levitação magnética - eletromag.feelt.ufu.br · 2 mecânica pressão de ar aerodinâmica...
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11
LEVITALEVITAÇÇÃO MAGNÃO MAGNÉÉTICA: TICA: AplicaAplicaçções em sistemas ões em sistemas de transportede transporte
R.M. R.M. StephanStephan
1. Introdução (técnicas de levitação)
2. Levitação Eletromagnética (EML)
3. Levitação Eletrodinâmicas (EDL)
4. Levitação Supercondutora (SML)
5. Comparação entre as Técnicas de Levitação
6. Nichos de Aplicação dos Sistemas MagLev
6.1 Transporte Urbano (projeto MagLev-Cobra)
6.2 Transporte Interurbano (TAV Rio – São Paulo)
7. Conclusão e Discussão
22
MecânicaMecânicaPressão de arPressão de arAerodinâmicaAerodinâmica
ElEléétricatricaForForççaa eletrosteletrostááticatica
MagnMagnééticaticaEletrodinâmicaEletrodinâmica (f = i x B)(f = i x B)
Imã PermanenteImã PermanenteCorrente Alternada (CACorrente Alternada (CA))
EletromagnEletromagnéética (tica (µµ >>1)>>1)Imã Permanente (passivo)Imã Permanente (passivo)AtivoAtivo
DiamagnDiamagnéética tica Normal (Normal (µµ < 1)< 1)Supercondutora (Supercondutora (µµ = 0)= 0)
1. Introdu1. IntroduççãoãoTTéécnicascnicas de Levitade Levitaççãoão
44
Força Eletrodinâmica (Lorentz): F = Q ( v x B )
Força Eletromagnética:
Energia Armazenada = Wa = (1/2) (1/2) ∫∫ BB..HH dVdV
Wa = (1⁄2) Ba Ha Va = (1⁄2) Ba Ha Aa x
F = ∂Wa /∂x = (1⁄2) Ba Ha Aa
F/ Aa = (1⁄2µ0) (Ba)2
para B=1T F/ Aa = 40 N/cm2 ~ 4 atm
Força Diamagnética: F = m. B
ForForçças magnas magnééticasticas
55
Ímã Permanente
LevitaLevitaçção Eletromagnão Eletromagnéética Passivatica Passiva
2. Levita2. Levitaçção Eletromagnão Eletromagnéética (EML)tica (EML)
Samuel Earnshaw, “On the Nature of the Molecular Forces which Regulate the Constitution of the Luminiferous Ether”. Trans. Camb. Phil. Soc., V7, pp. 97-112, 1842.
1616
5. Comparação de forças
101044SMLSML
1001002525EDLEDL
10104040EMLEML
‘‘gapgap’’ usualusual(mm)(mm)
PressãoPressão(N/cm(N/cm22))
MMéétodotodo de de levitalevitaççãoão
1717
Comparação SML x EML
1,7 kW/t0,0 kW/t
velocidade tração levitaçãoSML
levitação EML
70 km/h 150 kW ~ 0 kW 500 kW
450 km/h 10.500 kW ~ 0 kW 500 kW
1818
Tecnologia SML
2.000,002.000,0095 kg95 kg1m (duplo) 1m (duplo) linha imãslinha imãs
98.000,0098.000,001m 1m MagLevMagLev4 criostatos4 criostatos
24.500,0024.500,0020 kg20 kgC = 437C = 437L = 182L = 182H = 109H = 109
criostatocriostatocc/24 /24 blocosblocos
430,00430,0027 US$/g27 US$/g(**)(**)
0,16kg0,16kg6,59 kg/dm6,59 kg/dm33
64x32x1264x32x12YBCOYBCO
40,0040,0021 US$/21 US$/kkgg
1,86kg1,86kg7,44 kg/dm7,44 kg/dm3(*)3(*)
100x50x50100x50x50NdFeBNdFeB
Custo Custo (US$)(US$)
1 EU = 1,5 US$1 EU = 1,5 US$
Peso /Peso /DensidadeDensidade
DimensãoDimensão(mm)(mm)
MaterialMaterial
(*) Fe 7,8 kg/dm3 (**) Ouro 28 US$/g
1919
6. Nichos de Aplica6. Nichos de Aplicaççãoão6.1 Transporte Urbano (6.1 Transporte Urbano (MagLevMagLev--CobraCobra))
ReduReduçções de custos em relaões de custos em relaçção ao Metrôão ao Metrô
Carga distribuCarga distribuíída ao longo do veda ao longo do veíículoculoMetade do peso totalMetade do peso totalRaio mRaio míínimo de inscrinimo de inscriçção 30 mão 30 mRampas de atRampas de atéé 15%15%Metade da Metade da áárea de escavarea de escavaççãoãoMenor custo operacionalMenor custo operacionalMenor impacto Menor impacto ambientalambiental
1/3 do custo1/3 do custo
2020
Carga distribuCarga distribuíída ao longo do veda ao longo do veíículoculo
P
L
q
M1 = PL/4
M2 = qL2/8
M1 = 2 M2
2121
Metade do peso totalMetade do peso totalEspecificaEspecificaççãoão UnidadeUnidade VLTVLT MAGLEVMAGLEVLargura Largura mm 2,702,70 2,702,70Altura Altura mm 3,803,80 2,702,70Comprimento Comprimento mm 25,5025,50 25,5025,50Altura do PisoAltura do Piso mm 0,950,95 0,200,20BitolaBitola mm 1,601,60 1,601,60Massa do Carro VazioMassa do Carro Vazio kgkg 37.00037.000 10.20010.200Passageiros sentadosPassageiros sentados quantidadequantidade 5959 5959Passageiros em pPassageiros em péé quantidadequantidade 195195 195195LotaLotaçção de passageirosão de passageiros quantidadequantidade 254254 254254Massa do Carro LotadoMassa do Carro Lotado kgkg 54.78054.780 27.98027.980
2525
Metade da Metade da áárea de escavarea de escavaççãoão
Seção retangular
mínimo 14 m2
Seção circular mínimo 7 m2
2626
Menor custo operacionalMenor custo operacional
Motor linear de simples manutenMotor linear de simples manutenççãoãoSem trilhos e rodas para desgastarSem trilhos e rodas para desgastarMenor consumo de energiaMenor consumo de energia
2727
Gasto de Energia no Transporte de Passageiros(em kJ por passageiro-quilômetro)
MODALIDADE Mínimo Máximo Médio Eq.MaglevAndar a pé 95 355 225 9Bicicleta 60 140 100 4Hidroviário 120 1.100 610 24,4Ferroviário 150 2.000 1.075 43Aéreo 900 7.500 4.200 168Ônibus 200 2.000 1.100 44Automóvel 600 5.000 2.800 112Moto 800 1.800 1.300 52Maglev 25 1
2929
Impacto ambientalImpacto ambiental
60 dB60 dB(valor estimado)(valor estimado)
MagLevMagLev--CobraCobra80 km/h80 km/h
73 dB73 dBTransrapid Transrapid 200 km/h200 km/h
80 dB80 dBMetrô Metrô 80 km/h80 km/h
Ruído audível
dB = 10 log (S/R)
- 3 dB metade
-10 bB 10 vezes menor
-20 bB 100 vezes menor
3636
Ecologicamente corretaEcologicamente correta -- menor poluimenor poluiçção sonora e ão sonora e ambiental, menor consumo de energia.ambiental, menor consumo de energia.
Economicamente corretaEconomicamente correta -- menor custo de menor custo de implantaimplantaçção e manutenão e manutençção.ão.
Politicamente corretaPoliticamente correta -- tecnologia nacional com tecnologia nacional com oportunidade de crescimento industrial e cientoportunidade de crescimento industrial e cientíífico.fico.
Tecnicamente corretaTecnicamente correta ––levitalevitaçção mais vantajosa que o ão mais vantajosa que o mméétodo eletromagntodo eletromagnéético ou eletrodinâmico. tico ou eletrodinâmico.
Socialmente corretaSocialmente correta -- facilitarfacilitaráá a mobilidade urbana.a mobilidade urbana.
MagLevMagLev--CobraCobra:: quebra de paradigmasquebra de paradigmas..
3737
6. Nichos de Aplica6. Nichos de Aplicaççãoão6.2 Transporte Interurbano (TAV Rio6.2 Transporte Interurbano (TAV Rio--São Paulo)São Paulo)
- 50 km de túneis e viadutos x 200 km da proposta TAV
- menor ruído audível (10 vezes menos à 300 km/h)
- maior número de paradas para igual tempo de viagem
- menor tempo de implantação
- menor consumo energético
- manutenção mais simplesR. Nicolsky – Levitando de São Paulo ao Rio, Folha de São Paulo, 18/02/1997
R.M.Stephan, E.G. David – A opção pela ousadia, O Globo, 04/04/2009
R.M.Stephan – O futuro sem rodas, Jornal do Brasil, 09/08/2009
R.M.Stephan – Reflexões sobre o projeto TAV, Folha de São Paulo, 11/01/2010
3838
Afinal, a história nos ensina que a quebra de paradigmas costuma ser benéfica.
Algumas vezes demora, infelizmente!
4040
AgradecimentosAgradecimentos::CNPqCNPq––CAPESCAPES––FAPERJ FAPERJ pelopelo apoioapoio financeirofinanceiroRobeto NicolskyRobeto NicolskyRubens de Andrade Jr.Rubens de Andrade Jr.Antônio Carlos FerreiraAntônio Carlos FerreiraGuilhermeGuilherme GonGonççalvesalves SoteloSoteloOcioneOcione JosJoséé MachadoMachadoEduardo Eduardo MottaMottaDaniel Daniel DiasDiasSSéérgiorgio FerreiraFerreirae e muitosmuitos outrosoutros ……
4242
Impacto ambientalImpacto ambiental
Emissão de CO2 no transporte
MODALIDADE Combust. Unidade kgCO2/unid. Passag. Consumo Unid/pax kg.CO2/paxAvião 373 QAV litro 2,40 105 4300 40,95 98,08Autom 1.4 Gasolina litro 2,17 3 37 12,22 26,52Van Diesel litro 2,62 10,5 55 5,24 13,72Ônibus Diesel litro 2,62 35 176 5,03 13,17Trem Diesel litro 2,62 175 880 5,03 13,17TAV Eletricidade kWh 0,4 175 1626 9,29 3,72Maglev Eletricidade kWh 0,4 175 1138 6,50 2,60
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