LEVITADOR MAGNÉTICO

A levitação magnética através de eletroímã vem sendo realizada desde 1930 com o propósito de estudar o comportamento não-linear deste tipo de dispositivo. Durante este período, os métodos utilizados para levitação magnética foram sendo aperfeiçoados, principalmente no que diz respeito aos sistemas de controle.

O método mais comum de levitação magnética é baseado na utilização de um eletroímã. O eletroímã é um ímã controlado por corrente elétrica, capaz de suspender um determinado objeto metálico a uma determinada altura no eixo vertical, apenas com o campo eletromagnético gerado pela corrente elétrica que circula no solenóide. Com a passagem de uma corrente I pelo eletroímã, a esfera está sob a ação de duas forças: A força gravitacional (peso) e a força eletromagnética produzida pela bobina, forças essas que atuam em sentidos opostos. Na situação de equilíbrio, a força resultante é igual a zero, visto que a posição da esfera não varia em relação ao tempo. Então: Fmag = Pesf, onde Fmag é a força eletromagnética produzida pelo eletroímã suficiente para equilibrar o peso da esfera ou força produzida pela corrente de equilíbrio.

Durante muito tempo foram testados inúmeros tipos de sensores de posição (indutivos, capacitivos, ópticos), assim como foram utilizados vários tipos de controladores (amplificadores, tiristores, PID, controle por computador, RNA, etc) com a finalidade de se controlar eficientemente a força eletromagnética necessária para o equilíbrio do sistema.
O sistema dinâmico de um levitador magnético é um sistema não-linear, onde o controle (compensador) deve atuar no balanço dinâmico do objeto metálico levitado, no sentido de manter em equilíbrio as forças atuantes no sistema. Na figura 1, são mostrados os parâmetros envolvidos com a dinâmica do sistema, que são a massa da esfera (m), a distância entre o objeto e o eletroímã (x), a corrente elétrica que circula pelo solenóide (i) e a tensão que é aplicada entre os terminais do solenóide do eletroímã (V).
Desta forma, as equações dinâmicas do sistema podem ser escritas da seguinte forma:
Onde:
ƒ é a força eletromagnética;
i é a corrente na bobina;
x é a distância entre o eletroímã e o objeto;
V é a tensão no solenóide do eletroímã;
R é a resistência do solenóide do eletroímã;
L é a indutância do solenóide do eletroímã;
m é a massa do objeto;
g é a aceleração da gravidade.
Observa-se que as equações [01], [02], [03] representam respectivamente, posição da esfera e corrente no eletroímã, peso da esfera, e indutância do eletroímã.

Referências:
à BARBOSA, Luis Filipe Wiltgen, COSTA, Francisco E.D.F., LUDWIG, Gerson Otto, JUNIOR, Cairo Lúcio Nascimento, Controle Analógico de um Levitador Magnético (MagLev) de Simples Construção e Operação. 2004;
à GOMES, Rafael Ramos, SOTELO, Guilherme Gonçalves, STEPHAN, Richard Magdalena, Desenvolvimento de um Sistema Didático para Levitação Eletromagnética com o Auxílio do Método de Elementos Finitos. 2004.
à SANTANA, Marcos Silva de, FERREIRA, Jossana Maria de Souza, SALAZAR, Andrés Ortiz, Módulo Educativo de um Levitador Magnético. 2001.

Autores:
Dárcio Leitão Quintas

Hartus Gonçalves Barbosa