Sistemas de Amortecimento – Atrito por Ar, Atrito por Fluido e Amortecimento por Corrente de Foucault

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Neste artigo, você aprenderá sobre quatro tipos diferentes de sistemas de amortecimento, a saber: amortecimento por atrito a ar, amortecimento por atrito por fluido, amortecimento por correntes de Foucault e amortecimento eletromagnético.

Antes de entrar em detalhes, você deve entender a necessidade de um sistema de amortecimento em um instrumento de medição.

Em um instrumento de medição, o torque de deflexão fornece alguma deflexão e o torque de controle atua na direção oposta à do torque de deflexão. Portanto, antes de ir para o resto, o ponteiro sempre oscila devido à inércia, sobre a posição de equilíbrio. A menos que o ponteiro descanse, a leitura final não pode ser obtida.

Portanto, para deixar o ponteiro descansar em pouco tempo, é necessário o sistema de amortecimento. O sistema deve fornecer um torque de amortecimento somente quando o sistema em movimento estiver em movimento.

Sistemas subamortecidos, sobrecarregados e criticamente amortecidos

O torque de amortecimento em um sistema de amortecimento deve ser de tal magnitude que o ponteiro chegue rapidamente à sua posição final estável, sem ultrapassar os limites.

Se o instrumento estiver subestimado, o sistema móvel irá oscilar em torno da posição final estável com uma amplitude decrescente e levará algum tempo antes de descansar.

Quando o sistema móvel se move rápida mas suavemente para sua posição final estável, diz-se que o instrumento está criticamente amortecido ou batida morta.

Se o torque de amortecimento for maior do que o necessário para o amortecimento crítico, o instrumento é considerado exagerado.

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Em um instrumento sobrecarregado, o sistema em movimento se move lentamente para sua posição final final de uma maneira letárgica. As leituras são muito tediosas de se fazer.

Sistemas underdamped, overdamped e Critically damped (Representação Gráfica)

A figura ilustra a maneira como um sistema underdamped, overdamped e criticamente amortecido move-se para sua posição final estável. O dispositivo de amortecimento deve ser tal que produza um torque de amortecimento apenas enquanto o sistema em movimento estiver em movimento.

Para ser eficaz, o torque de amortecimento deve ser proporcional à velocidade do sistema em movimento, mas independente da corrente de operação. Não deve afetar o torque de controle ou aumentar o atrito estático.

Os métodos para produzir torque de amortecimento são:

  1. Amortecimento por atrito do ar
  2. Amortecimento por fricção de fluido
  3. Amortecimento por correntes de Foucault
  4. Amortecimento eletromagnético.

1. Amortecimento por atrito do ar

Existem dois tipos de dispositivos de amortecimento de fricção a ar.

Amortecimento por atrito do ar

A figura acima mostra o primeiro método de amortecimento de fricção por ar. Consiste em um pistão de alumínio leve que é anexado ao sistema móvel. Este pistão se move em uma câmara de ar fixa que é fechada em uma extremidade. A folga entre as paredes do pistão e da câmara é uniforme e é muito pequena. Quando há oscilações, o pistão entra e sai de uma câmara de ar.

Quando o pistão se move para dentro da câmara, o ar interno é comprimido e a pressão do ar assim acumulada se opõe ao movimento do pistão e, portanto, de todo o sistema móvel. Quando o pistão sai da câmara de ar, a pressão no espaço fechado diminui e a pressão no lado aberto do pistão é maior do que no outro lado. Assim, há novamente uma oposição à moção.

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Amortecimento do atrito do ar com palheta de ar

O segundo tipo de amortecimento de fricção a ar é mostrado na figura acima. O arranjo consiste em uma palheta de alumínio que se move em uma câmara de ar em forma de quadrante (setor). Esta câmara de ar é um recesso fundido em uma moldagem ou fundição em baquelite.

A câmara é completada fornecendo uma placa de cobertura na parte superior. O pistão de alumínio deve ser cuidadosamente montado para não tocar na parede, caso contrário, um erro grave será causado nas leituras.

2. Amortecimento por fricção de fluido

Esta forma de amortecimento é semelhante ao amortecimento por atrito do ar. O óleo é usado no lugar do ar e, como a viscosidade do óleo é maior, a força de amortecimento também é correspondentemente maior.

Amortecimento por fricção de fluido

Um disco é acoplado ao sistema móvel, que mergulha em um pote de óleo e é completamente submerso em óleo. Quando o sistema em movimento se move, o disco se move em óleo e é produzido um atrito por atrito. Esse atrito por atrito sempre se opõe ao movimento.

No arranjo mostrado acima, várias pás estão presas ao eixo. Essas palhetas são submersas em óleo e se movem em um plano vertical. Esse arranjo fornece um torque de amortecimento maior.

3. Amortecimento da corrente de Foucault

Isso também é conhecido como amortecimento eletromagnético. Quando um condutor se move em um campo magnético, uma fem é induzida nele e se um caminho fechado for fornecido, uma corrente (conhecida como corrente de fuga) flui. Essa corrente interage com o campo magnético para produzir um torque eletromagnético que se opõe ao movimento.

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Corrente de Foucault

Este torque é proporcional à força do campo magnético e à corrente produzida. A corrente é proporcional à fem que, por sua vez, é proporcional à velocidade e ao condutor.

Amortecimento por correntes de Foucault

Assim, se a força do campo magnético for constante (se for produzida por um ímã permanente), o torque será proporcional à velocidade do condutor.

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4. Amortecimento eletromagnético

O movimento de uma bobina em um campo magnético produz uma corrente na bobina que interage com o campo magnético para produzir um torque. Esse torque se opõe ao movimento da bobina e diminui a resposta.

A magnitude da corrente e, portanto, o torque de amortecimento dependem da resistência do circuito ao qual o instrumento está conectado. O amortecimento eletromagnético é usado em galvanômetros.

Comparação de métodos de amortecimento

Amortecimento por atrito do ar

O amortecimento por atrito do ar fornece uma simples e barato método de amortecimento. Mas deve-se tomar cuidado para que o pistão não seja dobrado ou torcido, caso contrário, ele tocará as paredes da câmara de ar, causando graves erros devido ao atrito sólido que é introduzido. Este método é usado em instrumentos de fio quente e ferro em movimento.

Amortecimento por fricção fluida

O amortecimento de fricção de fluido tem a vantagem que o óleo necessário para o amortecimento possa ser usado para fins de isolamento em algumas formas de instrumentos submersos em óleo.

Uma palheta movendo-se com óleo em vez de com ar não requer as mesmas pequenas folgas para proporcionar amortecimento eficaz e, portanto, esse método é adequado para instrumentos como o tipo eletrostático, onde o movimento é suspenso e não articulado.

Outra vantagem do amortecimento de fricção por fluido é que, devido ao impulso de óleo, a carga nos rolamentos ou na suspensão é reduzida, reduzindo assim os erros de fricção.

o desvantagens do amortecimento de fricção por fluido é que ele pode ser usado apenas para instrumentos que estão na posição vertical. Também por causa da fluência do óleo, os instrumentos não podem ser mantidos limpos.

Portanto, esse tipo de amortecimento pode ser usado para instrumentos eletrostáticos do tipo laboratório e há dificuldades óbvias na maneira de sua aplicação em instrumentos portáteis.

Amortecimento por correntes de Foucault

O amortecimento por correntes de Foucault é a forma mais eficiente de amortecimento. É muito conveniente usar em instrumentos onde um disco metálico ou um antigo e um ímã permanente já fazem parte do sistema operacional, por exemplo: instrumento PMMC.

Por esses motivos, esse método é usado em instrumentos de fio quente, bobina móvel e tipo indução. Este método não pode ser usado em instrumentos onde a introdução de um ímã permanente necessário para produzir correntes de Foucault distorcerá o campo magnético existente.

Existem duas formas comuns de dispositivos de amortecimento:

  1. Um formador de metal que carrega a bobina de trabalho do instrumento.
  2. Um disco de alumínio fino conectado ao sistema móvel do instrumento. Este disco se move no campo de um ímã permanente.

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