Perdas por histerese

As perdas por histerese são perdas de energia que ocorrem em materiais ferromagnéticos, como o ferro, quando estes são expostos a um campo magnético que muda periodicamente. Pertencem às chamadas perdas de ferro e ocorrem, em particular, em componentes que são operados com energia eléctrica. As perdas são causadas pelo facto de a magnetização de um material não seguir o campo magnético externo diretamente e sem perdas. Este efeito é conhecido como histerese. A energia perdida no processo é convertida em calor.

Contexto físico

A origem das perdas por histerese está na física dos materiais ferromagnéticos. Estes são constituídos por domínios magnéticos, ou seja, as áreas mais pequenas em que os momentos magnéticos estão alinhados na mesma direção. Se for gerado um campo magnético externo – por exemplo, por uma corrente que flui numa bobina – estes domínios reagem ao campo.

Quando se completa um ciclo de magnetização, a densidade do fluxo magnético (B) descreve uma curva fechada, o ciclo de histerese, em função da intensidade do campo magnético (H). Esta é uma função de base para descrever o comportamento magnético. A área deste laço corresponde à energia que se perde por ciclo.

Perdas

As perdas por histerese são causadas por vários processos microscópicos no material. O movimento das paredes do domínio é particularmente importante. Estas têm de ultrapassar a resistência interna causada por defeitos ou tensões do material.

Além disso, os momentos magnéticos dentro dos domínios são rodados. Este processo também requer energia. Como estes processos não são completamente reversíveis, perde-se energia.

Estas perdas ocorrem em conjunto com outros tipos de perdas, como as perdas por correntes de Foucault, e são, por isso, frequentemente consideradas como parte das perdas totais do ferro. Podem também ocorrer outras perdas adicionais como resultado de interações complexas no material.

Factores de influência

A quantidade de perda por histerese depende de vários factores. Um fator-chave é o material utilizado. Os materiais magnéticos macios especiais, como o aço para transformadores, têm perdas inferiores às dos materiais magnéticos duros.

A frequência da corrente também tem uma grande influência. Quanto mais rapidamente o campo magnético se altera, mais frequentemente ocorre o mecanismo de perda. A magnetização máxima também desempenha um papel importante.

A temperatura, as tensões mecânicas e a qualidade do material também influenciam as perdas. Estes factores são frequentemente investigados como parte de análises técnicas e medições em engenharia eléctrica, de modo a determinar com precisão o comportamento dos materiais.

Significado na prática

As perdas por histerese são relevantes em muitas aplicações técnicas, particularmente em transformadores, motores eléctricos e geradores. Em todos estes dispositivos, o fluxo de corrente é utilizado para gerar campos magnéticos, o que resulta inevitavelmente em perdas.

Isto faz com que os sistemas aqueçam e reduzam a sua eficiência. Em aplicações industriais, mesmo pequenas perdas podem ter um grande impacto, uma vez que se acumulam durante longos períodos de funcionamento. São frequentemente utilizadas chapas metálicas especialmente fabricadas para reduzir as perdas globais.

A compreensão deste efeito físico é, portanto, crucial para o desenvolvimento de máquinas eléctricas eficientes.

Redução das perdas por histerese

Para minimizar as perdas, são utilizados materiais especiais, nomeadamente ligas magnéticas macias como o aço silício. Estes materiais caracterizam-se por um estreito ciclo de histerese, reduzindo assim as perdas de energia.

O processamento do material também desempenha um papel importante. As tensões internas podem ser reduzidas através de tratamento térmico. Além disso, a conceção dos componentes é optimizada para minimizar as perdas globais.

Na prática, estas medidas são frequentemente combinadas de modo a minimizar as perdas de ferro, as perdas por correntes de Foucault e as perdas adicionais.

Resumo

As perdas por histerese são um componente central das perdas de ferro em materiais ferromagnéticos. São causadas por processos físicos durante a remagnetização e levam à conversão de energia em calor. O efeito ocorre sempre que são gerados campos magnéticos. No entanto, estas perdas podem ser significativamente reduzidas através da seleção de materiais específicos, da otimização da função dos componentes e de medições precisas – particularmente no campo da engenharia eléctrica.