PT818125E - Sistema de aquecimento por inducao para ligacoes por fusao - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO

"SISTEMA DE AQUECIMENTO POR INDUÇÃO PARA LIGAÇÕES POR FUSÃO " A presente invenção diz genericamente respeito a ligações por fusão de materiais termoplásticos, tais como poliolefinas, através do seu aquecimento, e mais particularmente diz respeito a um método e equipamento para aplicação de energia electromagnética a um material tendo substâncias absorventes de energia no seu interior, por forma a aquecer esse material. A presente invenção é especialmente útil na ligação de cabos de polietileno e condutas, como os que são usados na indústria de telecomunicações. A presente invenção diz respeito a um método e equipamento para unir, reparar ou vedar as coberturas de isolamento de cabos e condutas como os que são usados para telecomunicações, incluindo cabos de fio de cobre ou fibras ópticas. Quando dois ou mais terminais de cabo são ligados entre si, por exemplo quando se estende um cabo, ao atingir um cabo já existente, ou ao reparar um cabo danificado, cria-se uma junta ou área de junção. Geralmente, é necessário providenciar uma campânula para proteger tais juntas contra prejudiciais influências ambientais, independentemente de o cabo ser aéreo ou enterrado.

Um problema persistente no uso de campânulas para juntas, envolve a necessidade de uma completa vedação em tomo da junta. Muitas das anteriores tecnologias de campânulas para juntas eram realizadas com o fornecimento dum complexo conjunto de porcas e parafusos, braçadeiras, juntas e tubagem retráctil com o calor (termoplástica), assim como materiais de enchimento em gel e resinas, em várias combinações. Para além do facto destes métodos de vedação requererem um tempo de montagem significativo, as campânulas estão ainda frequentemente sujeitas a fugas ou roturas, particularmente ao longo das respectivas vedações. Este problema é ainda mais grave na vedação entre as campânulas e o revestimento do cabo (a camada externa do cabo), onde até o mais leve defeito pode resultar na passagem de humidade ao longo do revestimento ou para a superfície interna da campânula. Tal humidade progride na área da junção e afecta, de modo adverso, as ligações eléctricas no seu interior, muitas vezes mesmo quando se usa tubagem termo -retráctil, uma vez que tal tubagem apenas permite uma fraca ligação aderente ao revestimento do cabo. O uso de tubagem retráctil na construção de campânulas para juntas é também limitado pela exigência habitual de uma chama viva, o que em muitos casos (por exemplo, juntas em trincheiras ou em “caixas de visita”) pode ser muito perigoso, devido à possível presença de gases explosivos.

As fugas nas vedações podem ser ligeiramente reduzidas pelo uso de desenhos especiais de campânula como os denominados dispositivos em concha, que integram uma dobradiça completamente moldada às metades superior e inferior da campânula. Uma campânula deste tipo é ilustrada na patente americana US-A-4 810 829 que é designada por campânula para junta SLiC (SLiC é uma marca registada da Minnesota Mining e Manufacturing Co.). No entanto é ainda possível a passagem de humidade, quer através da vedação longitudinal de uma tal campânula, quer pelas coberturas terminais ou vedações para o revestimento do cabo. A falta de uma completa (hermética) vedação pode também ser particularmente prejudicial para campânulas submetidas a pressão.

Embora estas vedações possam ser fortalecidas pelo uso de substâncias adesivas, as ligações adesivas constituídas são relativamente fracas devido à baixa energia de superfície do material das campânulas e cabos, -3- tipicamente o polietileno. A patente americana US-A-3 143 364 discute a grande dificuldade que existe em ligar qualquer coisa ao polietileno. Uma técnica alternativa para vedar polímeros termoplásticos tais como polietileno, é a de ligação por fusão. Esta técnica envolve geralmente o aquecimento do material até ele ficar fundido nas suas superfícies de vedação, provocando a sua fluência conjunta nas interfaces, e pode ser usado para soldaduras de topo, uniões de acoplamento e camisas de reparação. Existem quatro métodos específicos para ligações por fusão: (i) aquecimento directo, (ii) aquecimento por micro ondas, (iii) aquecimento dieléctrico, e (iv) aquecimento por indução. Estes diversos métodos de aquecimento podem também ser usados para activar conjuntos térmicos e adesivos termoplásticos (calor - derretimento), bem como tubagens termoelásticas (aquecimento - retraeção).

No aquecimento directo, o calor é aplicado ao artigo em termoplástico que vai ser unido, prendendo directamente ao artigo os elementos de aquecimento. A corrente que passa pelos elementos irá aquecê-los. A corrente é fornecida directamente por uma fonte energética ligada aos elementos, mas o aquecimento não é muito eficiente. Uma vantagem de um tal sistema está em que ele não envolve emissão de radiação, mas há ainda questões de segurança com o uso de fontes de corrente com fios duros, e apresenta desvantagens tais como um não aquecimento uniforme do material. Exemplos de aquecimento directo para cabos de vedação, tubagens ou campânulas são ilustrados nas patentes americanas US-A-4 095 044, US-A-4 792 374 e US-A-4 947 012 e WO-A-89/05 230, WO-A-90/06 010 e WO-A-94/05 485.

No aquecimento por micro ondas, dependendo dos materiais utilizados, a energia radiante de micro ondas pode aquecer o material por polarização dieléctrica, aquecimento por histerese, e/ou aquecimento resistivo. O primeiro destes mecanismos é alimentado pela zona eléctrica do campo (o campo -4- “E”) no sinal da micro onda, enquanto que os dois últimos mecanismos são alimentados pela zona magnética do campo (o campo “//”). A ligação de cabos e condutas utilizando um material compósito de ligação (MCL) tendo substâncias absorventes de micro ondas, está descrita nas patentes americanas US-A-5 245 151 e US-A-5 254 824. O aquecimento por micro ondas envolve geralmente sinais na banda de 1 a 300 GHz, embora a patente europeia EP-A-399 599 discuta uma aplicação de radiação por micro ondas tendo uma frequência de pelo menos 433 MHz. O aquecimento dieléctrico é também bem conhecido e requer dois pratos ou eléctrodos que criam um potencial eléctrico (voltagem) variável em redor, ou através, do corpo a ser aquecido. Com o aquecimento dieléctrico só há interacção de campo E, isto é, não há nenhumas correntes parasitas (“eddy currents”) induzidas ou perda por histerese. O aquecimento é produzido por perda dieléctrica ou mecanismos de absorção, tal como pode acontecer por perturbação dos electrões nos átomos ou moléculas (induzindo um momento de dipolo), e através de polarização dieléctrica, se o material tiver moléculas polares. Uma molécula polar (por exemplo, água) não é necessariamente reactiva do ponto de vista magnético. A patente japonesa JP-A-54-58 777 descreve a utilização de aquecimento dieléctrico para ligar tubos poliolefína. A patente canadiana CA-A-1 237 970 refere que as técnicas de aquecimento dieléctrico e por indução, podem ser combinadas. O aquecimento por indução tem sido amplamente utilizado na vedação e ligação de materiais com polímeros. Um material compósito de ligação é fabricado através da dispersão de substâncias absorventes de energia electromagnética magneticamente reactivas, num transportador termoplástico, o qual é compatível (miscível) com os corpos termoplásticos a serem soldados. Quando este material é colocado num campo electromagnético alternado, o -5- campo H" induz aquecimento no material magnético. O aquecimeuto pode ser causado por um de dois efeitos: perda por histerese, ou perda resistiva devido a correntes parasitas (“eddy currents”) induzidas. O campo eléctrico “Zj” não interage com as partículas magnéticas. A seguinte lista de patentes U.S. (americanas), é representativa de uma enorme variedade de técnicas de indução utilizadas para aquecimento dos aderentes e dos compósitos em matrizes de ligação, com vista à junção de materiais termoplásticos tais como o polietileno: N.° de Patente U.S. 2 393 541 3 574 031 3 620 875 3 657 038 3 709 775 3 730 804 3 802 985 3 996 090 4 067 765 4 749 833 4 762 864 5 123 989 5 125 690

Estas referências descrevem uma diversidade de materiais absorventes de energia electromagnética, incluindo o óxido de ferro (ferroso e peróxido de ferro anidro), pó de ferrite (por exemplo, ferrite de bário), outros metais e óxidos metálicos incluindo o crómio, o manganésio, o níquel, o cobalto, o aço inoxidável, ligas de alumínio, o silício, o cobre, a prata e o ouro, e o pó de carbono (grafite). Estes materiais podem ser revestidos sobre partículas inertes, ou seja, um substrato das substâncias absorventes de energia electromagnética, o qual é transparente ou não reactivo às rádio-frequências, havendo substratos tais como contas de vidro ou lâminas dc mica. As substâncias absorventes de energia -6- electromagnética podem ser circulares, de forma irregular, ou moldadas dentro de fibras, de fios, de telas, de filamentos, de tecidos, ou de blindagens. O campo electromagnético alternado, que é utilizado nestas técnicas de aquecimento por indução, tem uma frequência que se situa tipicamente na gama dos 4 aos 30 MHz. A patente americana US-A-5 123 989, descreve um aquecimento por indução com uma frequência tão baixa quanto 1 kHz. Nas patentes americanas US-A-3 996 090, US-A-4 067 765 e US-A-3 802 985, é sugerido que a frequência possa variar dos 450 kHz aos 5 GHz, mas nenhuma explicação é dada quanto ao modo de conseguir uma eficiente conversão de energia, a tão elevadas frequências. Na verdade, estas referências apenas referem a utilização duma bobina de indução e afirmam que, com tal bobina, a frequência máxima deve ser 35-50 MHz. Julgam-se preferíveis fontes de alimentação de baixa frequência uma vez que elas têm, em muitos casos, um custo substancialmente menor do que os geradores de elevadas frequências; contudo, a utilização de frequências mais baixas requer habitualmente um maior volume de materiais com substâncias absorventes de energia electromagnética, do que aquele que seria requerido para mais altas frequências. Assim, a utilização de geradores de mais baixas frequências tem como consequência uma mais elevada carga de materiais com substâncias absorventes de energia electromagnética num MCL (material compósito de ligação), o que pode reduzir a resistência do MCL e adversamente afectar a vedação da ligação por fusão. É também desaconselhável utilizar frequências muito baixas nas ligações por fusão em cabos de telecomunicações, uma vez que estes cabos têm componentes metálicos (envolvente do cabo de cobre, esticadores de aço nos tubos de fibra óptica) os quais interagem com a zona de campo magnético da energia indutiva, e por isso o componente metálico aquece o suficiente para poder causar dano, quer no cabo, quer nos fios/fibras no seu interior, e também gera desperdício de energia. -7- Λ,· A patente americana US-A-5 245 151, apresenta um sistema de aquecimento por indução para ligações por fusão, o qual compreende um MCL (material compósito de ligação), com substâncias absorventes magneticamente reactivas magneticamente reactivas e a aplicação de uma frequência de cerca de 50 MHz.

Finalmcnte, a patente americana US-A-5 338 611 apresenta um método de soldadura de substratos termoplásticos com frequências de micro ondas na gama dos 0,5 GHz aos 10 GHz. O conhecido método utiliza um portador de polímeros miscível no substrato e tendo pequeníssimas partículas pretas de carbono, susceptíveis de conduzir a energia eléctrica. O consumo de energia é importante, uma vez que podem ser limitados os recursos energéticos para a execução de reparações e emendas. Também a fonte de alimentação e o dispositivo aplicador devem ser portáteis, tão leves quanto possível e suficientemente robustos. As fontes de alimentação e os dispositivos aplicadores convencionais não estão bem adequados para a utilização em emendas e reparações de cabos e suas campânulas, uma vez que eles são geralmente volumosos e pesados, e não têm a geometria apropriada para a vedação de cabos. Adicionalmente, não há dispositivos aplicadores satisfatórios para as gamas de frequência mais elevadas. É objectivo da presente invenção, proporcionar um sistema para eficazmente acoplar energia electromagnética dentro de materiais absorventes, e permitir que os materiais sejam aquecidos e ligados com menos energia electromagnética do que aquela que é requerida pelos meios mais convencionais, particularmente para as altas frequências. A fonte de alimentação e o dispositivo aplicador devem ser portáteis (isto é, não demasiado volumosos ou pesados) para permitir facilidade de utilização, na execução de reparações e emendas em cabos de telecomunicações. Seria ainda mais vantajoso se o sistema pudesse vedar superfícies com várias formas e tamanhos, e ser ainda capaz de fazer a vedação em tomo dum cabo ou duma campânula, mesmo que não exista acesso à extremidade do cabo. A construção do dispositivo aplicador e o seu funcionamento deverão também estar harmonizados com os regulamentos de segurança aplicáveis.

Em conformidade com a invenção, o objectivo acima mencionado é conseguido por meio de um sistema, tal como o que é definido na reivindicação 1. As sub-reivindicações dizem respeito a configurações preferenciais. A presente invenção proporciona um sistema de aquecimento por indução para ligações por fusão em cabos de telecomunicações e campânulas, e que geralmente inclui (i) um material compósito de ligação (MCL) com uma matriz de ligação e uma multiplicidade de substâncias absorventes de energia electromagnética, substâncias estas que são magneticamente reactivas numa frequências à volta dos 50 MHz, e (ii) meios de aplicação que servem para aplicar energia electromagnética radiante ao dito material compósito de ligação, a uma frequência superior a 50 MHz, tal que as substâncias absorventes de energia electromagnética possam ser suficientemente aquecidas, por forma a derreter uma porção da matriz de ligação. Preferencialmente, as substâncias absorventes de energia electromagnética serão magneticamente reactivas na gama dos 75 a 500 MHz. O dispositivo aplicador emprega energia electromagnética radiante na gama dos 75 a 500MHz. O dispositivo aplicador deve preferencialmente aplicar energia num pico de frequência de cerca de 125 MHz.

Num determinado modelo de execução, o dispositivo aplicador inclui um extensível, ressonador coaxial de quarto de onda, que tem um condutor interior e um condutor exterior, o qual envolve, pelo menos parcialmente, o condutor interior; estes condutores, interior e exterior, são fechados numa das extremidades do ressonador de quarto de onda, e são construídos de tal modo, que o material que contém substâncias absorventes de energia electromagnética deverá ser interposto entre o condutor interior e o condutor exterior. O condutor interior deve compreender um tubo electricamente condutor, localizado dentro duma protecção exterior electricamente condutora (o condutor exterior). É fornecido um dispositivo de ligação coaxial para interligar o ressonador à fonte de alimentação, através duma sonda de prova capacitiva que acopla energia electromagnética ao tubo interior do ressonador, sendo a sonda de prova capacitiva ligada a um condutor central do dispositivo de ligação coaxial, e sendo o tubo exterior (de protecção) ligado a um condutor de terra do dispositivo de ligação coaxial. O espaço compreendido entre a sonda de prova capacitiva e o tubo interior do ressonador pode ser enchido com material dieléctrico, assim como o espaço compreendido entre o tubo interior e o tubo exterior (de protecção). O dispositivo aplicador deve ser seleccionado de entre uma multiplicidade de aplicadores, cada um adaptado para receber energia da mesma fonte de alimentação, e tendo cada um, uma geometria diferente para aquecimento do MCL, ou seja, para acomodar diferentes moldes de artigos termoplásticos que devam ser ligados. Altemativamente, o dispositivo aplicador pode ser construído a partir dum aplicador base e de um adaptador de aquecimento, funcionalmente ligado ao dito aplicador base; o mencionado adaptador de aquecimento deve ser seleccionado de entre uma multiplicidade de adaptadores de aquecimento, tendo cada um, uma geometria diferente para aquecimento do MCL.

Numa configuração alternativa do dispositivo aplicador, os dois tubos ressonadores são electricamente ligados por uma bobina que pode ser moldada por forma a envolver o artigo ou a região que vai ser aquecida. Esta bobina pode ser constituída de uma única pista condutora ou de uma multiplicidade de fios, electricamente isolados uns dos outros, formando cada um, um enrolamento com um eixo comum, e em que cada um dos fios será electricamente ligado em paralelo a cada correspondente terminal. Alguns dos fios podem adicionalmente ser empilhados para formar camadas múltiplas de enrolamentos, de tal modo que a resistência efectiva do dispositivo aplicador é reduzida, ao mesmo tempo que a capacidade de transporte da corrente é aumentada. Uma multiplicidade de condensadores, localizados espaçadamente em intervalos seleccionados, podem também ser individualmente ligados em série, respectivamente com cada um dos ditos enrolamentos, de modo a que a corrente nas bobinas seja aproximadamente uniforme, para as espiras do enrolamento que são maiores do que cerca de 0,1 do comprimento de onda da energia electromagnética radiante. O precedente sistema, acopla eficazmente a energia electromagnética dentro dos materiais a serem ligados, com recurso a menos energia electromagnética do que aquela que é necessária nos meios mais convencionais, e tem este desempenho a uma frequência mais elevada, evitando assim os problemas associados com o aquecimento por indução dos cabos de telecomunicações a mais baixas frequências. Isto também reduz o tamanho, peso e custo do gerador de alimentação electromagnético e toma-o mais manipulável para operação portátil, onde a disponibilidade de energia primária é limitada. Adicionalmente, a exigência de menos energia electromagnética faz melhorar a segurança de tais aquecedores por efeito da inerente redução dos campos electromagnéticos aos quais o operador pode estar exposto, e de modo semelhante reduz o potencial de interferência noutras prestações de serviços que utilizam as mesmas frequências electromagnéticas. Características adicionais da presente invenção incluem: (1) a adequabilidade para eficazmente aquecer e ligar materiais de configurações lineares, encurvadas, circulares e oulras; (2) a capacidade para fazer vedações ao redor e entre materiais de grandes comprimentos, sem necessidade de ter acesso à extremidade do material; (3) uma zona de aquecimento de volume restrito e controlado e duma forma e tamanho compatíveis com o material ser ligado; (4) adaptabilidade para o aquecimento de materiais dieléctricos absorventes na região do campo eléctrico dum campo electromagnético, ou o aquecimento de materiais magneticamente absorventes ou de materiais resistivos, na região do campo magnético; e (5) compatibilidade do projecto do dispositivo aplicador com a protecção apropriada, para minimização das emissões do campo electromagnético fora do dispositivo aquecedor. A invenção será melhor compreendida através da referência aos desenhos anexos, em que: A Figura 1 é uma vista em alçado duma cavidade convencional de quarto de onda e dois condutores;

As Figuras 2A e 2B são vistas perspectivadas de cavidades coaxiais de quarto de onda, usadas como dispositivos aplicadores de energia indutivamente acoplada, em conformidade com a presente invenção;

As Figuras 3A, 3B, 3C e 3D são vistas em alçado, mostradas em corte, de outra configuração do dispositivo aplicador de cavidade de quarto de onda das presentes invenções, com adaptadores de aquecimento de diferentes formas;

As Figuras 4A e 4B são vistas em alçado, respectivamente em planos laterais e planos de topo, de ainda uma outra configuração do -12- / . 'Λ dispositivo aplicador de cavidade de quarto de onda da presente invenção, adaptada para utilização na vedação de rebordos longitudinais ; e A Figura 5 é uma vista perspectivada duma configuração alternativa do dispositivo aplicador utilizado na presente invenção. A presente invenção está direccionada para um método e para um sistema de aquecimento por indução, particularmente para ligações por fusão de polímeros termoplásticos, e inclui essencialmente (i) um dispositivo aplicador que providencia energia electromagnética radiante, e (ii) um material compósito de ligação (MCL) tendo uma matriz de ligação e uma multiplicidade de substâncias absorventes de energia electromagnética que são magneticamente reactivas. As substâncias absorventes de energia electromagnética são seleccionadas de modo a serem eficientes a muito altas frequências, superiores a 50 MHz, preferencialmente na gama dos 75 MHz aos 500 MHz. O dispositivo aplicador, em conformidade, é projectado para optimizar a produção de energia nestas gamas de frequência e particularmente no pico de frequência à volta de 125 MHz.

Num dado modelo de execução, o dispositivo aplicador da presente invenção adapta as propriedades de um ressonador de quarto de onda. Um comprimento de linha de transmissão de dois condutores eléctricos, que é fechada (baixa resistência de ligação desde um condutor até ao outro) numa das extremidades e aberta na outra, tal como está ilustrado na Figura 1, será ressonante para frequências que tenham um quarto de comprimento de onda (ou múltiplos ímpares deste) aproximadamente igual ao comprimento efectivo da linha. Para estas frequências de ressonância, a linha terá uma impedância de zero (ou perto disso) na extremidade fechada e uma impedância muito alta na extremidade aberta. Como consequência, quando adequadamente ligada a uma -13 - fonte de energia electromagnética, com uma frequência correspondente à ressonância do quarto de comprimento de onda, haverá entre os dois condutores, uma tensão quase nula na extremidade fechada da linha e uma corrente muito elevada a fluir dentro dos condutores. Em direcção à extremidade aberta da linha, a tensão aumenta e a corrente que flui nos condutores diminui, de tal forma que na extremidade aberta a corrente que flui é essencialmente zero e a tensão entre os condutores atinge um valor máximo.

A qualidade de um ressonador é definida pelo “Q,” o qual corresponde a uma relação entre a energia armazenada e a energia dissipada, por ciclo de campo electromagnético. A quantidade de tensão na extremidade aberta e a corrente na extremidade fechada são proporcionais : (1) à potência, P, que é acoplada a partir da fonte electromagnética para dentro do ressonador e (2) às respectivas impedâncias nos dois terminais, de tal forma que: Ρ = Ε2/Ζ/=/2Ζ2

Onde, E é a força do campo eléctrico na extremidade aberta, Ztè a impedância eléctrica entre condutores na extremidade aberta, Z2 é a impedância efectiva na extremidade fechada e / é a corrente na extremidade fechada. Estas impedâncias são função da configuração da linha de transmissão e do Q, o qual é afectado pela perda resistiva de energia nos condutores, a perda dieléctrica de energia no meio isolado entre os condutores, a perda de energia por radiação e a perda de energia por absorção dos materiais, quando aquecidos pelos campos do ressonador. Para eficiente aquecimento dos materiais, a perda de energia nestes materiais deverá ser uma parcela da perda total de energia, tão significativa quanto seja possível alcançar. Isto implica então que o Q do ressonador, sem considerar o efeitos do material a ser aquecido, deverá ser tão elevado quanto for possível atingir, dentro das restrições impostas por outras exigências, e o material / -14-

a ser aquecido deverá causar uma tão significativa redução no Q quanto seja possível alcançar, ou seja, a energia absorvida pelo material a ser aquecido, a partir do ressonador, deve ser maximizada. O dispositivo aplicador da presente invenção contempla estes aspectos. O aquecimento de materiais magnéticos e condutivos num campo magnético de sintonia variável, é função da intensidade do campo magnético (H), das características de perda por histerese, das características de perda por corrente parasita (“eddy current”) e da frequência do campo de variação temporal. A perda total de potência P„ desde o campo até tais materiais é:

Pt = Pk+Pe onde:

Ph = perda por histerese, em watts, «(proporcional a) BfvABH,

Pe = perda por corrente parasita, em watts, « /2_Β*ν, B= densidade do fluxo magnético no material = μΗ μ = permeabilidade relativa do material, H = intensidade do campo magnético, f = frequência do campo H v= volume de material, ABh = área da curva de B-H do material magnético, para a intensidade do campo H.

Para materiais magnéticos não condutivos, somente a perda por histerese produz o aquecimento do material, como resultado da energia absorvida a partir de um campo electromagnético. Dado que o campo H é proporcional à corrente que flui num condutor, o maior valor para o campo H, no ressonador de quarto de onda, encontra-se na extremidade fechada da linha. Uma análise idêntica do campo eléctrico mostra que o aquecimento dieléctrico pode ser maximizado na extremidade aberta da linha. A corrente / que gera o campo H é uma função do Q do ressonador e da impedância característica Z0 .Um ressonador de elevado Q implica um aumento dos campos E e H para uma determinada quantidade de energia electromagnética acoplada no interior do ressonador. Para além disso, a corrente é função inversa de Z0, enquanto que a tensão é função directa deste parâmetro. Para maximizar o Q, a energia perdida ou dissipada por ciclo, com excepção daquela que se perde no material a ser aquecido, deveria ser minimizada. Com o objectivo de minimizar as perdas por radiação é melhor utilizar um projecto de ressonador encerrado (protegido), semelhante a uma linha coaxial de transmissão, como é ilustrado nas Figuras 2A e 2B, ou semelhante a um ressonador de cavidade que usa as técnicas de guiamento de ondas. O Q do ressonador é também melhorado pela minimização das perdas resistivas nos condutores, pelo recurso a materiais de baixa resistividade, tendo uma área de secção transversal máxima, e a ligações ou junções de baixa resistência entre os componentes metálicos. De modo análogo, qualquer material dieléctrico ou de isolamento utilizado na estrutura do ressonador deverá ter um factor de dissipação mínimo para a frequência de operação seleccionada. A moldagem dos condutores na extremidade fechada do ressonador para envolvimento do volume de material magnético a ser aquecido, proporciona uma região onde o aquecimento máximo deste tipo de material é conseguido.

As configurações do dispositivo aplicador nas Figuras 2, 3 e 4 são baseadas num ressonador coaxial de quarto de comprimento de onda que é fechado numa das extremidades e aberto na outra. Estes dispositivos aplicadores têm um condutor exterior 10 o qual forma uma protecção ao redor do condutor interior 12. Um condutor de baixa resistência eléctrica (uma continuação da protecção) liga 10 a 12 na extremidade fechada 14, preferencialmente de forma -16-ίΑΜή

contínua ao redor da extremidade fechada 14, c condutor exterior 10 também pode envolver a extremidade aberta 16, mas não está electricamente ligado ao condutor central 12, na extremidade aberta 16. A forma do condutor exterior/protecção 10 pode ser redonda (Figura 2A), quadrada (Figura 2B) ou ser de outra qualquer configuração. O material magneticamente absorvente 18 a ser aquecido é colocado entre os dois condutores, perto da extremidade fechada da linha. Podem ser providenciados buracos ou aberturas através do condutor exterior, próximo da extremidade fechada 14, para permitir a inserção do material dielectricamente reactivo, que vai ser aquecido na região entre os condutores junto à extremidade fechada. O condutor central 12 pode ser formado numa meia laçada (“loop”) ou ser de outra forma para se ajustar em redor do material a ser aquecido, e assim concentrar o campo na região seleccionada. A energia electromagnética proveniente dum gerador externo é acoplada no interior do ressonador por recurso a uma sonda de prova capacitiva na extremidade aberta, ou próximo desta, recorrendo a uma laçada (“loop”) indutiva na extremidade fechada ou perto dela, ou ainda através de uma ligação eléctrica directa ao condutor central. O ressonador de quarto de onda tem que ter um comprimento eléctrico efectivo que é de um quarto de comprimento de onda, à frequência de funcionamento. O comprimento físico pode tomar-se muito menor do que o efectivo comprimento de onda eléctrico, através do apropriado uso de carga capacitiva ou indutiva, como é sabido, ou pelo uso dum material isolante de elevada constante dieléctrica entre os dois condutores. O material de elevada constante dieléctrica reduz a velocidade da onda electromagnética no ressonador, proporcionalmente à raiz quadrada da constante dieléctrica do material. Ao encher o espaço entre os dois condutores com um material com uma constante dieléctrica relativa de 4, por exemplo, o comprimento físico do ressonador para uma dada frequência pode ser (nominalmente) reduzido para metade do - 17- comprimento dum ressonador cheio de ar. O material de constante dieléctrica elevada também reduz Zo- Estas propriedades são vantajosamente utilizadas na presente invenção para reduzir o tamanho físico e aumentar, para uma determinada quantidade de energia, a corrente e o campo H resultante, no qual os materiais magnéticos são aquecidos (e também podem ser utilizadas para regulação do campo E).

Os modelos de execução das Figuras 2, 3 e 4 têm também uma vantagem sobre as bobinas de indução (enrolamentos de fio com múltiplas voltas) porque elas permitem um melhor controlo do volume do material a ser aquecido, e podem ser fabricadas na forma de um grampo que se pode abrir, para permitir o aquecimento da fina camada sobre a periferia dum determinado comprimento de material, sem ter necessidade de acesso à extremidade do material. Por exemplo, o ressonador pode estar pronto para rapidamente ser preso em redor do perímetro de um longo comprimento de cabo, em vez de ter que passar o cabo por uma bobina de indução. A Figura 3 mostra um modelo de execução da invenção para fixação periférica e aquecimento de materiais magneticamente absorventes e soldadura de tais materiais aos materiais adjacentes. A Figure 4 mostra um segundo modelo para aquecimento de comprimentos de materiais magneticamente absorventes. A Figura 3 mostra modelos de execução preferenciais da invenção para aquecimento e fixação de material na região periférica de cabos simples (unifilares) ou de cabos múltiplos, ou campânulas (Figuras 3A, 3B, e 3C) ou para aquecimento de fitas lisas de material (Figura 3D). O material (discutido mais adiante) pode ser de uma configuração prensada entre os materiais interiores, que são magneticamente absorventes à frequência do ressonador, e os materiais exteriores, quer sejam absorventes ou não absorventes. O aquecimento de uma ou mais camadas pode ser suficiente para atingir nos materiais, ou em parte deles, o -18- ponto de fusão ou de derretimento, de tal modo que as camadas ficam ligadas umas às outras. Muitos materiais plásticos, particularmente os de polietileno, podem ser soldadas conjuntamente desta maneira, quando uma ou mais camadas se tomam magneticamente absorventes à frequência da energia electromagnética do ressonador, através da utilização de elementos aditivos apropriados. Tais aditivos podem ser partículas ou filamentos de materiais que exibem perda por histerese, ou ser finas películas de materiais resistivos ou materiais que modifiquem a resistividade de carga ou as características condutivas da camada. O dispositivo aplicador 20 da Figura 3A é um ressonador de quarto de onda com meios para acoplar energia electromagnética por recurso a uma sonda de prova capacitiva 22 na extremidade aberta 24 do condutor interior do ressonador. Nesta configuração, diversos componentes constituem o condutor interior do ressonador, incluindo o tubo ressonador 26, ajunta de acoplamento 28 e o condutor de baixa resistência 30. O condutor exterior é também constituído por várias partes, incluindo um outro condutor de baixa resistência 32 e uma protecção formada por um primeiro alojamento 34, que rodeia o tubo ressonador 26, e um segundo alojamento 36, que rodeia os condutores de baixa resistência 30 e 32. A sonda de prova 22 está ligada ao condutor central de um dispositivo de ligação de cabo coaxial 38. Um cabo coaxial (não mostrado) faz a ligação desde o dispositivo de ligação de cabo coaxial 38 até uma fonte de sinal electromagnético (fonte de alimentação) 40, a qual providencia uma quantidade adequada de energia à frequência do ressonador (discutido mais adiante). O tubo ressonador 26 rodeia ou está adjacente à sonda de prova 22, dando origem a uma capacitância de junção que leva a que a impedância de entrada do ressonador no dispositivo de ligação 38 seja de um dado valor seleccionado. Tipicamente esta impedância de entrada é constituída de modo a igualar a do cabo coaxial utilizado no transporte de energia electromagnética (EM) a partir da fonte de alimentação 40, mas pode ser constituída com um valor diferente, para igualar directamente a - 19-

dum gerador, dum amplificador, dum oscilador ou de outro componente adjacente, que esteja mais próximo. Providenciando uma impedância de entrada de 50 ohms ou menos, permite-se a utilização de um cabo coaxial mais longo sem perdas significativas. Uma outra sonda de prova 42 que é ligada electricamente a um dispositivo de ligação 44, também constitui uma junção capacitiva para o tubo ressonador 26, e pode ser usada para providenciar, como saída, uma amostragem da energia do ressonador, com propósitos de controlar o nível de energia ressonante, indicando a correcta sintonia entre o ressonador e a fonte de ondas EM, ou para realimentação na entrada de um amplificador electrónico, provocando a sua auto oscilação, e tomar a pôr a fonte de alimentação EM à frequência do ressonador, quando a saída do amplificador estiver ligada à sonda de prova 22 de entrada no ressonador.

O condutor de baixa resistência 30 é agarrado, mas com possibilidade de remoção, ao tubo do ressonador 26 por uma ligação de baixa resistência 46, destacável na junção de acoplamento 28, constituindo uma continuação do condutor central para a extremidade fechada 48. O condutor de baixa resistência 32 é ligado electricamente ao condutor 30 e ao alojamento 36 por um elemento metálico 50, e é ainda ligado ao alojamento 36 na “interface” alargada 52, formando uma parte do condutor exterior e transportando a maior parte da corrente EM do ressonador que flui nos condutores, na região próxima da extremidade fechada 48. As superfícies adjacentes de 32 e 36 são moldadas para uma melhor conformidade com o material 54 a ser aquecido. Na Figura 3 são ilustradas diversas formas para os elementos 32 e 36, para aquecimento de materiais arredondados ou planos. O material 54 pode ser aquecido, mesmo que este material possa não encher completamente toda a região disponível para o mesmo. A região central das formas arredondadas nas Figuras 3A, 3B e 3C pode também ser aquecida, mas não à mesma taxa do material na periferia das regiões. Os componentes do condutor exterior 34 e 36 separados em 56, e os componentes -20- 26 e 30 do condutor central são enlaçados (ver 58) na extremidade fechada 48, permitindo a separação entre 30 e 32, para possibilitar que o material 54 seja localizado na região, ou para permitir que o aquecedor seja localizado em redor do material a ser aquecido e depois removido. Outras configurações de enlace e separação, que visem permitir que o calor seja localizado e retido em redor das várias formas de materiais a serem aquecidos, tomam-se evidentes para quem seja perito na tecnologia exposta nesta descrição. da Figura 3A recorre a um simples elemento metálico 50 para servir como ‘curto’ eléctrico (“short”) entre o condutor interior e o condutor exterior, assim como de enlace. Na configuração da Figura 3B, o ‘curto’ eléctrico através de 30 e 32 está electricamente isolado da protecção (alojamento 36), a qual constitui o condutor exterior do ressonador, de tal modo que a elevada corrente EM não flui através do enlace externo 58. Esta construção providencia uma melhor protecção e reduz as emissões electromagnéticas partindo do aquecedor. Nas configurações das Figuras 3C e 3D, o condutor de baixa resistência 32 é moldado de forma a isolar electricamente este condutor da protecção localizada na extremidade de corrente elevada (fechada) do ressonador, visando a melhor igualação entre a corrente que flui e o aquecimento do material 54, a partir destas correntes, nos elementos 30 e 32, e para reduzir ainda mais as correntes na protecção, minimizando os campos de emissão. As superfícies adjacentes na ponta dos componentes 32 e 36 (tal como em 52), em qualquer das configurações do ressonador das Figuras 3A, 3B, 3C ou 3D, podem ser moldadas para estarem em conformidade com qualquer das geometrias de material, consoante é mostrado em qualquer destas Figuras, ou com qualquer outra forma que possa ser adequada para o aquecimento de materiais magneticamente absorventes. O material dieléctrico 60 entre os condutores interior e exterior 26 e 34, proporciona um isolamento eléctrico para minimizar os efeitos de quebra da alta tensão na extremidade aberta do ressonador, servindo para reduzir a velocidade de propagação das ondas EM no ressonador, assim reduzindo o comprimento físico requerido no ressonador para uma determinada frequência, e pode aumentar o fluxo de corrente e o efeito de aquecimento a ele devido, na extremidade fechada da linha, pela redução da característica de impedância Z0 do elemento de linha de transmissão que constitui o ressonador. O material dieléctrico 60 pode ser estendido sobre todo o comprimento do ressonador ou apenas sobre uma parte, tal como se mostra na Figura 3, e pode encher todo ou só uma parte do espaço entre os condutores. O material dieléctrico é escolhido de modo a ter uma perda dieléctrica mínima, auxiliando na manutenção dum elevado Q do ressonador e de modo a ter uma constante dieléctrica relativa como a que é requerida para optimizar o tamanho físico do ressonador e a sua impedância Z0. A sonda de prova 22 é electricamente isolada do tubo do ressonador 26 por material dieléctrico adicional 62. Este dieléctrico deve ser feito de um material de baixas perdas para minimizar os efeitos adversos sobre o Q do ressonador e pode ser do mesmo, ou diferente, material que 60. A figura 3 ilustra ainda como é que diferentes adaptadores de aquecimento (componentes 30, 32, 36) podem ser agarrados, um de cada vez, a um aplicador base comum (componentes 22, 26, 28, 34). Mesmo que sejam fornecidos dispositivo aplicadores completamente separados, eles podem ainda utilizar uma fonte de alimentação comum 40.

Uma ‘ponte’ (“strap”) contínua de material condutor (não mostrada) pode ser utilizada em vez dos elementos 30, 32 e 50 formando uma laçada em redor do material a ser aquecido. Esta ‘ponte’ deverá ser preferencialmente ligada entre 46 e 28 e entre 64 e 34, providenciando os requisitos eléctricos necessários a uma extremidade fechada e o comprimento restante (indutância) necessário para formar um ressonador de quarto de onda à frequência desejada. Podem ser incoiporados meios para fazerem o ajustamento do comprimento da laçada -22- formada pelo condutor e assim fazer-se a regulação da tensão. Tais meios podem ser tão simples como uma ranhura na ‘ponte’ por baixo da fixação 46, um grampo através do qual a ‘ponte’ passe, ou um mecanismo de parafuso roscado.

As Figuras 4A e 4B mostram uma adaptação 70 do ressonador de quarto de onda mais conveniente para aquecimento de grandes comprimento de materiais que sejam magneticamente reactivos à frequência do ressonador. Um condutor 72 liga o tubo do ressonador 26 ao condutor 30 para formar uma continuação do condutor interior do ressonador. O elemento condutivo 32 é ligado à protecção 36 para formar uma continuação do condutor exterior. Um outro elemento de baixa frequência 74 estabelece um ‘curto’ eléctrico entre os dois elementos condutivos 30 e 32. O material 54 a ser aquecido está localizado entre as superfícies adjacentes de 30 e 32, onde a elevada corrente EM do aquecedor do ressonador produz um campo EM máximo. A ponta do material a ser aquecido é introduzida através duma ranhura 76 ao longo de um dos lados do alojamento 36, estendendo-se para dentro da região entre os condutores 30 e 32. Ranhuras nos terminais adjacentes da protecção permitem o deslizamento de extensos comprimentos do material através dos condutores 30 e 32, tal como é ilustrado na Figura 4B, que são úteis na acomodação, por exemplo, de rebordos longitudinais das campânulas do cabo. A montagem do prolongamento do dispositivo aplicador (componentes 30,32,36, 72 e 74 na Figura 4) pode ser feita separadamente dos outros elementos da Figura 4, ou pode ser uma parte integrante deles. A fonte de alimentação 40 é um gerador de energia de rádio-frequências o qual opera na frequência do ressonador, e pode colocar na saída 12 V DC assim como 110/220 V AC. A frequência óptima em cada particular aplicação do ressonador é seleccionada na gama dos 50 - lOOOMFlz. A frequência do gerador de energia deve preferencialmente ser fechada na frequência do -23- ressonador, pelo uso de uma ligação de realimentaçao. Na presente configuração, dentro da qual os dispositivos aplicadores são dimensionados para vedarem cabos e campânulas de telecomunicações, a frequência óptima de funcionamento é 125 MHz. A energia do gerador é optimizada para o tamanho e extensão da ligação por fusão. A fonte de alimentação, assim como o dispositivo aplicador, deverão estar de acordo com todos os requisitos regulamentares aplicáveis, assim como com as normas industriais tais como ANSI/IEEE norma C95.1-1992, ‘Níveis de Segurança Respeitantes à Exposição Humana a Campos Electromagnéticos de Rádio Frequência, dos 3 kHz aos 300 GHz.’ (“Safety Leveis with Respect to Human Exposure to Radio Frequency Electromagnetic Fields, 3 kHz to 300 GHz”)

Um projecto alternativo do dispositivo aplicador 80 é descrito na Figura 5, e também providencia meios para melhorar a eficiência ao produzir um campo electromagnético alternado com uma muito elevada frequência e elevada intensidade. O dispositivo aplicador 80 apresenta uma perda de energia reduzida no elemento de junção indutivo (um enrolamento 82) e por isso mesmo, permite a geração de uma maior intensidade do campo magnético para uma dada quantidade de energia de alta frequência, e também reduz as perdas de resistência e o aquecimento do enrolamento pela corrente de alta frequência que nele flui. Uma variação no desenho do enrolamento aquecedor, permite a utilização de maiores frequências das que seriam de outro modo possíveis, para um aquecimento eficiente de materiais de elevados diâmetros. O campo electromagnético duma bobina genérica é proporcional à corrente, I, que flui no condutor. A potência dissipada na bobina é igual a I2R, onde Ré a resistência efectiva do comprimento do condutor que forma a bobina. A baixas frequências esta resistência é dada por: -24-

R=pL/A

Onde: A = área da secção transversal do condutor L = comprimento do condutor, e p = resistividade do condutor.

Para um fio de cobre de 6 mm (0,25”) de diâmetro e um pé de comprimento, a área da secção transversal é 31 mm2 (0,049 polegadas quadradas) e a resistência deverá ser perto de 1,71x1o-4 ohm em DC e a muito baixas frequências AC. Uma corrente de 100 amperes fluindo no fio para produzir um campo magnético deverá causar uma dissipação de potência de 1,71 watt no fio. Contudo, como é bem sabido, a maiores frequências, a tendência da corrente alterna para fluir junto da superfície do condutor (“skin depth effect”) restringe a efectiva área da secção transversal de tal modo, que a maior parte da corrente tem que fluir numa região muito estreita perto da superfície do condutor. Isto aumenta a resistência efectiva e a potência requerida para forçar uma dada corrente através do fio. Para 100 MHz, por exemplo, a profundidade dessa camada superficial (“skin depth”) para o cobre é 9 pm (3,5x1o-4 polegadas) e a resistência efectiva do fio, com os mesmos 6 mm (0,25”) de diâmetro e um pé de comprimento, aumenta por um factor de 233, atingindo 0,1216 ohm/m (0,3988 ohm/pé). Para uma corrente de 100 amperes a dissipação de potência passa a ser 398,8 watts! Isto irá ter como consequência que o fio se toma muito quente, o que fará aumentar ainda mais a resistência e a potência num ciclo vicioso, e que pode conduzir a um excessivo aquecimento térmico do material junto da superfície do fio. O projecto alternativo do dispositivo aplicador 80 utiliza uma multiplicidade de fios de diâmetro mais pequeno em paralelo, para efectivamente aumentar a condutividade na secção transversal a altas frequências, para uma dada área da secção transversal do condutor total. A profundidade da camada superficial (“skin depth”), para fios de pequeno diâmetro é aproximadamente igual à dos fios de grande diâmetro, mas para os pequenos fios a percentagem da área física de secção transversal que transporta correntes de alta frequência é muito maior. Por exemplo um fio sólido com 6 mm (0,25”) de diâmetro tem uma área de secção transversal de 31 mm2 (0,049 polegadas quadradas), mas a 100 MHz a efectiva área da secção transversal que é atravessada pela corrente é 0,049/233, ou seja, 0,135 mm2 (2,1x1o-4 polegadas quadradas). Um feixe de 1000 fios, cada um com um diâmetro de 7,89xl0‘3, deverá ter a mesma área total de secção transversal, mas se os fios forem adequadamente separados a efectiva área da secção transversal que é atravessada pela corrente a 100 MHz será 8,69x10'3. Isto é 41 vezes a área do condutor sólido com diâmetro de 6mm (0,25”), e a resistência efectiva é então reduzida por um factor igual a 41. Para 100 amperes de corrente, isto reduz a dissipação de potência no condutor de 398,8 watts para 9,7 watts.

Uma bobina formada por uma pista de cobre, ou outro condutor, pode ser utilizada como tentativa de produzir um campo H mais uniforme de maior extensão em toda a largura e próximo do condutor. Isto é frequentemente necessário para produzir um aquecimento uniforme duma vasta área do material que absorve energia do componente H dum campo electromagnético. Com uma larga pista de condutor transportando corrente perpendicularmente à largura, a densidade de corrente não é uniforme transversalmente à largura mas é mais intensa perto da borda. Isto faz com que a intensidade de campo H seja mais elevada junto das bordas do condutor e mais baixa na região central. A uniformidade da distribuição de corrente pode ser melhorada, e com mais baixa resistência efectiva tal como previamente descrito, pela utilização duma multiplicidade de condutores paralelos de menor largura. Estes condutores estão -26- fisicamente localizados lado a lado e isolados uns dos outros, exceplo nos terminais onde estão ligados electricamente em paralelo, para formar uma camada de condutores com uma largura global desejada. Estas camadas podem ser empilhadas para reduzir ainda mais a resistência efectiva e assim aumentar a capacidade de transporte da corrente e reduzir a dissipação de potência, para um dado fluxo. A camada de condutores paralelos descrita, que formam uma bobina condutiva do tipo cinta (“strap”) com a largura desejada, pode ser formada estampando uma folha metálica de revestimento (“clad boards”) de cobre de modo a fornecer o padrão desejado de condutores, em um ou ambos os lados do substrato de isolamento. A espessura das chapas estampadas e a largura dos condutores individuais deveriam, de preferência, ser ligeiramente maiores do que duas vezes a profundidade da camada superficial (“skin depth”), à frequência da corrente a ser usada para produzir um campo electromagnético, utilizando o condutor de cinta (“strap”) para formar uma bobina parcial ou completa. O espaçamento de um condutor para outro deve ser o mínimo que permita aos condutores adjacentes transportarem mutuamente a corrente com uma redução mínima na efectiva profundidade da camada superficial (“skin depth”), a partir dos efeitos do outro.

Por exemplo, foram usados condutores paralelos estampados com 0,152 mm (0,006 polegadas) de largura com uma separação entre centros de 0,305 mm (0,012 polegadas) e com 0,038 mm (0,0015 polegadas) de espessura, para formar um condutor de cinta com cerca de 12,5 a 19,05 mm (0,500 a 0,75 polegadas) de largura total. O número de condutores paralelos variou entre 42 e 63. Os substratos de isolamento tiveram uma espessura variável de 0,125 a 1,575 mm (0,005 a 0,062 polegadas) e incluíram fibra de vidro, Teflon, Teflon reforçado, e materiais de poliamida. Esta listagem de condutores, materiais de -27- substrato e dimensões não é exaustiva, havendo outros potencialmente utilizáveis. Podem ser usados furos directos chapeados entre os condutores em cada um dos lados do substrato, para proporcionar ligações eléctricas nos terminais ou em outros pontos, conforme desejado. Os terminais de todos os condutores estão electricamente ligados em paralelo por uma região mais larga do condutor, a qual também fornece meios de ligação da fita ao restante circuito e ao gerador usado para proporcionar energia RF através da bobina. A bobina multifilar pode ser ligada a uma secção fechada da linha de transmissão RF coaxial, como previamente descrito para o ressonador constituído por um tubo interior e um tubo exterior, ao qual a energia RF é acoplada através de uma sonda de prova capacitiva, ou a um condensador adequado para constituir um ressonador eléctrico de elevado Q, sintonizado para a frequência de funcionamento desejada. Podem ser incluídas adequadas impedâncias emparelhadas, para permitir a máxima transferência de energia desde um gerador RF até ao ressonador, para maximizar a eficiência com que a energia RF disponível é utilizada. Preferencialmente a bobina deve ser envolvida numa protecção (completa ou parcial) para minimizar o campo electromagnético externo e minimizar a energia radiada e assim melhorar a eficiência de geração de um campo magnético RF de alta intensidade, no interior ou na proximidade da bobina.

Muitos materiais que podem ser aquecidos por exposição ao componente H de uma onda electromagnética, são mais absorventes em frequências mais altas do que em frequências mais baixas. Por esta razão, é desejável a utilização de uma frequência tão elevada quanto possível para produzir a taxa de aquecimento desejada, com uma quantidade mínima de energia de RF. Porém, é também desejável que o aquecimento seja uniforme ao longo de todo o comprimento do material a ser aquecido, com a utilização do campo RF.

Com uma bobina formada por um condutor contínuo que é alimentado por uma corrente RF, o campo variará ao longo do comprimento do condutor, em função do comprimento de onda. Assim o perímetro da bobina deve ser uma pequena fracção de um comprimento de onda, tipicamente 0,1 do comprimento de onda ou menos, à frequência RF à qual irá ser usada. Isto vai então estabelecer um limite quanto ao tamanho máximo do material que pode ser uniformemente aquecido, a uma determinada frequência. Por exemplo, se as propriedades de aquecimento do material requererem uma frequência mínima de 400 MHz (comprimento de onda de 0,75 metros), então o maior perímetro de bobina que pode ser usado e ainda manter o comprimento do condutor inferior a 0,1 do comprimento de onda é 0,075 metros (2,955”) correspondendo a um diâmetro máximo da bobina de 23,876 mm (0,94”). Isto limita o diâmetro máximo de material a ser uniformemente aquecido a menos de 23,876 mm (0,94 polegadas).

Esta restrição pode ser superada, e maiores secções de material aquecidas a uma determinada frequência, pondo um ou mais condensadores em série com o condutor; desta maneira, a corrente pode ser mantida mais uniforme sobre perímetros de bobina que sejam fracções muito maiores de um comprimento de onda. O comprimento do condutor que forma uma bobina é dividido em segmentos múltiplos, com cada segmento constituindo uma pequena fracção de um comprimento de onda (ou seja, 0,1 do comprimento de onda ou menos). Um condensador é colocado entre segmentos adjacentes, para corrigir a fase da corrente, ou dessintonizar parcialmente a efectiva reactância indutiva dos segmentos do condutor da bobina. Através da utilização de uma apropriada capacitância entre segmentos, o fluxo de corrente RF de um segmento para outro é mantido praticamente em fase e com amplitude quase uniforme. Isto permite o aquecimento uniforme de muito maiores secções de material, do que seria pelo contrário possível, para uma determinada e muito elevada frequência RF. Estes condensadores podem ser preferencialmente constituídos por padrões estampados -29- de condulores em ambos os lados de um substrato de isolamento, mas podem ser condensadores descontínuos de adequadas capacidade de corrente, gama de tensão, resistência de perda e estabilidade. A área de sobreposição de condutores, de cada lado de um substrato de isolamento, e a espessura e constante dieléctrica do substrato estabelece, numa primeira aproximação, o valor da capacitância assim constituída, como é bem sabido para condensadores de pratos paralelos. Os efeitos do comprimento de onda podem ter de ser considerados para determinações de mais elevada precisão. O material do substrato deve ter baixa perda de dieléctrico e boas propriedades de corte em alta tensão. Os materiais baseados em Teflon têm sido considerados satisfatórios para algumas aplicações, embora possam ser usados outros materiais de substrato. Os condensadores de pratos paralelos estampados podem ser combinados com os condutores que constituem os segmentos da bobina e um padrão apropriado estampado simultaneamente na dupla folha metálica de revestimento, para constituir a cinta da bobina de um comprimento desejado. Os segmentos da bobina em sobreposição para constituir os condensadores, podem ter a configuração de condutores paralelos múltiplos, anteriormente descrita, ou feitos de uma fita mais larga. Outros meios de fabrico podem também ser usados dentro do âmbito desta invenção. O dispositivo aplicador 80 pode usar a mesma fonte energética 40, utilizada com o dispositivo aplicador 20 . O material compósito de ligação (MCL) usado com a presente invenção inclui uma matriz de ligação com uma multiplicidade de substâncias absorventes de energia electromagnética magneticamente reactivas no seu interior. A matriz de ligação pode ser um material aderente (termoplástico, tal como polietileno) ou um material adesivo (epoxy ou calor - derretimento) ou uma mistura de ambos. Simples substâncias absorventes de energia electromagnética, tais como pó de ferrite, podem ser usadas. Um material preferível são as partículas magnéticas depositadas, descritas no documento WO-A-96/31 091. -30-

Estas lâminas de camadas múltiplas integram pelo menos uma camada metálica ferromagnética de película fina, cristalina, empilhada alternadamente com pelo menos uma camada de película fina dieléctrica, e estão presentes na matriz de ligação numa quantidade que varia entre aproximadamente 0,1% e 10%, em volume. A composição do MCL não é geralmente crítica e não se encontra, por si própria, dentro do âmbito desta invenção; no entanto, o MCL deve ser reactivo à frequência do dispositivo aplicador. A matriz de ligação ou as substâncias absorventes de energia electromagnética, podem também integrar um material que tenha uma reactância dieléctrica. Finalmente, as substâncias absorventes de energia electromagnética podem ser auto reguladoras, isto é, “Curie-limiting” (temperatura à qual se dá o relaxe da resistência às mutações magnéticas)..

Lisboa, 26 de Março de 2001

luís silva carvalho

Agente Oficial da Propriedade Industrial RUA VICTOR CORDON, 14 1200 LISBOA

Claims (9)

1. -1 - REIVINDICAÇÕES 1. Um sistema de aquecimento por indução para ligações por fusão, incluindo uma fonte de energia, um material compósito de ligação que tem uma matriz de ligação e uma multiplicidade de substâncias absorventes de energia electromagnética, e meios de aplicação adequados para receber energia a partir da referida fonte energética e para aplicar a energia electromagnética radiante ao citado material compósito de ligação, sendo o sistema caracterizado por: as referidas substâncias absorventes de energia electromagnética serem magneticamente reactivas a uma frequência superior a 50 MHz, e por os citados meios de aplicação (20;70;80) que aplicam energia electromagnética radiante a uma frequência superior a 50 MHz, serem tais que as referidas substâncias absorventes de energia electromagnética possam ser suficientemente aquecidas para derreter uma parte da mencionada matriz de ligação; estes meios de aplicação (20;70;80) integram uma multiplicidade de dispositivo aplicadores e podem ser seleccionados a partir de uma multiplicidade de aplicadores, cada um deles tendo uma geometria diferente, para aquecimento do citado material compósito de ligação (54).
2. 2. O sistema da reivindicação 1, em que as mencionadas substâncias absorventes de energia electromagnética são magneticamente reactivas no intervalo de 75 - 500 MHz e em que os referidos meios de aplicação (20;70;80) aplicam energia electromagnética radiante no intervalo de 75 - 500 ΜΗζ.
3. 3. Ο sistema da reivindicação 1 ou 2 em que os referidos meios de aplicação (20;70;80) incluem um ressonador de quarto de onda.
4. 4. O sistema de qualquer uma das reivindicações 1 a 3 em que os referidos meios de aplicação (20;70;80) incluem um dispositivo de aplicação base e um adaptador de aquecimento funcionalmente ligado a esse dispositivo de aplicação base, e em que esse adaptador de aquecimento pode ser seleccionado a partir de um multiplicidade de adaptadores de aquecimento, tendo cada qual uma geometria diferente para aquecimento do citado material compósito de ligação (54).
5. 5. O sistema de qualquer uma das reivindicações 1 a 4 em que os referidos meios de aplicação (80) incluem uma multiplicidade de fios, electricamente isolados uns dos outros, cada qual formando um enrolamento (82) com um eixo comum, estando cada um desses fios ligado electricamente em paralelo.
6. 6. O sistema da reivindicação 5 em que: os referidos meios de aplicação (80) incluem um ressonador de quarto de onda que tem um alongado dispositivo de aplicação base, com um condutor interior (26) e um condutor exterior (34, 36) que envolve, pelo menos parcialmente, o referido condutor interior (26), e em que os referidos condutores interior e exterior (26, 34, 36) estão electricamente ligados numa extremidade do citado dispositivo de aplicação base, pela mencionada multiplicidade de enrolamentos dc fio (82).
7. 7. O sistema da reivindicação 5 em que alguns desses múltiplos fios estão empilhados formando múltiplas camadas dos referidos enrolamentos (82), de tal forma que a resistência efectiva do dito dispositivo aplicador (80) é reduzida e a capacidade de transporte de corrente é aumentada.
8. 8. O sistema da reivindicação 6 ou 7 em que os referidos meios de aplicação (80) integram ainda uma sonda de prova capacitiva (22) para acoplamento de energia electromagnética ao citado condutor interior (26).
9. 9. O sistema de qualquer uma das reivindicações 5 a 8 incluindo ainda uma multiplicidade de condensadores, cada qual ligado em série com um correspondente enrolamento de fio (82), de tal forma que a corrente nesses enrolamentos (82) é aproximadamente uniforme, para os perímetros das bobinas que sejam maiores que 0,1 do comprimento de onda da mencionada energia electromagnética radiante. Lisboa, 26 de Março de 2001

   RUA VICTOR CORDON, 14 1200 LISBOA