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MagLev-Cobra:inovação e sustentabilidade em sistemas

para transporte urbano

SEAERJ - 14/10/2014

RICHARD MAGDALENA STEPHAN

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Um veículo para transporte de passageiros, flutuando como umtapete mágico, sem a necessidade de rodas ou de qualquer outraforma de contato com o solo, tornou-se tecnicamente possível com osavanços tecnológicos dos dias de hoje.

RESUMO EXECUTIVO

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Naturalmente, controlar essas forças não é tarefa trivial e exige otrabalho de engenheiros, técnicos, físicos, economistas,preocupados em transformar uma possibilidade tecnológica em umequipamento de uso corriqueiro, vencendo dificuldades de ordemindustrial e econômica.

Um veículo para transporte de passageiros, flutuando como umtapete mágico, sem a necessidade de rodas ou de qualquer outraforma de contato com o solo, tornou-se tecnicamente possível com osavanços tecnológicos dos dias de hoje.O transporte fica mais silencioso, o consumo energético e a poluiçãoatmosférica menor do que o produzido pelos concorrentes, asvelocidades maiores, o desgaste com atrito mecânico inexistente.Além disso, a baixa interferência com obras civis de implantaçãorepresenta uma vantagem em relação aos sistemas convencionaisroda-trilho.Forças magnéticas, as mesmas que conhecemos brincando comimãs, permitem vencer a ação da gravidade e promover o fascinanteestado de levitação.

Essa palestra objetiva contar a inserção brasileira nessa bela história.

RESUMO EXECUTIVO

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Sumário1. Forças Magnéticas2. Posicionamento Histórico3. Posicionamento Geográfico

3.1 MagLev de Alta Velocidade3.2 MagLev Urbano (MagLev-Cobra)

4. MagLev-Cobra5. Desdobramentos (Mancais Magnéticos)6. Conclusão e Agradecimentos

1. Forças Magnéticas

EMLForças atrativas

EDLForças repulsivas

SMLForças estáveis

N

S

Fe N

S

S

N

N

S

Sup

EML – Levitação Eletromagnética

EDL – Levitação Eletrodinâmica

SML – Levitação Supercondutora

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Comparação de forças

Método delevitação

Pressão(N/cm2)

‘gap’ usual(mm)

EML 40 10

EDL 25 100

SML 4 10

10

Emile Bachelet (*1863,+1946)New York – 1912 - EDL

2. Posicionamento Histórico

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Hermann Kemper (*1892,+1977)Germany – 1934 - EML

Disponibilidade tecnológica 1947 – invenção do transistor (micro eletrônica) 1953 – tiristor (eletrônica de potência)

Possibilidade de implantar as técnicas EML e EDL

19561972

John Bardeen,William ShockleyWalter Brattain

no Bell Labs, 1948

Disponibilidade tecnológica 1947 – invenção do transistor (micro eletrônica) 1953 – tiristor (eletrônica de potência)

Possibilidade de implantar as técnicas EML e EDL

1983 – imãs de terras raras 1987 – supercondutores de elevada temperatura crítica

Possibilidade de implantar a técnica SML

3. Posicionamento Geográfico

TAV URB

DE 1 1

JP 1 1

USA - 5

CH 1 4

KO - 1

BR - 1

MagLev no mundo

3.1 MagLev de Alta VelocidadeAlemanha Transrapid - Linha de teste em Emsland

- Linha comercial em ShanghaiEML LSM

Japão JR-MagLev Linha de teste em Yamanashi EDL LSM

Transrapid – EML – forças atrativas

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http://www.transrapid.de

Linha de teste em Emsland (30 km)- Alemanha

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Linha operacional em Shanghai – China

30 km, desde 2003

JR MagLev – EDL - Forças repulsivas

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Linha de teste em Yamanashi (18,4km) – JapãoRecord de velocidade 581 km/h em 2003.Expansão em 2013 (42,8km)Operação comercial Tokyo-Nagoya em 2027Operação comercial Tokyo-Osaka em 2045

3.2 MagLev Urbano

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USA

(FTA 2005funding)

AMT(MagLeft) EML LIM Geórgia - ODU (1km)GA(1) EDL-PM LSM Califórnia (500m)Maglev 2000 (2) EDL-sup LSM FlóridaMagneMotion (3) EML-PM LSM MA (30m)Mag Plane (4) EDL-PM LSM Massachusetts (MA)

Japan HSST-Linimo EML LIM Nagoya (9km)China estatal EML LIM Shanghai (1,7km)

estatal EML LIM Tangshan (1,5km)estatal EML LIM Zhuzhou (1,5km)Jiaotong Uni. SML LIM Chengdu (7m)

Korea KIMM & KRRI EML LIM Incheon Airport (6,1km)Germany IFW SML LIM Dresden (30m)Brasil UFRJ-COPPE SML LIM Rio (200m)lider do projeto: (1) Gurol; (2)Powell & Danby; (3)Thornton; (4)Montgomery

LIM- Linear Induction Motor; LSM-Linear Synchronous MotorPM – Permanent Magnet; sup – superconductorEML, EDL, SML – levitation method

AMT - USA

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http://american-maglev.com

Mag Left – Old Dominum Univ.(Virginia)

American Maglev TechnologyPowder Springs/ Georgia

MagneMotion M3http://www.magnemotion.com

Boston / Massachusetts

22http://atg.ga.com/EM/transportation/urban-maglev/index.php

General AtomicsSan Diego / California

HSST – Linimohttp://hsst.jp

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First commercial application of maglev transit system in Japan,connects Fujigaoka station of subway line and Yakusa station of AichiLoop Line. Its length is 8.9km.

China – MagLev Urbano

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Beijing (Tangshan) Urban Maglev Hunan Urban Maglev

Shanghai Urban MagLev

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26

27

KOMAG 01(1990)

HML 02(1991)

HML 03(1993)

UTM 01(1997)

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UTM 02 – 2005 – 1km

29

http://www.asclab.cn/ http://www.ifw-dresden.dehttp://www.evico.de

Chengdu Dresden

Comparando ....

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2,0 kW/t EML20,0 kW/t EDL0,2 kW/t

MagLev urbano x MagLev TAV

VELOCIDADE TRAÇÃOLEVITAÇÃO

SML EML EDL70 km/h 150 kW ~0 kW 500 kW 5.000 kW

450 km/h 10.500 kW ~0 kW 500 kW 5.000 kW

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Característica MagLev Roda-Trilho

Custo do material rodante/levitante Custo e tempo de execução dasobras de construção civil Tempo de viagem / paradas Custo operacional:manutenção, combustível Impacto ambiental:ruído audível, emissão de CO2

MagLev x Roda-Trilho

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4. MagLev-Cobra

Resumo Gráfico

linha de imãs

Supercondutores refrigerados comLN2 no interior de criostatos

Pulando no criostato !!!

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As fases do projeto MagLev-Cobra

Technology Readiness Levels

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TRL1 – Basic principles observed and reported

TRL2 – Technology concept and/or application defined

TRL3 – Proof of concept validation

TRL4 – Validation in laboratory environment

TRL5 – Validation in a relevant environment

TRL6 – Validation in a relevant final environment

TRL7 – Validation in an operational environment

TRL8 – “Mission qualified” trough test and demonstration

TRL9 – “Mission proven” trough sucessful mission operations

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Os primeiros 10 metros (Rio+20)

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200m

Linha de teste

CT1

CT2

40

A ilha da UFRJ

Linha de teste(200 metros)

Fundão : Meca da Tecnologia

41

CEPEL

CENPES 2BIO RIO

IEN

INCUBADORA

PARQUETECNOLÓGICO

Schlumberger, FMC, GE,B&G, Usiminas, Vallourec,Haliburton, Siemens

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Veículo

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Veículo

44

Veículo

45

46

Estaçõesterminais

CT2 CT1

Estação terminal CT1

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Estação terminal CT2

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49

Via elevada

O primeiro pilar (23/09/2013)

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Estação CT1 (15/10/2013)

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15/10/2013

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27/01/2014

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27/01/2014

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27/01/2014

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23/04/2014

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23/04/2014

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Tipo: JPG

776

1

Conferências por continente

01/10/2014

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01/10/2014

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Globo News

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Jornal Nacional

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01/10/2014

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No dia 1 de outubro de 1964, a primeira linha do Shinkansen, trem de altavelocidade japonês, foi inaugurada em Tokio, em tempo para os primeiros jogosolímpicos que ocorreram na Ásia. Esse fato histórico marcou o início de uma dastecnologias mais consagradas de transporte roda-trilho de alta velocidade.

No dia 1 de outubro de 2014, apresentamos o projeto MagLev-Cobra para acomunidade internacional, representada pelos participantes da “MagLev-2014”.

A data é alvissareira, pois estamos nos preparando para os primeiros jogosolímpicos na cidade do Rio de Janeiro. Oxalá, em 50 anos, a tecnologia MagLev-Cobra possa ser reconhecida como um marco no transporte para velocidadesurbanas, similarmente ao que o Shinkansen representa para o transporte de altavelocidade interurbano.

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01/10/2014

01/10/2014

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O nascimento de um pré-maturo !

5. Desdobramentos:1. Fabricação de imãs de terras raras com grande impactona indústria eletro/mecânica (motores, compressores, …)2. Fabricação de supercondutores com grande impacto nosetor elétrico (trafos, geradores, limitadores, cabos, …)

3. Fabricação de conversores de potência (interesse da WEG)

4. Fabricação de vagões leves (eventual interesse da EMBRAER)

5. Mancais Magnéticos (flywheel, ultracentrífugas, …)

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Mancal Magnético

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Conferências ISMB1 1988 Zürich, Suiça2 1990 Tokio, Japão3 1992 Virginia, USA4 1994 Zürich, Suiça5 1996 Kanazawa, Japão6 1998 Massachusetts, USA7 2000 Zürich, Suiça8 2002 Mito, Japão9 2004 Lexington, USA10 2006 Martigny, Suiça11 2008 Nara, Japão12 2010 Wuhan, China13 2012 Virginia, USA14 2014 Linz, Áustira15 2016 Kitakyushu, Japão16 2018 Beijin, China17 2020 Rio de Janeiro, Brasil

5. Desdobramentos:1. Fabricação de imãs de terras raras com grande impactona indústria eletro/mecânica (motores, compressores, …)2. Fabricação de supercondutores com grande impacto nosetor elétrico (trafos, geradores, limitadores, cabos, …)

3. Fabricação de conversores de potência (interesse da WEG)

4. Fabricação de vagões leves (eventual interesse da EMBRAER)

5. Mancais Magnéticos (flywheel, ultracentrífugas, …)6. Tração linear com variada aplicação industrial7. Estabelecimento de novos padrões arquitetônicos e detransporte para as cidades8. Projeto catalizador de novos talentos para a carente áreade tecnologia e ciência

MagLev-Cobra = Proposta Sustentável• Projeto de baixo impacto ecológicoBaixo consumo de energiaBaixo ruído audívelPequeno impacto de construção civil

• Projeto vantajosamente econômicoMais barato para a implantação do que o metrôCustos operacionais e de manutenção menores

• Projeto de grande alcance socialContribui para a mobilidade urbana de qualidadeFavorece o desenvolvimento tecnológico brasileiro

6. Conclusão e Agradecimentos

Financiamento Proj.Básico

Financiamento Proj.Básico

FinanciamentoExecução

FinanciamentoExecução

Tubos Metálicos das Vias eEstações

Tubos Metálicos das Vias eEstações

FinanciamentonacionalizaçãoFinanciamentonacionalização

Construção CivilConstrução Civil

Sistema de NitrogênioLíquido

Sistema de NitrogênioLíquido

Tintas para Pintura dosTubos e Veículo

Tintas para Pintura dosTubos e Veículo

Equipamentos deEletrônica de Potência

Equipamentos deEletrônica de Potência

Design do MAGLEV-COBRA

Design do MAGLEV-COBRA

Execução do ProjetoEstrutural

Execução do ProjetoEstrutural

Construção do MAGLEV-COBRA

Construção do MAGLEV-COBRA

Projeto e Construção doMotor Linear

Projeto e Construção doMotor Linear

Montagens Eletro-mecânicas e Eletrônicas

Montagens Eletro-mecânicas e Eletrônicas

SÓCIOSMAGLEV - COBRA

SÓCIOSMAGLEV - COBRA

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Equipe de trabalho!

“MagLev trains are not justordinary trains but wingsthat help mankind takeanother leap forward in thefuture”(KIMM – Center for Urban MagLev Program)

Trens MagLev não são apenas trens convencionais, porém asas que ajudama humanidade a dar mais um salto avante em direção ao futuro.

Ciclo de palestras da SEAERJ:

“Brasil, uma nação em movimento”

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EUA BRASIL MUNDO

1750 Colônia inglesa Colônia portuguesa

1776-1783 Guerra da independência

1789 Washington (democracia) Inconfidência mineira Revolução francesa

1808 D. João VI Napoleão

1822 Grito da independência 1a Guerra do Ópio (1839-42)2a Guerra do Ópio (1856-60)1861-1865 Guerra Civil (Lincoln)

1864-1870 Guerra do Paraguai (Pedro II)

1888 Lei Áurea

1889 República brasileira

1914-1918 1ª Guerra Mundial

1917 Lenin

1939-1945 2ª Guerra Mundial

1945 Hiroshima & Dresden

1949 Mao Zedong

1964 Golpe Militar - Ditadura Guerra do Vietnã (1955-75)

1976 Richard & Sérgio Engenheiros Deng Xiaoping

1989 Collor de Mello (democracia) Muro de Berlim/Praça da Paz

SéculoXX

Guerras externasDemocracia interna

Paz externaGolpes internos

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RICHARD MAGDALENA STEPHAN

Obrigado !

Leitura para aprofundamento:1. http://magnetbahnforum.de/ The International MagLevboard e.V.2. http://en.wikipedia.org/wiki/Maglev3. J. Livingston, Rising Force, Harvard University Press, 20114. R.Schach, P.Jehle, R.Naumann, Transrapid und Rad-Shiene-Hoch-

geschwindigkeitsbahn, Springer, 20065. R.Rhodes, B.Mulhall, Magnetic Levitation for Rail Transportation,

Clarendon Press Oxford, 19816. Sotelo, G G, Stephan, R. M., Branco, P. J. C., de Andrade Jr., R. A

Didatic Comparison of Magnetic Forces. International Journal ofElectrical Engineering Education. , v.48, p.117 - 129, 2011.

7. Valle, R.; Neves, F., de Andrade Jr., R., Stephan, R. M.Electromagnetic Levitation of a Disc. IEEE Transactions onEducation, p.1 - 8, 2011.

8. Artigo na Vehicular Magazine.85

Tecnologia concorrente

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?

Passageiros são resgatados de monotrilho na AustráliaUma falha no monotrilho deixou passageiros, em sua maioria turistasinternacionais, presos por horas entre estações nesta segunda-feira(24/09/2012) no centro de Sydney, Austrália.Segundo o local "Sydney Herald", a parada aconteceu devido a umafalha elétrica e cerca de 30 passageiros foram socorridos.

Inovação Tecnológica

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A história das conferências MagLev1 st 1977 Boston, USA America

2 nd 1978 Miyazaki, Japan Asia ML-500

3 rd 1979 Hamburg , Germany Europe TR-05

4 th 1982 Miyazaki, Japan Asia MLU-001

5 th 1983 Washington, USA America

6 th 1984 Solihull (UK) Europe Birmingham MagLev

7 th 1985 Tokyo (Japan) Asia HSST-03

8 th 1986 Vancouver, Canada America

9 th 1987 Las Vegas, USA America

10 th 1988 Hamburg, Germany Europe TR-06

11 th 1989 Yokohama, Japan Asia HSST-05, MLU-002

12 th 1992 Lyon, France Europe

13 th 1993 Argonne, Illinois, USA America

14 th 1995 Bremen, Germany Europe TR-07

15 th 1998 Yamanashi, Japan Asia HSST-100, MLX-01

16 th 2000 Rio de Janerio, Brazil America SML small scale prototype

17 th 2002 Lausanne, Switzerland Europe

18 th 2004 Shanghai, China Asia Shanghai MagLev

19 th 2006 Dresden, Germany Europe

20 th 2008 San Diego, USA America GA Urban MagLev

21 st 2011 Daejeon, Korea Asia KIMM Urban MagLev

Fundão : Meca da Tecnologia

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CEPEL

CENPES 2BIO RIO

IEN

INCUBADORA

PARQUETECNOLÓGICO

Schlumberger, FMC, GE,B&G, Usiminas, V&M,Haliburton, Siemens

4. Estratégia

• Cooperação internacional

• Empresas parceiras

• Formação de equipe

• Objetivo bem definido

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Cooperação InternacionalChina Alemanha

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http://www.asclab.cn/ http://www.ifw-dresden.dehttp://www.evico.de