Descri¸ c˜ ao do AGU

Os AGUs pertencem ao grupo dos term´ostatos de contacto mecˆanicos. Na Figura 4.2 apresenta-se o esquema interno deste tipo de sensores. O termostato ´e um dispositivo que funciona como um interruptor, ligando e desligando o sistemas em que estiver inserido. Tem como fun¸c˜ao manter a temperatura do local onde se encontra dentro de um intervalo pre- viamente estabelecida, ativando ou desativando os mecanismos respons´aveis pela gera¸c˜ao ou extra¸c˜ao de calor. Por exemplo nos fornos de uso dom´estico, quando se define a temperatura para 180oC o forno liga as suas resistˆencias de aquecimento, quando a temperatura ultrapassa o valor estabelecido, o term´ostato desliga o forno fazendo com que a temperatura comece a baixar. Quando a temperatura fica menor que o valor de referˆencia, o term´ostato volta a ligar o forno. A diferen¸ca entre a temperatura de corte e de ativa¸c˜ao denomina-se por his- terese, garantindo assim que o forno n˜ao est´a em constantes comuta¸c˜oes do seu estado de funcionamento.

O AGU acopla-se diretamente `a superf´ıcie em que se pretende regular a temperatura atrav´es do seu disco de exposi¸c˜ao. Este disco ir´a servir como meio de transmiss˜ao de calor para o disco bimet´alico que serve de interruptor.

(a) Esquema interno de um termostato bimet´alico. [46]

(b) Fotografia com os componentes internos de um sensor do tipo AGU.

Figura 4.2: Representa¸c˜ao interna dos componentes que formam os sensores do tipo AGU.

Na Figura 4.3 mostra-se o esquema de funcionamento dos term´ostatos com disco bi- met´alico. Quando o sensor se encontra no estado de repouso, isto ´e, quando a temperatura a que este est´a exposto ´e menor que a sua temperatura de atua¸c˜ao, o disco bimet´alico tem uma forma cˆoncava, permitindo a existˆencia de contacto entre os terminais do sensor. Quando se atinge a temperatura de atua¸c˜ao do sensor, o disco bimet´alico muda a sua forma para con- vexa, empurrando um ˆembolo met´alico que desliga o contacto entre os terminais do sensor, fazendo com que este se torne um circuito aberto. Assim que a temperatura voltar a baixar, o disco volta `a sua forma inicial voltando a existir contacto entre os terminais do sensor.

(a) No estado normal o bimet´alico apresenta uma forma concava, permitindo a conex˜ao entre os terminais do sensor.

(b) Quando atinge a temperatura de atua¸c˜ao o bimet´alico muda a sua estrutura para uma forma convexa abrindo a conex˜ao entre os terminais do sensor.

Figura 4.3: Esquema do funcionamento interno dos term´ostatos com ac¸c˜ao bimet´alica.[47]

O disco bimet´alico ´e um dispositivo constitu´ıdo por duas ou mais ligas met´alicas diferentes, com igual tamanho sobrepostas entre si. As ligas met´alicas tˆem coeficiente de expans˜ao com a temperatura diferentes [48]. Na Figura 4.4 mostra-se um esquema de um disco contendo duas ligas met´alicas diferentes. A liga com maior coeficiente de expans˜ao est´a representado por HES (High Expansion Strip), estando a liga com menor coeficiente representada por LES (Low Expansion Strip). Quando sujeitas a varia¸c˜oes de temperatura a liga met´alica com maior coeficiente de expans˜ao ir´a ficar sujeita a uma for¸ca de compress˜ao. Isto acontece porque com o aumento da temperatura esta liga ir´a tender a expandir mais rapidamente do que a outra, no entanto como as ligas se encontram ligadas entre si o seu tamanho relativo ter´a que se manter igual, formando-se assim uma curvatura. A liga que se na encontra parte superior ir´a ter um raio de curvatura (R) maior e consequentemente a sua dimens˜ao tamb´em ser´a maior.

Cap´ıtulo 5

Proposta de optimiza¸c˜ao

O aumento do n´umero de sensores de seguran¸ca tem um impacto direto no tempo de ensaio final dos equipamentos aumentando assim seu tempo de produ¸c˜ao. Neste cap´ıtulo v˜ao-se propor formas de otimizar os m´etodos de teste j´a existentes de modo a reduzir o tempo necess´ario para a produ¸c˜ao de esquentadores.

5.1

Aquecimento por indu¸c˜ao

A indu¸c˜ao eletromagn´etica define-se como a produ¸c˜ao de uma for¸ca eletromotriz num condutor el´etrico quando este se move num campo magn´etico, ou quando ´e exposto a um campo magn´etico vari´avel [49]. Este fen´omeno foi descoberto em 1831 por Michael Faraday e caracteriza-se pelo aparecimento de uma corrente el´etrica, num circuito el´etrico fechado, devido a varia¸c˜oes de corrente el´etrica noutro circuito que se encontre nas proximidades[50]. Desta forma o aquecimento por indu¸c˜ao eletromagn´etica define-se pelo acto de aquecer materiais condutores el´etricos, tais como os metais [51], colocando-os expostos a campos magn´eticos vari´aveis [52].

Um sistema de aquecimento por indu¸c˜ao consiste num circuito oscilat´orio que tem como fun¸c˜ao gerar uma corrente alternada que ´e transmitida para uma bobine de indu¸c˜ao, cri- ando no seu interior um campo electrom´agnetico que ir´a induzir uma corrente na pe¸ca a ser aquecida.

Figura 5.1: Esquema do funcionamento da bobine de indu¸c˜ao [53].

Na Figura 5.1 mostra-se um diagrama com o efeito do campo magn´etico na pe¸ca a ser aquecida. Neste exemplo a bobine de indu¸c˜ao ´e cil´ındrica pelo que tem de se colocar a pe¸ca a ser aquecida dentro da bobine. No entanto n˜ao ´e necess´ario que a bobine tenha sempre a forma cil´ındrica. Dependendo do caso de aplica¸c˜ao, as bobines podem ter variadas geometrias como se mostra na Figura 5.2.

Figura 5.2: Conjunto de bobines de indu¸c˜ao com diferente formas geom´etricas [54]. O aquecimento dos objetos baseia-se em dois mecanismos de dissipa¸c˜ao de energia, as per- das por efeito de Joule, devido `as corrente de Eddy, e as perdas associas `a histerese magn´etica. As perdas por histerese apenas acontecem em metais ferromagn´eticos pois s˜ao causadas pelas mudan¸cas na magnetiza¸c˜ao da mol´eculas devido `as varia¸c˜oes do campo magn´etico. Cada vez que o campo muda de sentido, os dipolos, que podem ser comparados a pequenos ´ımans [51],

seguem a mudan¸ca do campo magn´etica e a energia proveniente desse movimento ´e transfor- mada em calor.

Figura 5.3: Efeito do campo magn´etico nos dipolos, N-Norte, S-Sul [55].

As correntes induzidas nos objetos s˜ao chamadas de Corrente de Eddy. Estas correntes tˆem a mesma frequˆencia que as correntes que circulam na bobine de indu¸c˜ao, no entanto tˆem sentido oposto. Os objetos a serem aquecidos s˜ao condutores el´etricos e tˆem uma resistˆencia interna associada que ir´a contrariar o fluxo de corrente induzida, gerando desta forma calor devido `as perdas por efeito de Joule.