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Desenvolvimento de motor termomagnético de Tesla acionado por energia solar ou por rejeitos térmicos industriais

Processo: 09/00013-0
Linha de fomento:Auxílio à Pesquisa - Regular
Vigência: 01 de abril de 2009 - 31 de maio de 2012
Área do conhecimento:Ciências Exatas e da Terra - Física - Física da Matéria Condensada
Pesquisador responsável:Sergio Gama
Beneficiário:Sergio Gama
Instituição-sede: Instituto de Ciências Ambientais, Químicas e Farmacêuticas (ICAQF). Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP). Campus Diadema. Diadema , SP, Brasil
Assunto(s):Materiais magnéticos  Efeito magnetocalórico  Energia solar 

Resumo

Dada a crescente importância das energias renováveis em nossa sociedade, identificamos a necessidade de se ter um dispositivo capaz de transformar eficientemente a energia solar ou rejeitos térmicos industriais em energia mecânica ou energia elétrica. Do estudo de materiais magnéticos com transições de primeira ordem em relação ao efeito magnetocalórico, visando sua aplicação em refrigeradores magnéticos, observamos que alguns materiais apresentam uma grande variação de magnetização em um curto intervalo de temperatura ao redor da transição. Da construção de um protótipo de refrigerador magnético, observamos os altos torques magnéticos presentes nestas máquinas. Juntando ambas as observações, vimos a possibilidade de usar estas características na construção de motores termomagnéticos, utilizando o conceito de motores de Tesla e materiais com temperatura de transição ligeiramente acima da temperatura ambiente. Foi construído um primeiro protótipo utilizando o intermetálico MnAs, operando entre 70oC e a temperatura ambiente, cujo funcionamento motivou o desenvolvimento de novos modelos deste tipo de motor, em particular um modelo pendular sem utilização de molas. Modelagem preliminar indicou uma morfologia ímãs-materiais magnéticos que denominamos pistão magnético, capaz de fornecer altas forças. Esses conjuntos tratores podem ser multiplicados facilmente através de associação em paralelo, fornecendo altos níveis de forças. Projetamos também sistemas rotativos, capazes de altos torques. Observação do comportamento do primeiro protótipo mostrou a importância do atrito na eficiência do dispositivo, e por isso planejamos agregar a estas máquinas mancais magnéticos rotativos ou lineares planos, de modo a levar o atrito ao mínimo nível possível.Espera-se que essas máquinas possam operar com eficiências termodinâmicas entre 50 e 60 % do rendimento de Carnot. O presente projeto objetiva o desenvolvimento de motores de Tesla reciprocativos e rotativos, uni-pistão ou multi-pistões. Os materiais magnéticos de primeira ordem deverão ser obtidos em escala de quilogramas, utilizando métodos baseados em processos desenvolvidos durante os estudos de materiais magnetocalóricos. Os diferentes modelos de motores de Tesla deverão ser completamente caracterizados em termos de sua performance, prestando particular atenção ao seu rendimento termodinâmico. Para isso, precisamos que os motores operem na máxima freqüência, e isso significa maximizar as trocas de calor entre os materiais magnéticos e os fluidos de troca de calor. Como o funcionamento desta parte do motor lembra o de um trocador de calor tipo regenerador, para o qual a máxima eficiência é alcançada quando a capacidade térmica da matriz é similar à capacidade térmica do fluido de calor, deveremos testar os motores com vários fluidos de troca de calor, objetivando essa maximização de freqüência de operação, e portanto, maximização da potência dos motores. (AU)

Publicações científicas
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
FERREIRA, L. D. R.; BESSA, C. V. X.; DA SILVA, I.; GAMA, S. A heat transfer study aiming optimization of magnetic heat exchangers of thermomagnetic motors. INTERNATIONAL JOURNAL OF REFRIGERATION-REVUE INTERNATIONALE DU FROID, v. 37, n. SI, p. 209-214, JAN 2014. Citações Web of Science: 5.

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Patente(s) depositada(s) como resultado deste projeto de pesquisa

DISPOSITIVO TERMOMAGNÉTICO RECIPROCATIVO LINEAR E USO DO MESMO BR1020120128225 - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) ; Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP) . Adelino de Aguiar Coelho; Sérgio Gama; Isaias da Silva - 29 de maio de 2012

DISPOSITIVO TERMOMAGNÉTICO ROTATIVO E USO DO MESMO BR1020120128241 - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) ; Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP) . Adelino de Aguiar Coelho; Sérgio Gama; Isaias da Silva - 29 de maio de 2012

PROCESSO DE AGLUTINAÇÃO DE PÓS DE MATERIAIS MAGNÉTICOS, MASSA MAGNÉTICA ASSIM OBTIDA E USO EM DISPOSITIVOS TERMOMAGNÉTICOS BR1020120128250 - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) ; Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP) . Adelino de Aguiar Coelho; Sérgio Gama; Isaias da Silva - 29 de maio de 2012