , corrente, número de espiras, volume ocupado, dissipação térmica....   

Eu acho que a bobina não tem muito o que inventar, no final, seja lá o arranjo que usar, é possível substituir por um único enrolamento equivalente....    Eu só usaria uma configuração diferente se fosse para aproveitar algum material já disponível, como ligar vários enrolamentos em paralelo com fio fino, ao invés de usar um único enrolamento com fio grosso.

Ramede

  

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[Marcos Felipe Diniz]

Ramede, obrigado por suas explicações! Me ajudam bastante!

Minha dúvida agora é como conseguir um campo de alto poder de atração... ou seja, como conseguir montar o conjunto onde a saturação que você falou ocorra em um momento onde o campo já atingiu valores bem elevados.

Você deu a ideia de ligar vários enrolamentos em paralelos com um fio fino, esta parte também me gerou dúvidas, pois pensava em usar uma daquelas bobinas industriais "made in mercado livre", mas devido a alta corrente, ligar as bobinas em série. Pelo que entendi, eu estava pensando errado, pois ligando-as em série eu perderia eficiência devido à resistência do fio em um caminho muito maior, certo?

Obrigado!

Gde abraço.

[Eugênio T. Schreiber Pierazzoli]

SEGREDO DAS COISAS Imãs 

https://www.youtube.com/watch?v=PoSfxa55tWw

maravilhas modernas imãs

https://www.youtube.com/watch?v=dlHw4iPjcy0

Maravilhas Modernas - eletricidade - parte 1

https://www.youtube.com/watch?v=B8fB8TKa1h4&list=PL6BE9405D74AD6813

[Ramede Justo]

O que você chama de ¨bobina industrial¨ é um eletroíma....     sim, ligando eles em série, um na frente do outro, o campo será somado....  

[Ramede Justo]

Falo ligar em série os eletroímas....   suas bobinas devem ser alimentadas em paralelo....     

Já que vai comprar, porque não compra um grandão.....

[Marcos Felipe Diniz]

Amigo Ramede, ideia é comprar e montar três "grandões"... rsrsrs

Eugênio, obrigado pelos vídeos!

Marcos Felipe

[Eugênio T. Schreiber Pierazzoli]

Era esse que eu procurava, mas não achei em português mas lembro de já ter assistido ele.

Aos 4 min ele mostra que colocar o núcleo das bobinas isoladas dentro uma da outra formando camadas multiplica o campo.

THE STRONGEST MAGNET IN THE WORLD

(O magneto mais forte do mundo)

https://www.youtube.com/watch?v=QGytW_C6hR8

Transformadores em Eletro imãs

 (Cortar um transformador e remover o secundário)

https://www.youtube.com/watch?v=wzXRFp0DDrU

Esse é legal e prático. 

Usa um transformador de forno de microondas e UMA pilha AA e segura

com força de mais de 50lb  ( +22 kg )

https://www.youtube.com/watch?v=SGoOu8cPmeM

[Marcos Felipe Diniz]

Amigo Eugênio, os vídeos que você me mandou acabaram de mudar substancialmente meu projeto... rsrsrs Obrigado! Principalmente pelo último...

Grande abraço!

Marcos Felipe Diniz

[Eugênio T. Schreiber Pierazzoli]

Esse forum é legal porque todos ajudam e compartilham coisas legais. :D

Depois fala para a gente do andamento do projeto. 

E alguns dados técnicos como a relação entre a força de atração obtida, o consumo energético necessário e os objetivos que você quer alcançar.

[Ivaldo Amorim]

Olá Marcos, boa noite!

Desejo que esteja tudo em paz com você e família.

Considerando o foco em Veículos Elétricos, mais especificamente os Híbridos (que enquanto as baterias não se tornam mais acessíveis é o meu atual projeto), compartilho abaixo o link de um bastante interessante Paper sobre as "Perdas e Eficiência" entre tipos de materiais utilizados nos núcleos de bobinas indutoras!

https://www.academia.edu/11965799/Analysis_of_Power_Losses_and_Efficiency_up_to_60_kW_DC-DC_Converter_for_Hybrid_Electric_Vehicle_with_Different_Inductive_Core_Materials

Qual é mesmo o objetivo do seu Projeto? Seriam "Braços tipo locomotivas/ Pistões Eletromagnéticos"? 

Oportunamente gostaria de também compartilhar os links dos novos Programas do Canal EV TV Brasil que já está na Edição de Número 14 ( https://www.youtube.com/user/EVTVBrasil/videos ) da Tesla Brasil ( www.teslabrasil.com ) que está cada vez mais profissional e com vídeos muito interessantes sobre Test Drive do "Tesla Roadster", Vídeos exclusivos da "Formula e" (c/ Brasileiros no pódio..), Baterias e até Nanotecnologia! 

P.S. O bastante atencioso e competente Roberto Saldo (em cópia) da Tesla Brasil tem me atendido muito bem em minhas cotações "técnicas"/ venda consultiva para apoio a minha "Seleção de Projetos"/ tomada de decisão de investimentos.

Espero ter ajudado, muito sucesso e um abração, 

I.A.

 

Ivaldo Amorim
PMI - Project Management Institute Member  ID 1822708/ AMCHAM - American Chamber Membership number 1249398
Cels.: (Tim) 81.9801.47.08 e (Oi) 81.8682.02.01.

“Não se consegue resolver um problema no mesmo nível em que foi criado. É necessário subir a um nível mais alto.” Albert Einstein

"A melhor maneira de prever o futuro é criá-lo." Peter Drucker

"... Se você quer chegar aonde a maioria não chega, faça o que a maioria não faz!" Bill Gates

"...Todos aqueles que procuram aprender sempre permanecem jovens. A coisa mais importante na vida é manter a mente jovem." Henry Ford.

"Que os vossos esforços desafiem as impossibilidades, lembrai-vos de que as grandes coisas do homem foram conquistadas do que parecia impossível." Charlie Chaplin

"O melhor indicador do caráter de uma pessoa é como ela trata as pessoas que não podem lhe trazer benefício algum." Pauline Phillips

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[Ivaldo Amorim]

P.S.2. (que não é aquele primeiro PC da IBM... ;-)   ) Segue abaixo o link do site da Loja da Tesla Brasil: 

http://www.olx.com.br/loja/id/36910

[ ]´s

I.A.

 

Ivaldo Amorim
PMI - Project Management Institute Member  ID 1822708/ AMCHAM - American Chamber Membership number 1249398
Cels.: (Tim) 81.9801.47.08 e (Oi) 81.8682.02.01.

“Não se consegue resolver um problema no mesmo nível em que foi criado. É necessário subir a um nível mais alto.” Albert Einstein

"A melhor maneira de prever o futuro é criá-lo." Peter Drucker

"... Se você quer chegar aonde a maioria não chega, faça o que a maioria não faz!" Bill Gates

"...Todos aqueles que procuram aprender sempre permanecem jovens. A coisa mais importante na vida é manter a mente jovem." Henry Ford.

"Que os vossos esforços desafiem as impossibilidades, lembrai-vos de que as grandes coisas do homem foram conquistadas do que parecia impossível." Charlie Chaplin

"O melhor indicador do caráter de uma pessoa é como ela trata as pessoas que não podem lhe trazer benefício algum." Pauline Phillips

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[Marcos Felipe Diniz]

Olá Ivaldo, Obrigado pelos links! 

Não, o objetivo não é bem um "pistão" eletromagnético, mas sim, quero "emular" uma explosão de motor a combustão induzindo uma frequência que cause ressonância eletromagnética em uma câmara (mas sem pistões, bielas e arvore de manivelas). Infelizmente, como todos já devem ter percebido, meus conhecimentos estão muito aquém do necessário para amadurecer a idéia, mas estou caminhando... aos poucos consigo ir moldando o que pretendo.

Assim que as coisas começarem a sair do papel, pretendo ir documentando e compartilhando com os amigos!

Grande abraço.!!

[josenetomg]

Marcos já vi uma experiencia em que ao colocar um imã de brinquedo em nitrogenio liquido o mesmo virou um super imã, no caso de um eletroimã seria o mesmo com a facilidade de se trocar os pols invertendo a corrente que passa por ele, aqueles trens supersonicos de levitação magnetica usam este principio, mas como disse que quer utilizar materiais simples, tome apenas um pouco de cuidado por magnetismo não possui isolação perfeita, um super imã por isso deve ser usado com extrema cautela, se lembre que o sangue que circula em suas veias e constituido por ferro e mesmo alguns equipamentos que usam magnetismo de alta potencia, aparelhos de ressonancia magnetica são extremamente  perigosos, e a exposição tem de ser bastante curta.

[josenetomg]

https://www.youtube.com/watch?v=Ayl-anEkBG8 um link sobre o que eu disse antes

Em terça-feira, 27 de janeiro de 2015 13:32:11 UTC-2, Marcos Felipe Diniz escreveu:

[Marcos Felipe Diniz]

Amigo Jose Neto, obrigado por suas considerações! Realmente, fiquei tão concentrado nos detalhes mecânicos, que negligenciei totalmente a questão biológica! Certamente, meu projeto inicial poderia provocar algumas alterações orgânicas em quem estivesse por perto, e agora vou ter que me concentrar com mais este detalhe importante! Obrigado mesmo!!

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