Guia de selecção de binário para embraiagem de pó magnético

A selecção do binário de uma embraiagem de pó magnético resume-se a três valores: a tensão de banda que o seu material exige, o maior raio de bobina que a embraiagem alguma vez verá e a potência de deslizamento que tem de dissipar até lá chegar. Se acertar nestes três, a embraiagem mantém a tensão estável durante anos. Se falhar um deles, o conjunto sobreaquece em séries longas, deriva à medida que aquece, ou é incapaz de formar um núcleo apertado no início da bobina.

Este guia apresenta a fórmula, um exemplo resolvido de uma rebobinadora, o factor de serviço a aplicar e a verificação térmica que a maioria dos compradores salta.

Comece pela tensão da banda e pelo raio da bobina

O erro de dimensionamento mais frequente é partir da potência do motor. Um motor de 2.2 kW nada lhe diz sobre o binário na bobina. O binário no veio de saída da embraiagem é definido pela banda, não pelo motor.

São necessários quatro dados antes de dimensionar seja o que for:

Dado	Onde obtê-lo	Unidade habitual
Tensão de banda necessária	Especificação do processo ou o valor que hoje corre bem	N (total) ou N/mm de largura
Largura da banda	Especificação da máquina	mm
Diâmetro do núcleo e diâmetro máximo da bobina	Especificação da máquina	mm
Velocidade da linha e velocidade de entrada da embraiagem	Especificação da máquina	m/min, rpm

Se não tem um valor de tensão escrito, meça-o. Um medidor portátil, ou um sensor de tensão tipo bloco de apoio num rolo livre, dá-lhe o valor real numa tarde.

A fórmula base do binário

O binário é a tensão multiplicada pelo raio:

T (N·m) = F (N) × R (m)

em que F é a tensão total da banda em toda a largura da bobina e R é o raio da bobina no momento de binário máximo. Se a sua tensão estiver especificada por unidade de largura, converta-a primeiro:

F = tensão (N/mm) × largura da banda (mm)

Há dois pontos que costumam enganar:

• O binário máximo não está no núcleo. Numa embraiagem de rebobinagem, o binário de pico ocorre no diâmetro máximo da bobina. Dimensione para a bobina cheia e só depois verifique o núcleo em separado.
• O núcleo é o limite de resolução de controlo. Aí o raio é pequeno, pelo que o binário necessário é muitas vezes apenas 10–20% do valor da bobina cheia. Se a capacidade da embraiagem for demasiado grande, esse binário de núcleo fica abaixo da banda de controlo utilizável e as bobinas começam frouxas ou telescopadas.

Exemplo resolvido: dimensionar uma embraiagem de rebobinagem

Uma rebobinadora de filme BOPP de 1,000 mm de largura trabalha a 150 m/min, enrolando de um núcleo de 76 mm até uma bobina acabada de 400 mm, com tensão total de banda de 60 N e velocidade de entrada constante na embraiagem de 700 rpm.

1. Binário na bobina cheia: R = 0.20 m, logo T = 60 × 0.20 = 12 N·m.
2. Binário no núcleo: R = 0.038 m, logo T = 60 × 0.038 = 2.3 N·m.
3. Aplicar um factor de serviço de 1.5 para serviço de conversão contínuo: 12 × 1.5 = 18 N·m.
4. Escolher a capacidade normalizada imediatamente acima — uma unidade de 20 N·m ou de 25 N·m. A nossa embraiagem de pó magnético de 6 Nm a 400 Nm cobre ambas.
5. Verificar a resolução de controlo: 2.3 N·m é cerca de 11% de uma capacidade de 20 N·m, confortavelmente dentro da banda utilizável. Numa unidade de 40 N·m ficaria abaixo de 6% e a qualidade do núcleo ressentir-se-ia.
6. Verificar a potência de deslizamento, como se mostra abaixo.

Escolha o factor de serviço de acordo com o regime

Regime de trabalho	Factor de serviço típico
Ligeiro intermitente, ciclos arranque/paragem abaixo de 30% de duty	1.2 – 1.3
Conversão standard: deslizamento contínuo, carga estável	1.4 – 1.5
Acelerações frequentes, cargas de choque, variações amplas de tensão	1.6 – 2.0
Filme, folha ou eléctrodo de bateria de baixa tensão de precisão	Dimensionar primeiro para resolução de controlo, habitualmente 1.2 – 1.4

Repare na última linha: sobredimensionar não é automaticamente mais seguro. Em trabalhos de baixa tensão, uma embraiagem com capacidade muito acima do necessário fica na base da curva binário-corrente, onde a resolução é fraca e a deriva térmica se traduz em variação de tensão visível.

Verifique a potência de deslizamento antes de comprar

A capacidade de binário é apenas metade da especificação. Uma embraiagem de pó magnético trabalha em deslizamento — a entrada e a saída rodam a velocidades diferentes — e o deslizamento converte energia mecânica em calor:

P (kW) = T (N·m) × Δn (rpm) ÷ 9550

em que Δn é a velocidade de deslizamento, ou seja, a diferença entre as rpm de entrada e de saída.

Continuando o exemplo: a velocidade da bobina com 400 mm de diâmetro é 150 ÷ (π × 0.4) ≈ 119 rpm, pelo que o deslizamento é 700 − 119 = 581 rpm e P = 12 × 581 ÷ 9550 ≈ 0.73 kW. No núcleo, a velocidade da bobina ronda as 628 rpm, o deslizamento é de apenas 72 rpm e P = 2.3 × 72 ÷ 9550 ≈ 0.02 kW. O caso mais gravoso em termos de calor é a bobina cheia, não o início do enrolamento.

Esses 0.73 kW têm de sair da carcaça de forma contínua. Verifique a capacidade de deslizamento contínuo, em watts ou kW — não apenas o valor de binário de pico. Se a potência de deslizamento calculada estiver perto desse limite, suba um tamanho de carcaça, acrescente arrefecimento por ar forçado ou passe para uma embraiagem de pó magnético de rotação externa, que dissipa calor muito melhor em velocidade.

Velocidade, binário residual e resolução do controlador

Duas verificações finais. Nunca exceda a velocidade de entrada nominal, sob pena de o pó ser projectado para fora da ranhura de trabalho. E peça o binário residual (de arrasto) a corrente zero — em bandas muito leves pode já exceder a sua tensão mínima. Depois adapte a bobina: a maioria das unidades industriais trabalha a 0–24 V DC e as máquinas compactas a 12 V, comandadas por um controlador de tensão miniaturizado ou por um controlador automático de tensão de banda completo, cuja resolução de corrente limita a sua resolução de binário.

Valores de partida típicos por aplicação

Gamas amplas para uma primeira passagem de dimensionamento — confirme-as contra o seu próprio processo antes de encomendar.

Aplicação	Tensão total de banda típica	Gama de binário típica
Corte longitudinal de etiquetas e fita estreitas	20 – 80 N	1 – 5 N·m
Rebobinagem de filme e embalagem flexível	50 – 300 N	6 – 50 N·m
Conversão de papel e cartão	200 – 800 N	25 – 100 N·m
Manuseamento de folha e laminado	30 – 150 N	3 – 25 N·m
Enrolamento têxtil e de não-tecido	20 – 120 N	2 – 20 N·m
Eléctrodo e separador de lítio	10 – 60 N	1 – 12 N·m

Para os regimes mais pequenos, uma micro embraiagem de pó magnético de 12 V, 1–5 Nm é a carcaça indicada; para retrofits de transmissão curta, uma embraiagem de pó magnético de veio oco monta-se sobre o veio existente.

Embraiagem ou travão: a mesma matemática, lados opostos

O cálculo do binário é idêntico — só a disposição mecânica muda. Uma embraiagem acciona a carga; um travão retém-na contra o bastidor. A maioria das linhas de conversão usa um travão de pó magnético na desbobinagem para contra-tensão e uma embraiagem na rebobinagem para puxar a banda. Dimensione cada lado de forma independente: o binário de desbobinagem atinge o pico com a bobina-mãe cheia, o de rebobinagem com a bobina acabada.

Cinco erros que sub ou sobredimensionam uma embraiagem

1. Dimensionar a partir dos kW do motor. Comece sempre pela tensão e pelo raio.
2. Ignorar a capacidade de deslizamento contínuo. Só o binário de pico conduz ao sobreaquecimento.
3. Sobredimensionar em bandas de baixa tensão. Troca-se margem por resolução de controlo e perde-se qualidade no núcleo.
4. Esquecer a tensão cónica (taper). Dimensione para o ponto de binário máximo do perfil cónico, não para a média.
5. Trabalhar em malha aberta numa banda crítica. Um controlador com uma célula de carga de tensão em consola fecha o circuito e anula a deriva térmica; em malha aberta, a deriva fica no seu produto.

FAQ

P: Que gama de binário cobre uma embraiagem de pó magnético? R: As unidades industriais standard cobrem aproximadamente 6 Nm a 400 Nm; as unidades micro cobrem 1–5 Nm. Escolha uma capacidade que mantenha o seu binário mínimo necessário acima de cerca de 10% do valor nominal.

P: Que margem de segurança devo acrescentar? R: 1.4–1.5 para serviço de conversão contínuo standard, menos nos trabalhos de precisão de baixa tensão, onde a resolução importa mais do que a margem.

P: Por que motivo a minha embraiagem perde binário quando aquece? R: O binário a uma dada corrente cai à medida que a carcaça aquece. O controlo em malha fechada com sensor de tensão elimina o efeito. Se o binário cai de ano para ano e não de turno para turno, suspeite de degradação do pó.

P: Um travão dimensiona-se de forma diferente de uma embraiagem? R: Não — mesma fórmula, mesmo factor de serviço. O que muda é o caso de raio máximo: num travão de desbobinagem é a bobina-mãe cheia, não o núcleo.

Conclusão e passo seguinte

A selecção do binário de uma embraiagem de pó magnético faz-se em quatro passos: converter a tensão da banda e o raio máximo da bobina em binário, aplicar um factor de serviço baseado no regime, verificar a potência de deslizamento face à capacidade térmica contínua e confirmar que o binário de núcleo se mantém dentro da banda de controlo utilizável. Cumpridos os quatro, a embraiagem aguenta a tensão durante anos, sem mais do que uma revisão periódica do pó.

Envie à XW Machinery a largura da banda, a tensão, o núcleo e o diâmetro máximo da bobina, a velocidade da linha e o ciclo de trabalho — faremos o cálculo de binário e de potência de deslizamento e recomendaremos um tamanho de carcaça, sem qualquer custo.