Bobinas e eletro-imãs, como fazer na prática

Ultimamente ando fazendo algumas experiências com bobinas e eletro-imãs, se tudo der certo depois eu posto o projeto aqui. E fazendo essas experiências, descobri como é difícil achar bobinas e eletro-imãs nas medidas que o projeto precisa. Depois de não achar nada aproveitável na sucata e nem achar pra comprar nas lojas de eletrônica, decidi que o jeito é fazer eu mesmo, afinal teoricamente um eletro-ímã é só um fio enrolado em uma barra de ferro doce, não é? O que pode ser mais simples que isso?

Se perguntar pro tio Google como se faz um eletro-imã, ele vai dizer que é simples e fácil e vai indicar dezenas de páginas ensinando a enrolar um fio elétrico em um prego enorme, ligar duas pilhas nele e então, voilá!!! Você agora tem um eletro-imã capaz de segurar um ou dois clipes de papel! Viu como é fácil? O único problema é que isso não adianta nada pro meu projeto. Não quero por pregos de construção no meu projeto e quero um eletro-imã capaz de segurar um pouco mais do que um par de clipes. Então como fazer?

O núcleo

Teoricamente você pode construir um eletro-imã sem núcleo, ou melhor, com núcleo de ar. Mas na pratica isso não é nem um pouco prático. Um núcleo metálico faz uma diferença tão brutal no desempenho de um eletro-imã que você não vai querer abrir mão dele.

Ferrite
Claro que a melhor opção para o núcleo é o ferrite, afinal ele é feito para isso e é uma liga com um custo muito baixo. Difícil é achar pra vender barras ou carretéis de ferrite nas medidas necessárias. Nem perca seu tempo procurando em lojas de eletrônica. Se resolver usar ferrite, vá direto para o Google. Tem diversos fabricantes no Brasil, difícil é achar um que venda em pequenas quantidades, normalmente os fabricantes de ferrite fornecem para empresas, não para clientes finais.

Parafusos com porcas
Essa é uma opção bastante prática e barata. Parafusos de diversos comprimentos e diâmetros são facilmente encontrados e lojas de ferramentas e em sucatas. Além disso, um eletro-imã feito com um parafuso é facilmente fixado em sua posição final, afinal, é pra isso que serve um parafuso, não é? Arruelas pode ser usadas para limitar o enrolamento criando uma espécie de carretel com o parafuso.

Extremamente importante: Parafusos não são feitos sempre de ferro ou de material ferromagnético e isso é essencial para o núcleo de um eletro-imã. Quando for escolher um parafuso para o seu projeto, tenha um pequeno imã à mão para testar se o parafuso é de material ferromagnético. Quanto maior for a atração entre o imã e o parafuso, melhor. Uma atração fraca significa que é feito de uma liga com pouco metal ferromagnético, nesse caso vai ser pouco eficiente. Se o parafuso não for atraído pelo imã, esqueça, ele não serve como núcleo.

Parafusos para encadernação
Esta foi a minha escolha para o projeto em andamento por aqui. Na verdade não sei o nome dessas coisinhas, mas são usadas para encadernação e são facilmente encontradas em papelarias por um preço bem baixo. O diâmetro é fixo, 5mm, mas o comprimento varia desde 5mm até 150mm ou mais. O diferencial destes parafusos com certeza é a estética, nesse quesito é imbatível. Mas aqui vale também o mesmo aviso do item anterior sobre material: pode ser que o material não seja ferromagnético e isso precisa ser testado antes de sair comprando, leve um imã.

Pregos
Bem, não tem muito o que dizer, desde que sejam de ferro, eles funcionam como núcleo. A estética não é grande cois e deixa o projeto com cara de feira de ciências. E a não ser que ele seja martelado, não é muito fácil fixar o eletro-imã em sua posição final, já que prego não tem rosca, mas também é uma opção.

O enrolamento

Uma vez escolhido o núcleo, o que falta é enrolar o fio e aí aparecem algumas questões. Que tipo de fio usar? Quantas voltas? É melhor usar fio mais fino ou fio mais grosso?

Tipo do fio
Em primeiro lugar esqueça os fios com isolamento plástico. O isolamento plástico é grosso demais, faz com que as espiras fiquem muito separadas e isso definitivamente compromete o resultado. O fio próprio para isso é o fio esmaltado usado no enrolamento de transformadores e motores elétricos. O esmalte proporciona um isolamento adequado e não aumenta significativamente o diâmetro do fio. Quanto mais próximas ficarem as espiras umas das outras, melhor.

Diâmetro do fio
Quanto menor for o diâmetro do fio, mais próximas ficarão as espiras e isso é bom. Maior vai ser a resistência do fio e isso é ruim. Além disso é preciso considerar quanto de corrente se pretende aplicar à bobina, fios muito finos não suportam correntes altas. Finalmente tem também o aspecto prático, se você pretende enrolar a bobina de forma caseira, o fio tem que ter diâmetro suficiente para ser manipulado sem quebrar.

Onde obter fio esmaltado
A solução obvia é retirar de transformadores e motores sucateados, isso pode dar certo, mas é preciso atentar para alguns detalhes. O esmalte dos fios tende a ficar quebradiço com o tempo e com o calor. Se o transformador ou motor costumava esquentar quando estava em uso, provavelmente o esmalte do enrolamento ficou quebradiço e vai ser difícil desenrolar sem perder o isolamento.
A melhor opção é comprar o fio novo, não é caro, só é difícil de achar. Lojas de eletrônica dificilmente vendem esse tipo de fio, mas podem ser encontrados em estabelecimentos que vendem artigos para motores elétricos industriais.

Quantas voltas
Como regra geral, quanto mais voltas melhor. Mas tem algumas coisas a considerar. Não adianta muito espalhar essas voltas por um comprimento muito longo, o ganho na potência do eletro-imã vai ser pouco, melhor fazer uma bobina mais curta e com várias camadas de espiras. Também tem que ser levado em conta que quanto mais voltas, maior vai ser o comprimento do fio e isso aumenta a resistência. Outro detalhe é que quanto mais externa é a camada de espiras, menos eficiente ela é. As espiras mais próximas do núcleo influem muito mais na intensidade do campo magnético final do que as espiras mais afastadas, então a partir de certo ponto acrescentar mais camadas não compensa por conta do aumento na resistência. E finalmente, todo material ferromagnético tem um limite de magnetização. Depois de atingido esse limite não adianta acrescentar mais corrente ou mais espiras.