Considerações finais sobre a parte técnico-científica desenvolvida

Este trabalho foi de cunho experimental, mas nem por isso deixou de ter exigências teóricas. No estado atual, pode-se afirmar que os modelos poderiam ser reformulados também utilizando a variável magnetização, onde ela for a essência do fenômeno, e não a indução magnética. Talvez por ter faltado uma visão mais físico-teórica dos modelos é que se esbarrou em fatos incompreensíveis. A parte teórica também foi explorada a fim de se poder compreender os fenômenos físicos em sua manifestação. Em suma, esta tese se constitui em:

a) uma síntese do estado da arte sobre as perdas no ferro sob o enfoque da Engenharia Elétrica;

b) uma bancada experimental para o estudo do comportamento dos materiais ferromagnéticos, principalmente no controle efetivo da forma de onda do fluxo magnético e na metodologia de medição das perdas no ferro;

c) uma metodologia de caracterização dos materiais sob uma estratégia de separação de cada tipo individual de perda, modelando as perdas no ferro nos circuitos magnéticos submetidos a regimes senoidais em função da variação da amplitude da indução, mostrando as limitações e validade do modelo;

d) um estudo sobre a freqüência de medição da perda por histerese;

e) a comprovação prática das equações de estimação das perdas no ferro propostas por Amar e Protat;

f) um procedimento de obtenção dos parâmetros para os modelos de histerese de Jiles- Atherton original e o seu modelo inverso;

g) uma aplicação da caracterização magnética na modelagem analítica e numérica (via elementos finitos 2D) de uma estrutura magnética (quadro de Epstein);

h) a discussão de problemas de medição de parâmetros e de grandezas na parte experimental (as questões de observação de fenômenos isolados);

i) um estudo sobre modelos elétricos do material magnético e suas perdas (Anexo A). No panorama do desenvolvimento da evolução da pesquisa na área da determinação das perdas em lâminas de ferro silício e da caracterização do material ferromagnético, sob o ponto de vista da engenharia elétrica, a tendência da abordagem acadêmica é aplicar o método de separação das perdas por histerese, por correntes de Foucault e excedentes. No regime senoidal, o tipo de perda em lâminas de ferro silício a grão não orientado, e que mais pesa no balanço total dentro de uma faixa de freqüência em torno da freqüência comercial, é a perda por histerese. Não obstante, é o tipo de perda em que há um maior empenho em seu entendimento e modelagem pela comunidade científica. Pois, além de se procurar modela-la sobre o ponto de vista da energia dissipada, também se caracteriza magneticamente o material por uma relação BH verdadeira. Acredita-se que este

trabalho em conjunto com o desenvolvido por Sadowski e por Lajoie-Mazenc tenha dado uma contribuição significativa ao julgamento do modelo de Jiles-Atherton, bem como uma melhoria e adaptação do mesmo para o cálculo eletromagnético por elementos finitos.

Enumera-se a seguir as dificuldades mais relevante encontradas nos ensaios práticos e nos procedimentos de modelagem.

a) Na região de saturação, o processo e a metodologia de caracterização do material magnético e a separação em três componentes de perda não foram eficientes. Pergunta- se: é um problema de medição? É um problema do sistema de controle e alimentação do dispositivo eletromagnético, ou de sua natureza? É um problema que tem sua origem em outros fenômenos que foram negligenciados (por exemplo a mudança vetorial do caminho magnético nos cantos do quadrado de Epstein)? É o efeito de um outro tipo de fenômeno que não foi contemplado nesta investigação?

b) Faltou um conhecimento maior do comportamento da condutividade elétrica do material, fazendo com que a investigação ficasse devedora neste assunto pertinente e relevante.

c) A instrumentação básica de apoio à operação da bancada experimental não foi, em certos casos adequada, por vezes faltando capacidade de potência instantânea no sistema. (Felizmente por um outro lado, salienta-se a disponibilidade de ferramentas de alto nível para a investigação experimental, tal como o pacote de placas eletrônicas e do software LabView da National Instruments).

d) O quadro de Epstein, apesar de suas vantagens, foi projetado para operar em uma gama restrita de baixa freqüência, não menor do que 10 [Hz], possuindo inconveniências dos níveis de tensão utilizados no estudo realizado.

e) Há uma série de imprecisões práticas de medida de grandezas físicas, tais como da seção transversal efetiva perpendicular ao fluxo magnético, da não constância da espessura da lâmina do material, da condutividade elétrica do material, assim por diante. É mister elaborar métodos para determiná-los com maior precisão, ou utilizar e adequar métodos.

f) Existem problemas nos instrumentos de medição. Por exemplo: na região de saturação, a corrente de pico é cerca de 50 vezes o valor em baixas induções, gerando problemas de resolução da escala e, consequentemente, de precisão. Inclusive, qualquer nível contínuo (“DC offset”) não ajustado no amplificador de corrente, quando se está medindo na região de saturação, provoca erros grosseiros. Por outro lado, este ajuste não é tão simples devido à necessidade de que seja feito em uma escala de corrente alta.

g) A integração da tensão induzida no secundário do quadrado de Epstein não é tão simples. Se feita por elementos passivos, há atenuação e impossibilidade de uma implementação satisfatória para as baixas freqüências de operação (os elementos passivos são volumosos). Em uma implementação utilizando amplificadores operacionais, tem-se problemas de instabilidade, precisão e dificuldades de implementação e de funcionamento em baixas freqüências. No caso do método numérico, aquele utilizado neste trabalho, existem problemas associados aos níveis contínuos. Para que não haja este problema, para um sinal na forma senoidal por exemplo, deve-se começar a integrar o sinal em um dos valores máximo ou mínimo (ou seja, na forma cossenoidal). No sinal não senoidal, o início da integração deverá ser na amplitude máxima da fundamental, por exemplo.

O estudo experimental não levou em conta cuidados acerca de procedimentos e de conhecimentos oriundos da parte metalúrgica do material. No nível atual do trabalho, necessita-se incluir os conhecimentos e procedimentos metalúrgicos, inclusive para validar os modelos que talvez não estejam contemplando certos fenômenos ignorados, como também explicar certos comportamentos do sistema eletromagnético.

Não se teve preocupação em ter uma precisão padronizada, não se averiguando erros no processo de mensuração e quantificação. Procurou-se realizar as medidas com atenção a fim de gerar conjuntos de valores que pudessem ser utilizados sem comprometimento da aplicação e da validação de modelos. Uma série de fenômenos elétricos e magéticos foram desprezados, por exemplo o efeito pelicular e o de proximidade das correntes elétricas nos enrolamentos, as formas diferentes das correntes induzidas no material, os campos dispersos e as indutâncias parasitas.

O trabalho se restringiu a aços ao silício de grão não orientado.