Cap. 3.2. Os componentes: Bobinas com Aço-Elétrico

Neste artigo serão explicadas algumas características sobre o Aço-Elétrico, que possui propriedades excelentes para aplicações envolvendo bobinas!

Imagem 1 - Na imagem acima, várias chapas de Aço-Elétrico

Aços são materiais encontrados nas mais diversas formas, microestruturas, composições e aplicações, tendo uma importância fundamental na sociedade humana. Neste artigo será visto um tipo específico de aço, com propriedades excelentes para aplicações envolvendo componentes eletrônicos: é o Aço-Elétrico, com propriedades magnéticas "aprimoradas" para serem a matéria-prima de alguns tipos de transformadores e motores elétricos.

Ao ser magnetizado e desmagnetizado, o Aço-Elétrico provoca perdas de energia, pois é uma material mais propício ao superaquecimento. Mesmo assim, devido à alta permeabilidade magnética, se as perdas forem minimizadas, o Aço-Elétrico é um material excelente.

Abaixo, veja alguns detalhes sobre a composição química deste material.

Composição Química

O Aço-Elétrico deve possuir teores de Carbono mínimos, para que durante a vida do componente ou da máquina elétrica não haja envelhecimento magnético. Outro fator é que os carbonetos atrapalham a movimentação dos Domínios magnéticos, que é justamente o que permite a magnetização e desmagnetização do material.

O Aço-Elétrico também pode ser chamado de Aço-Silício, pois são misturadas quantidades de Silício e até mesmo Alumínio para aumentar a resistividade elétrica do material, fazendo com que se diminua a circulação de correntes parasitas, diminuindo também as perdas magnéticas.

Silício e Alumínio não são ferromagnéticos, portanto a mistura destes dois materiais diminuem a permeabilidade magnética do Aço. Desta forma, a presença de outros elementos na composição do Aço-Elétrico depende de qual propriedade é mais importante para a aplicação do produto, isto é, se é mais importante a permeabilidade magnética ou a redução de correntes parasitas.

Microestrutura

Como foi dito, o Aço-Elétrico é composto de grãos, como se fossem "pecinhas" que compõem a estrutura do material, e claro que estas "pecinhas" são constituídas de átomos. Quanto maior forem estes grãos, menor a densidade de contorno de cada grão, atrapalhando a movimentação dos Domínios magnéticos do material e, consequentemente, atrapalhando a magnetização e também ocasionando perdas magnéticas, que ocorre devido à um fator conhecido como "perda anômala", um fenômeno ainda em estudos. Grãos de 100 à 150µ já estão de bom tamanho.

Dimensões

No Aço-Elétrico devem ser empregadas espessuras bastante finas, na ordem dos 0,23 à 1,0 milímetro, pois quanto maior o volume do Aço, maior será a circulação de correntes de Foucault (correntes parasitas), gerando dissipação de energia em forma de calor, isto é, perdas magnéticas. É por este motivo que o núcleo de um transformador, por exemplo, é feito de Aço-Elétrico laminado: várias chapas são colocadas juntas para dar a espessura necessária do núcleo. Estas chapas podem ser vistas na imagem 1, no início deste artigo.

Existem dois grandes grupos dentro da classe dos Aços-Elétricos. São eles:

-> Grãos Orientados (GO): Acentuada anisotropia das propriedades magnéticas devido a estrutura química do material ser orientada em uma direção especifica, tornando o Aço-Elétrico GO excelente para transformadores. O percentual de Silício é de aproximadamente 3,25%. O percentual de Carbono é de cerca de 0,01%.

As chapas são laminadas ainda à quente e após passam por um processo de decapagem para retirar a película de Óxido formada. Com a chapa já fria, é feito então uma nova laminação para chegar na espessura final desejada. Para concluir o processo, um recozimento em baixa temperatura. As características magnéticas são as melhores possíveis na direção em que foi feita a laminação da chapa.

Outro tipo menos comum é o Aço-Elétrico de Grãos Super-Orientados. Este tipo possui características ainda melhores se comparado com o Aço-Elétrico de Grão Orientado.

> Grãos Não Orientados (GNO): Este tipo de Aço-Elétrico não apresenta uma anistropia tão elevada, ou seja, suas propriedades magnéticas são distribuídas de forma homogênea em todas as direções, tornando o Aço-Elétrico GNO excelente para motores elétricos. O percentual de Silício varia de 1,05% à 3,25%. O percentual de Carbono é de cerca 0,03%.

Veja abaixo uma imagens com a comparação da estrutura do Aço-Elétrico GO e do GNO:

Imagem 2 - Aço GNO na imagem esquerda e Aço GO na imagem da direita

Transformadores

Entre os usos mais comuns do aço elétrico estão os transformadores, e isso inclui as famosas bobinas de ignição dos motores a combustão interna. A função destes transformadores de ignição é transformar a tensão de alimentação (que nos automóveis é geralmente 12 Volts) em uma descarga elétrica que fica entre 15 kV e 50 kV, valor este que depende do projeto do motor.

A câmara de combustão de um motor é preenchida com a mistura Ar / Combustível e precisa de uma centelha para que haja a combustão e consequentemente a geração de calor e movimento. Mas, para que ocorra a ionização da mistura A/C comprimida é necessário uma descarga elétrica com uma tensão demasiadamente alta, pois apesar dos eletrodos da vela estarem muito próximos um do outro, a resistência elétrica provocada pela mistura comprimida é extremamente grande. É aí que entram as bobinas de ignição. Como a tensão fornecida pela bateria para todo o circuito elétrico do veículo não é suficiente, estes enrolamentos são necessários para "amplificar" esta força e então gerar a descarga necessária para a vela de ignição proporcionar a centelha que vai ionizar a mistura A/C e, consequentemente, a combustão no cilindro.

Veículos mais antigos utilizam uma bobina de ignição para todas as velas, que são acionadas uma-a-uma através de um distribuidor. Veículos mais novos, que portam um módulo de injeção eletrônica utilizam uma bobina de ignição para cada duas velas. Na maioria dos casos existe uma bobina para cada vela, porém conectadas em série duas-a-duas e também controladas por computador. Com um computador comandando as bobinas, não se faz necessário um distribuidor mecânico e o controle de ignição se torna mais fácil.

O funcionamento detalhado do sistema de ignição de um automóvel vai precisar de um artigo exclusivo, pois é bastante conteúdo. Em breve estará no Hardware Central.

Veja abaixo a imagem de uma bobina de ignição dupla da marca Champion utilizada nos motores Renault F3R e F3P e note as chapas laminadas de Aço-Silício por debaixo da carcaça central de metal:

Imagem 3 - Bobina dupla de ignição com núcleo de chapa laminada de Aço-Silício

CURIOSIDADE: Na Imagem 3 você pode ver uma das pontas do componente com uma interface de três pinos. Para saber mais sobre a pinagem desta e de outras bobinas, bem como o funcionamento das bobinas de ignição como um todo, CLIQUE AQUI!

Por enquanto não vou me estender aos outros tipos de transformadores, porém ao longo do tempo novas informações serão adicionadas nesta seção.

Geradores / Motores elétricos

Outra aplicação do Aço-Elétrico são os geradores. Motores e geradores se utilizam de um metal ferromagnético tanto para o o rotor quanto para o estator. Não sabe o que é rotor e estator?

CLIQUE AQUI e leia o artigo sobre o funcionamento dos geradores.

CLIQUE AQUI e leia o artigo sobre o funcionamento dos geradores utilizados em automóveis que portam motor de combustão interna.

Por enquanto não vou me estender aos vários tipos de motores elétricos, porém futuramente mais conteúdo vai ser adicionado nesta seção.

Foram deixados alguns "pontos" em aberto neste artigo e que em breve serão complementados em um artigo especial sobre magnetismo. Será explicado sobre grãos, sobre Domínios magnéticos e alguns outros termos que serão detalhados em breve, para fechar o assunto "bobinas". Aguarde!

Se você gostou, curta e compartilhe no Facebook e em outras redes sociais! Mostre este e outros artigos para pessoas que você conhece e que gostam de tecnologia! Assim elas também poderão aprender um pouquinho mais sobre este magnífico mundo!

Para tirar dúvidas, apontar equívocos e sugerir conteúdo, mande um e-mail para hardwarecentrallr@gmail.com

---

FONTES e CRÉDITOS:

Texto e imagens: Leonardo Ritter

Fontes: Apheram South América; suapesquisa.com.

Última atualização: 20 de Janeiro de 2022.