8443 – Engenharia Elétrica – Os Transformadores

São utilizados em vários equipamentos do nosso cotidiano, como, por exemplo, nas instalações elétricas e também em equipamentos que utilizam como princípio de funcionamento a eletricidade.
É importante, tanto para a segurança quanto para o bom funcionamento (eficiência) dos aparelhos elétricos, que a tensão que sai da usina geradora de energia elétrica e a tensão que chega até as residências sejam relativamente baixas.
Mas, por outro lado, quando se transmite energia da usina até as casas, indústrias, etc., é preferível que se trabalhe com uma corrente elétrica muito baixa, mas para que a corrente seja relativamente baixa a tensão produzida deve ser bastante alta. Para que se eleve a tensão são utilizados os transformadores.
O transformador é um dispositivo que não tem partes móveis, utiliza a lei de indução de Faraday e não funciona com corrente contínua.
Como mostra a figura abaixo, o transformador é formado basicamente por duas bobinas com diferentes números de espiras, enroladas em um mesmo núcleo de ferro. O enrolamento primário está ligado a um gerador de corrente alternada e o enrolamento secundário está ligado a uma resistência.

Funcionamento de um transformador
Quando ligamos uma corrente alternada no enrolamento primário é produzido um campo magnético que é proporcional ao número de voltas do fio em torno do metal e a intensidade da corrente aplicada. O fluxo magnético que é produzido chega ao núcleo do braço metálico e sem encontrar resistência chega ao enrolamento secundário.
Após chegar ao enrolamento secundário, por indução eletromagnética, cria-se uma corrente elétrica que tem variação de acordo com corrente do enrolamento primário e também com o número de espiras dos dois enrolamentos.

7649 – Tratamento de choque contra a depressão

Pesquisadores da USP testam uma alternativa indolor, de baixo custo e com poucos efeitos colaterais para o tratamento da depressão.
Trata-se da estimulação com corrente elétrica contínua. E, ao que indica um estudo publicado pelo grupo no “Jama Psychiatry”, revista da Associação Médica Americana, a técnica é eficaz.
Na pesquisa, 120 pessoas com depressão foram divididas em grupos para avaliar a eficácia da técnica, do antidepressivo sertralina (um inibidor da recaptação da serotonina) e da combinação dos dois tratamentos.
Drogas e estimulação tiveram resultados similares e, juntas, um resultado ainda melhor. Entre os que usaram as terapias combinadas, 63% tiveram alguma melhora.
Desses, 46% tiveram remissão, ou seja, a ausência completa de sintomas.
combinação
Segundo André Brunoni, psiquiatra do Hospital Universitário da USP e principal autor da pesquisa, esse é o primeiro estudo a comparar o tratamento com antidepressivos e a combiná-los.
A explicação para o sucesso dessa soma ainda precisa ser confirmada por exames de imagem, mas os pesquisadores imaginam que a estimulação e o remédio atuem em diferentes regiões do cérebro ligadas à depressão.
A técnica, ainda experimental, tem poucos efeitos colaterais (no estudo, foram observados vermelhidão na área da cabeça onde os eletrodos foram posicionados e sete episódios de mania) e custo relativamente baixo.
O aparelho é simples de ser fabricado, pode ser portátil e custa de R$ 500 a R$ 1.000, segundo Brunoni.
Um aparelho de estimulação magnética transcraniana (técnica de neuromodulação não invasiva mais estudada e que recebeu o aval para depressão no Brasil em 2012) chega a custar de US$ 30 mil a US$ 50 mil (R$ 59 mil a R$ 119 mil).
A estimulação por corrente contínua não é novidade –pesquisas em humanos para depressão e esquizofrenia são feitas desde a década de 1960. Os estudos foram retomados a partir de 1990, mas a quantidade é pequena.
Bobinas e eletrodos na cabeça não são exclusividade da estimulação elétrica por corrente contínua. Duas técnicas similares, que têm em comum a ausência de medicação, são usadas e aprovadas para depressão no país.
A eletroconvulsoterapia, conhecida como eletrochoque, é a mais invasiva. O paciente recebe anestesia geral, e os eletrodos induzem uma corrente elétrica no cérebro que provoca a convulsão, alterando os níveis de neurotransmissores e neuromoduladores, como a serotonina.
Ela é indicada para depressão profunda e em situações em que o paciente não responde aos medicamentos.
Seus efeitos cognitivos, porém, são indesejáveis e incluem perda de memória. Os defensores da técnica dizem que o problema é temporário.
Já a estimulação magnética é indolor e não requer anestesia, assim como a que usa corrente contínua.
Uma bobina, que é apoiada na cabeça do paciente, gera um campo magnético que afeta os neurônios, ativando-os ou inibindo-os. As ondas penetram cerca de 2 cm.
Em maio de 2012, o CFM (Conselho Federal de Medicina) aprovou a técnica para tratamento de depressões uni e bipolar (que pode causar oscilações de humor) e de alucinações auditivas em esquizofrenia e para planejamento de neurocirurgia.
O IPq (Instituto de Psiquiatria do Hospital das Clínicas da USP), centro pioneiro em pesquisas com estimulação magnética no país, estuda a aplicação para depressão desde 1999.

6796 – Trem Bala – Não Levita, mas voa!!

O Maglev é uma nova categoria de locomotiva, capaz de flutuar sobre eletroímãs a 500 km/hora. O projeto mais avançado é o japonês, mas os americanos pensam poder batê-lo apresentando um modelo de custo menor. O trem dos japoneses flutua a 10 cm sobre o solo, além disso, as bobinas empurram a máquina para frente dando-lhe velocidade. O difícil é construir a ferrovia eletrificada, por isso, o trem dos americanos não flutua, usa trilhos comuns. As bobinas impulsionam, porém, o trem até 320 km/hora.

Um Pouco +
Um comboio (trem) de levitação magnética ou Maglev (Magnetic levitation transport) é um veículo semelhante a um comboio que transita numa linha elevada sobre o chão e é propulsionado pelas forças atrativas e repulsivas do magnetismo através do uso de supercondutores. Devido à falta de contato entre o veículo e a linha, a única fricção que existe, é entre o aparelho e o ar. Por consequência, os comboios de levitação magnética conseguem atingir velocidades enormes, com relativo baixo consumo de energia e pouco ruído, (existem projetos para linhas de maglev que chegariam aos 650 km/h e também projetos como o Maglev 2000 que, utlizando túneis despressurizados em toda a extensão dos trilhos, chegariam à marca de 2000 MPH (3200 km/h.
Embora a sua enorme velocidade os torne potenciais competidores das linhas aéreas, o seu elevado custo de produção limitou-o, até agora, à existência de uma única linha comercial, o transrapid de Xangai. Essa linha faz o percurso de 30 km até ao Aeroporto Internacional de Pudong em apenas 8 minutos.

Existem três tipos primários de tecnologia aplicada aos maglev. Uma que é baseada em ímãs supercondutores (suspensão eletrodinâmica), outra baseada na reação controlada de eletroímãs, (suspensão eletromagnética) e a mais recente e potencialmente mais econômica que usa ímãs permanentes (Indutrack).
O Japão e a Alemanha são os países que mais têm pesquisado esta tecnologia, tendo apresentado diversos projetos. Num deles o trem é levitado pela força repulsiva dos polos idênticos ou pela força atrativa dos polos diferentes dos ímãs. O trem é propulsionado por um motor linear, colocado na linha, no trem ou em ambas. Bobinas elétricas são massivamente colocadas ao longo da linha de modo a produzir o campo magnético necessário para a movimentação do trem, especulando-se que por isso que a construção de tal linha teria custos enormes.

China
O trem maglev de Xangai é um projecto importado da Alemanha, o Transrapid maglev, sendo capaz de uma velocidade operacional de 430 km/h e uma velocidade máxima de 501 km/h, ligando Xangai ao Aeroporto Internacional de Pudong desde Março de 2004.

Suspensão eletrodinâmica
Os engenheiros japoneses estão desenvolvendo uma versão concorrente dos trens maglev que usam um sistema de suspensão eletrodinâmica (SED), que é baseado na força de repulsão dos ímãs. A principal diferença entre os trens maglev japoneses e os alemães é que os trens japoneses usam eletroímãs com super-resfriadores e super-condutores. Este tipo de eletroímã pode conduzir eletricidade mesmo se após o suprimento de energia for cortado. No sistema SEM, que usa eletroímãs padrão, as bobinas somente conduzem a eletricidade quando um suprimento de energia está presente. Ao esfriar as bobinas, o sistema do Japão economiza energia. Entretanto, o sistema criogênico que costuma esfriar as bobinas pode ser caro. Outra diferença entre os sistemas é que os trens japoneses levitam mais ou menos 10 cm sobre os trilhos. Uma dificuldade no uso do sistema SED é que os trens maglev devem rodar sobre pneus de borracha até que ele alcance a velocidade de 100 km/h. Os engenheiros japoneses dizem que as rodas são uma vantagem se uma falha de energia causasse a queda do sistema. O trem Transrapid alemão está equipado com um suprimento de energia de emergência. Também os passageiros com marca-passo deveriam ser protegidos contra os campos magnéticos gerado pelos eletroímãs super-condutores.

O Inductrack é um dos tipos mais novos de SED que usa ímãs permanentes em temperatura ambiente para produzir campos magnéticos em vez de eletroímãs energizados ou ímãs super-condutores resfriados. O Inductrack usa uma fonte de energia para acelerar o trem somente até o início da levitação. Se a força falhar, o trem pode descer gradativamente e parar sobre suas rodas auxiliares.

Projeto Brasileiro
O Maglev Cobra é um trem de levitação desenvolvido na UFRJ (Universidade Federal do Rio de Janeiro) pela Coppe (Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa em Engenharia) e pela Escola Politécnica através do LASUP (Laboratório de Aplicações de Supercondutores). O trem brasileiro, assim como o maglev alemão, flutua sobre os trilhos, tendo atrito apenas com o ar durante seu deslocamento. O Maglev Cobra se baseia em levitação, movendo-se sem atrito com o solo através de um motor linear de primário curto. O veículo foi concebido visando uma revolução no transporte coletivo através da alta tecnologia, de forma não poluente, energeticamente eficiente e de custo acessível para os grandes centros urbanos.
O custo de implantação do Maglev Cobra é significativamente menor do que o do metrô, chegando a custar apenas um terço deste. Sua velocidade normal de operação ocorrerá dentro de uma faixa de 70 a 100km/h, compatível à do metrô e ideal para o transporte público urbano.

Levitação magnética supercondutora
A tecnologia da levitação magnética supercondutora (SML) baseia-se na propriedade diamagnética dos supercondutores para exclusão do campo magnético do interior dos supercondutores. No caso dos supercondutores do tipo II, esta exclusão é parcial, o que diminui a força de levitação, mas conduz à estabilidade, dispensando sistemas de controle sofisticados ou rodas. Esta propriedade, que representa o grande diferencial em relação aos métodos EDL e EML, só pôde ser devidamente explorado a partir do final do século 20 com o advento de novos materiais magnéticos, como o Nd2Fe14B (NdFeB), e de pastilhas supercondutoras de alta temperatura crítica, como o YBa2Cu3OX (YBCO).
Os novos supercondutores de alta temperatura crítica podem ser resfriados com nitrogênio liquido (temperatura de ebulição -196°C) enquanto os supercondutores convencionais necessitam de hélio liquido (temperatura de ebulição –269°C), o que torna a refrigeração onerosa. Por se tratar da tecnologia mais recente, ainda não existe linha de teste em escala real. Em outros países, como no Brasil, existem linhas em modelo reduzido. No protótipo brasileiro, construido pelo grupo proponente deste projeto, o formato oval tem 30 metros de extensão, com guia linear formada por imãs de NdFeB compondo o circuito magnético e interagindo com os supercondutores de YBCO para levitação. O MagLev é acionado por motor linear síncrono (LSM) de armadura longa, alimentado com inversor de freqüência.

5238 – Tokamak – Uma máquina de fabricar estrelas

Eis o trambolho

Tal reator é um dos mais impressionantes aparelhos científicos já montados pelo homem. Por fora, parece uma caixa de aço e concreto, com 12 metros de altura, em forma de anel oco, pesando 30 mil toneladas e salvo raras exceções, nem o núcleo das estrelas produz tanto calor quanto o reator. São quase 300 milhões de ºC, 20 vezes mais que a encontrada no centro do Sol. Nenhum aparelho construído na Terra poderia reproduzir o mecanismo pelo qual as estrelas geram energia. Nas estrelas, a fusão acontece por causa da gravidade. A saída foi substituir a força do peso por outra força. O problema foi resolvido na década de 50, usando o poder da bomba atômica. A fissão não exige muito investimento em termos de força, já que o próprio urânio, por ser radioativo, emite nêutrons o tempo todo e esses, quebram os núcleos de átomos vizinhos, numa reação em cadeia que leva a explosão. A idéia foi colocar certa quantidade de hidrogênio dentro da bomba A, envolto por urânio.
A produção de energia não pode ser explosiva, pelo contrário, precisa ser cuidadosamente controlada.
Dois segundos pode parecer pouco, mas é o tempo que sobra: numa bomba de hidrogenio, todas as reações necessárias ocorrem em milionésimos de segundo. Mas o principal objetivo da experiencia era demonstrar que a fusão controlada de deutério era possível.
Seis armaduras de aço produzem o campo magnético que acelera e aquece a massa de núcleos atômicos que estão girando dentro da máquina. Tal massa que é parecida com um gás, é chamada de plasma.
Seis bobinas geram campo magnético e não deixam o plasma tocar nas paredes da câmara de vácuo. Os reparos dentro da estrutura são robotizados. Há muitas vantagens em se substituir a fissão pela fusão. As reservas de urânio devem durar na melhor das hipóteses 40 anos, já o deutério que é uma variedade do hidrogênio, pode ser encontrado nos oceanos. A fissão transforma o urânio em um conjunto de substâncias terrivelmente radioativas, já a fusão, transforma o deutério em hélio, substância inofensiva, ou seja, a fusão não provoca o lixo atômico.
Os países industrializados estão dispostos a investir. No futuro, dificilmente teremos 1 ou 2 fontes de energia, como acontece hoje com o petróleo e o carvão. Há captadores gigantes de luz solar instalados no espaço; sistemas mecânicos para aproveitar a força das marés e dos ventos e turbinas capazes de extrair calor das profundezas da Terra.