Avaliação de metodologia para o dimensionamento de um freio de Foucault

Abstract

O presente trabalho consiste na avaliação de métodos teóricos para o dimensionamento dos principais componentes de um freio eletromagnético por correntes parasitas, também conhecido como freio de Foucault, para ser usado na medição do desempenho de motores e turbinas de baixa potência. Para tanto, um estudo das condições de torque e força frenante exigidas para o funcionamento do freio foi realizado, e uma metodologia de cálculo foi proposta. Para a verificação dos resultados calculados, foram realizados ensaios em um freio de Foucault conectado a uma turbina Tesla, disponível no laboratório LETA da UFRGS. Os valores medidos de torque, rotação e força de freio foram avaliados em equações encontradas na literatura e uma comparação esses resultados foi feita. Os resultados mostraram que a utilização da metodologia proposta, apesar de superdimensionar o freio, pode ser empregada para o seu projeto. Esse fato deve-se mais provavelmente à dificuldade de se estimar a intensidade da densidade de campo magnético produzido pelos eletroímãs, onde diversas simplificações foram utilizadas, o campo magnético no entreferro ser constante e uniforme, densidade de correntes parasitas ser uniforme na área do disco sob os polos do ímã e área de ação do fluxo magnético no entreferro ter um acréscimo de 10% em relação a área do núcleo do ímã.

This paper focuses on the evaluation of theoretical methods for the design of the main components of an electromagnetic brake based on parasite currents, also known as Foucault brake, used to measure the performance of low power engines and turbines. In order to achieve that, a study about the braking torque and force working conditions was made and a calculation methodology was proposed. To validate the study calculated results, experimental tests were conducted using a Foucault brake prototype attached to a Tesla Turbine, available in UFRGS’s LETA laboratory. In addition, the measured torque, force, and rotation parameters were replaced in the obtained equations found in technical literature to create a comparison between these parameters. The results have shown that despite the use of the proposed methodology predicts an oversized brake, it can be used for the brake’s project. This fact happens most probably because of the difficulty in calculating the magnetic field parameters generated by the electromagnets, where some simplified hypothesis were assumed, such as th magnetic field being uniform and constant in the air gap, the induced currents density being constant on the disc area below the poles and an increase of only 10% to the magnetic flux area in the air gap.