Construção de um sistema de atuação magnética por campos em baixa frequência baseado na topologia de bobinas de Helmholtz

Abstract

No presente trabalho, buscou-se o desenvolvimento e a caracterização eletrônica de um sistema de atuação magnética multidimensional baseado na topologia de bobinas de Helmholtz. O equipamento em questão é capaz de gerar campos magnéticos contínuos, ou modulados em pulsos senoidais, que originam diferentes padrões direcionais e fornecem graus de liberdade tanto translacionais quanto rotacionais para o controle e a ativação de unidades diversas, suscetíveis a campos magnéticos. As bobinas foram dimensionadas para a execução de testes laboratoriais em escala de bancada, fornecendo uma área útil de aporte amostral de até 8 cm, onde a uniformidade do campo produzido deve ser satisfatória e previsível. Na implementação aqui apresentada, a interação mais importante entre os campos magnéticos gerados é a de campo rotatório, que ocorre com a alimentação simultânea dos pares de bobinas perpendiculares em frequências oscilatórias entre 100 Hz e 1000 Hz. No universo de aplicações biomédicas, essas frequências relativamente baixas são conjecturadas como efetivas para aplicações de hipertermia por atrito quando aplicadas sobre as nanoestruturas apropriadas. Portanto, deu-se continuidade à prototipagem das bobinas e à elucidação e adoção de um sistema de amplificação de sinais elétricos, o qual regula a passagem de corrente nas espiras. Para a redução da reatância indutiva indesejável, foi projetado um banco de capacitores variável que auxilia na funcionalidade e na eficiência energética do protótipo. Em seguida, foram realizadas simulações computacionais que modelaram as proporções reais do equipamento para a validação dos padrões circulares dos campos e para a projeção dos valores das forças magnéticas. Por fim, o sistema foi caracterizado quanto à intensidade dos campos gerados e às faixas de frequências operantes em correntes alternadas, nas quais as perdas energéticas são mínimas. Possibilitou-se, assim, o uso do campo magnético de maior intensidade, na faixa de 30mT, para testes preliminares de hipertermia.