UNIVERSIDADE NOVE DE JULHO

DIRETORIA DE CIÊNCIAS EXATAS

ENGENHARIA CIVIL, ENGENHARIA ELÉTRICA, ENGENHARIA MECÂNICA E

ENGENHARIA DE PRODUÇÃO MECÂNICA

PROJETO INTEGRADOR DE ENGENHARIA CAMPUS MEMORIAL

TURMA: 5A1

MARCO ANTONIO DE C. SOUZA

RODRIGO PEDROSA GONÇALVES RODRIGO ROCHA CORREIA

RUDY RODRIGUES DE SOUZA WERNER ROTH SANTOS

FORNO DE INDUÇÃO

São Paulo 2013

UNIVERSIDADE NOVE DE JULHO

DIRETORIA DE CIÊNCIAS EXATAS ENGENHARIA CIVIL, ENGENHARIA ELÉTRICA,

ENGENHARIA MECÂNICA E ENGENHARIA DE PRODUÇÃO MECÂNICA

PROJETO INTEGRADOR DE ENGENHARIA CAMPUS MEMORIAL

TURMA: 4A1

MARCO ANTONIO DE C. SOUZA RODRIGO PEDROSA GONÇALVES

RODRIGO ROCHA CORREIA RUDY RODRIGUES DE SOUZA

WERNER ROTH SANTOS

FORNO DE INDUÇÃO

Projeto apresentado à Universidade Nove de Julho como requisito parcial para a avaliação do Projeto Integrador do 5° semestre do curso Engenharia Elétrica. Orientadores:XXXXX

São Paulo 2013

"Os problemas significativos com os quais nos deparamos não podem ser resolvidos no mesmo nível de pensamento em que estávamos quando eles foram criados "

Albert Einstein

RESUMO

Esse projeto tem como objetivo demonstrar a cooperação desenvolvendo a

capacidade de trabalhar em equipe, constituindo um grande aprendizado para o

aluno, pois este relatório será instrumento para demonstrar o desenvolvimento do

projeto e a realização de pesquisas correlacionadas ao escopo do projeto integrador.

O escopo do projeto é a concepção de um forno de indução didático, usando

como base o principio de funcionamento de um transformador e o principio de

indução eletromagnética.

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SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................1

2 TEORIA.......................................................................................... ........................2

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..............................................................................13

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1 INTRODUÇÃO TEÓRICA SOBRE OS TRANSFORMADORES

Essencialmente. um transformador consiste em dois ou mais enrolamentos

acoplados por meio de um fluxo magnético comum. Se um desses enrolamentos, o

primário, for conectado a uma fonte de tensão alternada, então será produzido um

fluxo alternado cuja amplitude dependerá da tensão do primário, da frequência da

tensão aplicada e do número de espiras. O fluxo comum estabelece um enlace com o

outro enrolamento, o secundário, induzindo neste uma tensão cujo valor depende do

número de espiras do secundário, praticamente qualquer relação de tensões, ou a

realçaão de transformação, pode ser obtida.

A essência do funcionamento de um transformador requer apenas que haja

um fluxo comum, variável no tempo, enlaçando dois enrolamentos. pode ser tornado

muito mais eficiente usando-se um núcleo de ferro ou de algum outro material

ferromagnético. Nesse caso, o fluxo em sua maior parte fica confinado a um caminho

delimitado, de alta permeabilidade, enlaçando os enrolamentos. Tal transformador é

comumente chamado de transformador de núcleo de ferro. A maioria dos

transformadores é desse tipo. A discussão seguinte ocupa-se quase que totalmente

de núcleo de ferro.

2.1 CONCEITOS BÁSICOS DE AQUECIMENTO POR INDUÇÃO

O aquecimento utilizando uma resistência é o tipo mais comum de processos

de aquecimento elétrico. Ele utiliza o relacionamento entre a tensão e a corrente da

resistência na Lei de Joule.

O Aquecimento por condução explora a energia do calor gerado quando um

objeto é colocado entre dois polos elétricos, que é outra aplicação da Lei de Joule.

Neste caso, no entanto, uma relação diferente existe entre a tensão e a corrente,

especialmente quando o circuito de corrente é elevada, porque o próprio objeto

contém tanto características de resistência e indutância.

O tema principal deste projeto integrador é o forno de indução, que utiliza o

aquecimento por indução, que é uma combinação de indução eletromagnética, o

efeito Kelvin (skin efect), e o princípio da transferência de calor.

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O aquecimento por indução é constituído por três elementos básicos: indução

eletromagnética, o efeito Kelvin (SKIN EFFECT) e a transferência de calor.

A teoria fundamental da indução eletromagnética, no entanto, é semelhante

ao de um transformador.

A Figura abaixo, mostra um sistema básico de indução, que consiste em

bobinas de aquecimento indutivo e corrente, para explicar a indução

electromagnética.

Figura 1 – Sistema básico de indução eletromagnética.

A Figura 2 mostra uma forma mais simples de um transformador, em que a

corrente do secundário é diretamente proporcional à corrente primária. de acordo

com a relação de vez..

Figura 2 – Circuito equivalente de um transformador e a relação entre primário e secundário. A direita o secundário em curto. A fuga de corrente magnética é ignorada nesta representação.

Quando a bobina do secundário é ligado e em curto-circuito, surge um

aumento de calor devido ao aumento da corrente de carga (corrente secundária). Isto

é demonstrado na Figura acima.

A Figura mostra um sistema em que a energia fornecida pela fonte é da

mesma quantidade como a perda combinada do primário e secundário. Nestas

figuras, a bobina indutora do primário tem muitas voltas enquanto o secundário é

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ligado apenas uma vez e em curto-circuito. O aquecimento indutivo bobina e da

carga estão isoladas umas das outras por uma pequena abertura. A próxima fase do

efeito Kelvin (SKIN EFFECT) ocorre sob alta frequência.

Como o objetivo principal do aquecimento por indução é maximizar a energia

térmica gerada no secundário, a abertura da bobina do sistema de aquecimento por

indução é concebida para ser tão pequena quanto possível e que o secundário é feito

com uma substância com baixa resistência e alta permeabilidade. Metais não

ferrosos prejudicam a eficiência energética devido as suas propriedades de

resistência elevada e baixa permeabilidade.

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2.2 INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA

Quando a corrente entra numa bobina, um campo eletromagnético, é formado

em torno da bobina, de acordo com a Lei de Ampere.

Um objeto colocado no campo magnético provoca uma alteração na

velocidade do movimento magnético. A densidade do campo magnético diminui

conforme o objeto fica mais perto do centro da superfície.

De acordo com a lei de Faraday, a corrente gerada na superfície de um

objeto condutor tem uma relação inversa com a corrente no circuito de indução, tal

como descrito na Fórmula 1-2. a corrente sobre a superfície do objeto gera uma

Corrente de Eddy.

Como resultado, a energia elétrica provocada pela corrente induzida e a

Corrente de Eddy , é convertida em energia calorífica, como demostramos na fórmula

abaixo.

Aqui, a resistência é determinada pela resistividade (ρ) e da permeabilidade

(μ) do objeto condutor.

A corrente é determinada pela intensidade do campo magnético. Energia de

calor está numa relação inversa com a profundidade da superfície (skin)

Se um objeto tem propriedades condutoras, como o ferro, a energiae o calor

adicional é gerado devido a histerese magnética. A quantidade de energia calorifica

criada por histerese está em proporção com o tamanho da histerese. Neste

documento, esta energia adicional é ignorada, porque é muito mais pequena (menos

Fórmula 1-1

Fórmula 1-2

Fórmula 1-3

10

de 10%) do que a energia gerada pela indução de corrente.

2.3 EFEITO KELVIN (SKIN EFFECT)

Quanto maior for a frequência da corrente administrada para a bobina, a mais

intensa é a corrente induzida pelo fluxo em torno da superfície da carga.

A densidade da corrente induzida diminui quando flui para mais perto do

centro, como mostrado na Fórmula 1-4 e 1-5 abaixo.

Este é o chamado Skin effect ou efeito Kelvin. A partir deste fato, pode-se

facilmente inferir que a energia de calor a partir da energia elétrica convertida é

concentrada sobre a profundidade da superfície do objeto.

A Fórmula 1-5 indica que a espessura da superfície é determinada pela

resistividade, permeabilidade, e frequência do objeto. A figura 3, logo abaixo, é o

gráfico da distribuição de densidade de corrente em relação à espessura da

superfície.

Fórmula 1-4

Fórmula 1-5

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Figura 3 – Gráfico de distribuição da densidade de corrente e

espessura da superficie.

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

12

6 - CONCLUSÃO

AXXXXXXXXXXXXXX

.

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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS GUSSOW, Milton. Eletricidade Básica. 2.ed. São Paulo: Makron Books, 1997

SADIKU, MATHEW N. O. ; ALEXANDER, CHARLES K. ,. Fundamentos De Circuitos Elétricos. 3.ed. São Paulo: Mc Graw Hill 2008 J.DAVIES, Induction Heating Handbook, McGraw-Hill, 1979 SADIKU, MATHEW N. FElementos de Eletromagnetismo, 5.ed. São Paulo: Bookmann 2012

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LISTA DE FIGURAS E DOCUMENTOS APLICAVEIS AO PROJETO

Fig01

Figura1 e 2 : Caixa modelo patola

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Fig2

Kit quase que completo de materiais utilizados acima.

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Placa base para gravação do circuito.

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Um dos testes com um galvanômetro retirado de um multímetro comercial.

Chave comutadora e leds que será utilizada no projeto.

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