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Abstract:
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A crescente demanda energética mundial impulsiona o desenvolvimento de novos materiais para a conversão de energia, sendo os motores elétricos um foco central devido ao seu elevado consumo, especialmente no setor industrial. Neste contexto, os Compósitos Magnéticos Moles (SMCs) surgem como uma alternativa às tradicionais chapas de aço silício, oferecendo vantagens como isotropia magnética e perdas reduzidas em média e alta frequência. O presente trabalho teve como objetivo a otimização de um SMC de dupla camada, patenteado pela UFSC (LabMat Z), visando sua aplicação em um protótipo de motor de fluxo axial para veículos elétricos. Buscou-se estabelecer a correlação entre parâmetros de processamento e as propriedades elétricas e magnéticas do material. A metodologia partiu da utilização de pó de ferro (Fe40.37), que foi revestido por um processo de duas etapas: a primeira consistiu na síntese de nanopartículas de óxido de zinco (ZnO) na superfície do pó, e a segunda na adição de uma camada vítrea à base de ácido bórico (H₃BO₃). A otimização focou na variação da concentração de ácido bórico (entre 0,1 e 0,3% em massa) e na temperatura do tratamento térmico final (entre 450 e 550 °C). Devido à inoperância de equipamentos de precisão, foram desenvolvidos e validados dispositivos simplificados para a medição da resistividade elétrica (método de 4 pontas) e de um parâmetro relacionado à permeabilidade magnética, utilizados como ferramenta de triagem. Os resultados demonstraram uma forte dependência das propriedades com os parâmetros de processo. A resistividade elétrica, crucial para a redução de perdas por correntes parasitas, foi maximizada em maiores concentrações de ácido bórico e menores temperaturas de tratamento, atingindo valores próximos a 600 μΩ·m. Um modelo matemático preditivo foi desenvolvido, apresentando elevada precisão (R²=0,969) para estimar a resistividade em novas condições de produção. Com base nas medidas de resistividade elétrica e permeabilidade, foram selecionadas 5 amostras para medições de precisão, realizadas através de uma parceria internacional. Essas medições foram usadas para alimentar um software de elementos finitos voltado para a simulação de motores elétricos. Utilizando como base o projeto do motor de fluxo axial do projeto FUNDEP - Aplicação de materiais e processos de fabricação avançados no desenvolvimento de powertrain elétrico de alta eficiência, verificou-se que a amostra LZ32 apresentou um desempenho de eficiência, torque e potência análogo a um material comercial de referência, indicando um considerável potencial de redução de custos. Conclui-se que o projeto obteve com êxito um SMC de alta performance, competitivo com soluções de mercado, e simultaneamente gerou um maior domínio e mapeamento do processo produtivo. O material otimizado apresenta-se como um forte candidato para a fabricação do protótipo do motor, contribuindo para o avanço de iniciativas de transferência de tecnologia para o setor automotivo. |
