FREIO MAGNÉTICO
FREIO MAGNÉTICO
FREIO MAGNÉTICO
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1 DELINEAMENTO<br />
1.1 Introdução<br />
FUNDAÇÃO ESCOLA TÉCNICA LIBERATO SALZANO VIEIRA DA CUNHA<br />
Projeto de Pesquisa da Primeira Série<br />
Série: Primeira Curso: Eletrotécnica<br />
Turma: 2123 Sala: 234<br />
Início: 02 de junho de 2009 Entrega: 17 de julho de 2009<br />
Aluno: César Augusto Schiling (04) Aluno:Fernanda de F. de Lima (10)<br />
Aluno: Djeison da Rosa Brauner (06)Aluno: Pamella Fiúza Freitas (22)<br />
Orientador: Prof. Marco Weschenfelder Co-orientador: Prof. Nára Medeiros<br />
<strong>FREIO</strong> <strong>MAGNÉTICO</strong><br />
Neste inicio de ano letivo, fomos surpreendidos com uma matéria nova na grade<br />
escolar, projetos, que nos trouxe como desafio, visitarmos o MCT-PUC e escolhermos entre<br />
tantas experiências, 3 para ser avaliados pelo orientador da pesquisa, e um deles será posto em<br />
pratica. Dentre tantos outros trabalhos expostos no mesmo (MCT), escolhemos, apos<br />
avaliação dos componentes do grupo fora escolhido, portanto para ser realizado o Freio<br />
Magnético.<br />
A escolha foi feita a partir de grandes duvidas do mesmo assunto pelos integrantes do<br />
grupo e por ser muito interessante para previamente nos aprofundarmos nesta matéria. O<br />
projeto visa à construção de um freio eletromagnético com peças reaproveitadas, onde<br />
demonstraremos o funcionamento do aparelho e sua precisão. Junto com os conhecimentos<br />
que ganharemos sobre a Lei Foucault que visa: quando um corpo metálico oscila, cruzando o<br />
entreferro de um ímã ou eletroímã, ocorre uma variação de fluxo através dele, ocasionado por<br />
uma variação de área. Essa variação de fluxo magnético induz uma f.e.m. (força eletromotriz)<br />
no corpo, que determina, por sua vez, o aparecimento de uma corrente elétrica em sua massa.<br />
Essa corrente induzida gera um novo campo magnético que se opõe ao campo magnético<br />
indutor (lei de Lenz).<br />
1.2 Proposta<br />
Materiais como alumínio e cobre não são atraídos por imãs. Portanto, em<br />
um freio magnético, como pode ser possível que uma placa de alumínio, solta entre dois<br />
campos magnéticos, pare depois de certo tempo? O fato deste tipo de material não ser<br />
atraído por imãs não quer dizer que não possa haver nenhuma outra forma de interação<br />
entre estes. As cargas elétricas presentes na placa de alumínio, em movimento relativo ao
campo magnético estão sujeitas as forças magnéticas, também chamadas de força de<br />
Lorentz, fazendo com que as cargas tenham um movimento perperdicular ao campo<br />
magnético que estão atravessando. Este movimento é responsável por gerar uma corrente<br />
induzida (correntes de Foucault) tal que os pólos magnéticos destas têm sentido oposto à<br />
variação de fluxo magnético que as gerou, conforme a Lei de Lenz. Por este motivo, a<br />
placa pára depois de certo tempo. O freio magnético é utilizado desde simples objetos,<br />
como as carretilhas de pesca, até na frenagem de trens.<br />
1.3 Justificativa(s)<br />
Os freios são materiais associados à rotação quase sempre com fricção, assim o freio<br />
magnético se sobrepõe aos freios mais simples pela sua precisão e inovação de técnica. Pode-<br />
se observar que, quando uma chapa oscila no interior do campo magnético gerado pelos ímãs,<br />
seu tempo de amortecimento é muito menor do que quando está fora desse campo. Verifica-<br />
se, portanto, o efeito de freio das correntes de Foucault. A forma de oscilar da chapa de<br />
alumínio que constitui o pêndulo é tal que o plano da chapa permanece sempre paralelo ao<br />
plano de oscilação do pêndulo. E assim podemos concluir que este método tem alta<br />
resistência, e a maior vantagem é a alta precisão que o Freio Magnético permite.<br />
1.4 Problema<br />
Seria possível desenvolver um freio magnético de uso didático no qual fosse possível<br />
demonstrar os efeitos eletromagnéticos envolvidos?<br />
1.5 Hipótese(s)<br />
Através da construção do material didático demonstrativo seria possível demonstrar os<br />
efeitos eletromagnéticos envolvidos.<br />
1.6 Objetivo<br />
Construiremos um Freio Eletromagnético, capaz de demonstrar os efeitos que ocorrem<br />
quando uma placa metálica fica entre dois imãs.<br />
1.6.1 Critérios do projeto<br />
O Freio Magnético apresenta uma precisão superior do que os convencionais, também<br />
gerando uma corrente induzida, conhecida como Corrente de Foucault.
2 CONTEXTUALIZAÇÃO DA PESQUISA<br />
Após uma pesquisa sobre freios magnéticos, fora constatado pelo grupo que os freios<br />
magnéticos têm uma ampla capacidade de frenagem, pois tem uma capacidade magnética<br />
(também chamada de força de Lorentz) precisa, esse fator ajuda muito na segurança e a<br />
durabilidade, assim demonstraremos então a precisão que ele exerce sobre qualquer objeto<br />
metálico em velocidade.<br />
O nosso projeto nos capacitou então demonstrar estudos e bases cientificas contidos no<br />
caderno de campo e amplamente com uma pequena demonstração da enorme capacidade do<br />
freio modificando-se assim das pesquisas comuns, a nossa se diferencia no fator visual do<br />
projeto sendo demonstrado com material didático, os efeitos que ocorrem, quando uma placa<br />
oscila entre dois imas.<br />
2.1 Contextualização histórica<br />
Os Freios Magnéticos inicialmente foram utilizados para facilitar as frenagens em<br />
geral principalmente de trens sendo uma inovação tecnológica, isto após estudos sobre Lei de<br />
Faraday e Lenz, assim sendo formulados com bases de eletromagnetismo. O trabalho<br />
propunha uma melhor segurança e substituição na área de freios assim evitando vários<br />
acidentes. Ao longo do tempo fora implantado também em carretilhas de pesca sendo uma<br />
novidade com o menor peso, grande capacidade de tração e o grande melhoramento seria a<br />
enorme capacidade e desempenho no arremesso. O freio também já foi introduzido na<br />
bicicleta ergométrica utilizada para exercícios físicos, nos grandes guindastes, e inclusive já<br />
foi criada uma patente onde o freio magnético é utilizado em cadeiras de roda para os<br />
deficientes terem melhor acesso, pois o mesmo possui um controle de torque preciso com<br />
rampas de aceleração e desaceleração suaves. O atrito nessas embreagens é muito baixo,<br />
evitando o aquecimento da embreagem e conseqüentemente aumentando a vida útil. (FONTE)<br />
2.2 Contextualização geográfica<br />
O fato mais marcante nos últimos tempos, com a aplicação do Freio magnético, fora<br />
nos trens, assim, os veículos podem alcançar altas velocidades, e o freio garantir alta precisão<br />
e também uma manutenção mais barata. Freio Magnético teve maior pesquisa entre os<br />
japoneses, americanos, entre outros. (Fonte: Site G1)<br />
2.3 Contextualização teórica<br />
A primeira referência conhecida sobre magnetismo foi a de Tales de Mileto. Oersted,
Maxwell e Foucault foram grandes pesquisadores do magnetismo, durante muito tempo a<br />
magnetização esteve restrita somente a imãs. Michael Faraday, Joseph Henry e Amperé foram<br />
outros nomes muito importantes na descoberta do magnetismo, em si sobre a descoberta do<br />
freio magnético não foram encontrados dados precisos até o presente momento. No mundo os<br />
países que mais utilizam essa técnica do Freio Magnético são: Estados Unidos, Japão e<br />
Europa. Assim como em todo o mundo nos trens. No Brasil é muito utilizado na carretilha de<br />
pesca principalmente no Sul e no Sudeste.<br />
2.4 Contextualização tecnológica<br />
O Freio magnético relacionou-se principalmente com a segurança, é amplamente<br />
utilizado em frenagens de trens por ter enorme precisão, estrutura compacta, baixo ruído, alta<br />
freqüência de trabalho como vida útil, é uma modernidade industrial da automatização,<br />
manutenção barata. Porém pode haver também um pequeno aquecimento se utilizado por um<br />
longo tempo, assim o desenvolvimento de um protótipo que gere um nível muito baixo de<br />
atrito reduziria o tal aquecimento da embreagem.<br />
3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA<br />
Dentre muitos fatores os mais importantes no projeto são magnetismo, indução, fluxo<br />
magnético, corrente de Foucault, campo magnético e principalmente o imã utilizado.<br />
O estudo desses fatores nos dará o pleno apoio para futuramente por em prática então<br />
o projeto, pois sem esses fatores não seria possível o funcionamento do Freio Magnético.<br />
3.1 Magnetismo<br />
Magnetismo é o fenômeno físico que consiste nas forças de atração e repulsão<br />
exercidas por certos metais, como o ferro doce, o cobalto e o níquel, devido à presença de<br />
cargas elétricas em movimento. Dá-se também esse nome a disciplina da física que estuda a<br />
origem e as manifestações de tais fenômenos magnéticos.<br />
3.2 Imãs<br />
Os imãs sempre têm dois pólos, o norte e o sul, eles se atraem, e pólos iguais se<br />
repelem. O imã mais comum é o de aço, que é o ferro misturado com o carbono. O aço forma<br />
um imã permanente, os imãs mais fortes que se consegue fazer são de uma cerâmica chamada<br />
ferrite são utilizados em alto-falantes de som.<br />
A terra constitui-se em um gigantesco imã. Todos os imãs da Terra são atraídos pelos<br />
pólos norte e sul do imã terrestre. Essa força é muito pequena e não sentimos quando
seguramos um imã na mão. No entanto, se um imã estiver colocado numa situação em que<br />
gira com facilidade ele irá apontar para os pólos magnéticos sul e norte terrestre, é o principio<br />
do funcionamento da bússola.<br />
3.3 Fluxo Magnético<br />
O fluxo magnético (Ф) é o conjunto de linhas de força que saem do pólo norte de um<br />
imã ou que entram pelo seu pólo sul constituem o fluxo magnético.<br />
3.4 Indução Magnética<br />
É o fenômeno pelo qual um corpo se imanta quando é colocado perto de um imã já<br />
existente. O corpo que se imanta por indução é chamado de induzido. Chama-se material<br />
magnético de que é feito o induzido, podem acontecer dois casos de acordo com os pólos<br />
induzidos.<br />
No 1º caso se o material for de ferro, alumínio ou chumbo, inverte-se os pólos.<br />
No 2º caso se o material for cobre, ou grafite, a intensidade de imantação do induzido<br />
tem sentido oposto do campo induzido<br />
3.5 Campo Magnético<br />
É uma região do espaço onde se manifesta o magnetismo, através das chamadas ações<br />
magnéticas. Essas ações verificam-se a distância e apenas algumas substâncias são<br />
influenciadas pelo campo magnético. Por exemplo, o cobre não tem propriedades magnéticas.<br />
Pelo contrário, os materiais ferrosos são fortemente variados. As substâncias que tem<br />
prioridades magnéticas chamam-se ferromagnéticas.<br />
3.6 Corrente de Foucault<br />
Recebe esse nome também de “correntes parasitas” as correntes elétricas que<br />
aparecem em massas metálicas, como conseqüência da variação do fluxo que as atravessa. Em<br />
outros idiomas, tais correntes elétricas equivalentes a corrente redemoinho ou turbilhonares.<br />
Estas correntes, antajosas em alguns casos, são nocivas em muitos outros, pois podem<br />
acarretar grandes dissipações de energia e, sobre tudo, pois elevam a temperatura das peças<br />
metálicas ocasionando, por vezes, a distribuição de partes de aparelhos. A razão disso, é que<br />
na intensidade alta, devido ao fato que a resistência ôhmica dessas massas metálicas é<br />
pequena.<br />
O efeito Joule incumbe-se de propiciar uma grande elevação da temperatura. Essas<br />
correntes podem ser evidenciadas por seus efeitos.
4 METODOLOGIA<br />
Com base no projeto em si, conseguiremos construir um protótipo com fundamentos<br />
básicos do eletromagnetismo para uso didático, assim como demonstraremos as forças que<br />
atuam sobre o mesmo. Citaremos também os possíveis contratempos do projeto como o<br />
aquecimento que pode ocorrer se o freio magnético fora utilizado durante um longo tempo.<br />
Concluindo nosso projeto de uma forma que consigamos passar o mesmo conhecimento<br />
adquirido durante a pesquisa para fins didáticos.<br />
4.1 Proposta de solução<br />
O experimento será construído com materiais reaproveitáveis, como, quadro de<br />
bicicleta, imas de alto-falante, etc. Elaboramos um material didático para demonstrar a força<br />
exercida quando uma placa de alumínio oscila entre os corpos, chama-se corrente de Foucault.<br />
Através de pesquisas feitas em livros e internet, esclareceremos as possíveis<br />
duvidas de todos, e demonstraremos suas principais características.<br />
4.2 Orçamento<br />
O grupo decidiu fazer um projeto com a maioria dos materiais de origem reciclada, ou<br />
seja, uma grande porcentagem do nosso trabalho é de materiais já utilizados e que foram<br />
descartados e tirados de uso, que após nós reciclamos tendo como base os mesmos materiais<br />
da pesquisa. O que poderá ser adquirido na conclusão do protótipo será o disco de metal, e o<br />
auxilio de um soldador.<br />
Tabela 1.Orçamento de materiais para execução do projeto.<br />
Orçamentos<br />
Melhor<br />
Material<br />
Loja A Loja B Loja C Preço Custo<br />
Aro de bicicleta - - - - Doação<br />
Imãs - - - - Doação<br />
Disco de metal 70,00 - - - 70,00<br />
Total 70,00<br />
Tabela 2.Orçamento de serviços para execução do projeto.<br />
Pesquisadores<br />
Atividade<br />
A B C D Terceiros Custo<br />
Soldagem 7,00 12,00 10,00 - - 7,00<br />
Total 7,00<br />
4.3 Cronograma<br />
Nosso cronograma explica cada período que realizamos ou futuramente realizaremos
os possíveis eventos para a conclusão final do projeto, temos como objetivo ao fazer a tabela<br />
uma organização maior e futuramente explicativa para eventuais fins didáticos.<br />
Atividade<br />
Tabela 3.Previsão de prazos para execução das atividades do projeto.<br />
Abr. Mai. Jun. Jul. Ago. Set. Out. Nov. Dez.<br />
Inicio do caderno de campo. x<br />
Escolha de um grupo contendo<br />
4 (quatro) componentes.<br />
Visita ao museu da PUC. x<br />
Escolha do projeto. x<br />
Início do projeto de pesquisa. x<br />
Delineamento do projeto. x<br />
Busca de materiais do<br />
protótipo.<br />
x<br />
Delineamento para iniciação<br />
x<br />
do conteúdo do projeto.<br />
Contextualização do projeto. x<br />
Fundamentação teórica. x<br />
Elaboração<br />
apresentação.<br />
de uma<br />
Encontro no recesso das aulas<br />
para montar o protótipo.<br />
Finalização do projeto de<br />
pesquisa.<br />
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16 a 30<br />
01 a 15<br />
Finalização do protótipo. x<br />
Iniciação dos ensaios para<br />
apresentação.<br />
Apresentação Oral. x<br />
Entrega do caderno de campo. x<br />
BIBLIOGRAFIA<br />
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NICOLAU, Toledo Ramalho. Os Fundamentos da Física 3 - Eletricidade. Cidade:São Paulo<br />
Moderna, 1988.<br />
Bobina. http://www.fis.unb.br/gefis/exper/prolego/eletro/freiomag.htm, 24 de junho de 2009.<br />
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