PROJETO INTEGRADO - FORNO DE INDUÇÃO REV1
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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
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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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