Desenvolvimento de dispositivos simplificados de caracterização ágil de propriedades elétricas e magnéticas de materiais compósitos magnéticos moles

Abstract

A eficiência energética desempenha um papel fundamental no avanço tecnológico, e os materiais magnéticos assumem uma posição importante nesse cenário. Os recentes avanços nesta área visam aprimorar dispositivos relacionados à geração e conversão de energia elétrica. Os chamados Compostos Magnéticos Moles (Soft Magnetic Composites - SMCs) representam uma categoria inovadora de materiais magnéticos projetados para minimizar perdas magnéticas. Sua capacidade de conduzir o fluxo magnético de maneira isotrópica em três dimensões possibilita não apenas a redução de perdas, mas também a miniaturização de dispositivos, o desenvolvimento de designs inovadores e a viabilização de aplicações mais avançadas. A identificação de materiais SMCs promissores envolve a avaliação das perdas magnéticas, com foco no aumento da resistividade elétrica e da permeabilidade magnética para minimizar as perdas do material. Este trabalho de conclusão de curso apresenta o desenvolvimento de bancadas para a avaliação de propriedades elétricas e magnéticas de amostras toroidais produzidas a partir de compósitos magnéticos moles. Os dispositivos desenvolvidos neste estudo têm como principal finalidade fornecer informações influentes nos coeficientes de perdas magnéticas, com o uso de circuitos mais simples de construir e mensurar. Nesse sentido, foi realizada a validação da bancada de medição de permeabilidade magnética, comparando os resultados obtidos com amostras de SMC comercial às medições anteriormente realizadas em uma bancada comercial de precisão. Os resultados indicam uma elevada correspondência entre as medições realizadas na bancada de precisão e aquelas obtidas através do dispositivo desenvolvido (R²=0,99). Posteriormente, foi conduzida a validação da bancada de medição de resistividade elétrica, fundamentada na correlação entre os valores de resistividade medidos em amostras de SMCs de dupla camada utilizando o equipamento desenvolvido e seus respectivos coeficientes de perdas dinâmicas ( ). A correlação identificada neste contexto está em conformidade com o padrão de comportamento comumente observado em SMCs, conforme documentado em estudos anteriores. Por fim, um estudo de caso foi implementado, empregando as bancadas desenvolvidas para efetuar uma avaliação ágil das propriedades elétricas e magnéticas de novos SMCs de dupla camada desenvolvidos no Laboratório de Materiais da UFSC (LabMat). Os resultados do estudo de caso sugerem que amostras produzidas com revestimento de dupla camada com fase vítrea baseada em silicato de potássio com fração de sólidos variando de 1 a 2% são particularmente promissoras.