Supercondutores magnéticos

Apresentação em tema: "Supercondutores magnéticos"— Transcrição da apresentação:

1 Supercondutores magnéticos
Condicionamento Supercondutores magnéticos s Grupo: Adèle Braz Maglhães – 14019 André Luís Costa e Silva – 14021 Régis Junqueira Dias Tiago César de Moura Thiago Veríssimo Leandro Victor Andrade Oliveira

2 Supercondutividade Característica física intrínseca de certos materiais que em baixíssimas temperaturas conduzem corrente elétrica sem resistência e perdas Diamagneto perfeito, exclusão do campo magnético em seu interior, conhecido como Efeito Messner, funcionando abaixo da temperatura crítica Diversos metais e materiais cerâmicos

3 Supercondutividade Materiais condutores não são bons supercondutores

4 Supercondutividade Efeito Messner, blindagem magnética do interior de um supercondutor

5 Supercondutividade Propriedade descoberta pelo físico holandês Heike Kamerlingh Onnes em 1911 Verificou o desaparecimento da resistência do mercúrio quando submetido a uma temperatura de 4K (-269,15ºC) Atualmente se trabalha com um composto cerâmico a 92K (-181,15ºC)

6 Supercondutividade Materiais supercondutores acima da temperatura crítica não são bons condutores Tipo I Elementos puros e ligas metálicas, apresentam apenas o estado Messner Tipo II Compostos cerâmicos, apresentam dois estados, misto e efeito Messner

7 Supercondutividade T<Tc
Tipo I: Campo magnético penetra em pequena quantidade Tipo II: Campo magnético penetra em forma de “tubos” formando regiões normais ao material

8 Supercondutividade Material Tipo Tc (K) Zinco Metal 0,88 Alumínio 1,19
Estanho 3,72 Mercúrio 4,15 YBa2Cu3O7 Cerâmico 90 TlBaCaCuO 125 Tabela de Temperaturas Críticas de alguns supercondutores

9 Supercondutividade Evolução da Tc e materiais de supercondutores desde sua descoberta

10 Aplicações da Supercondutividade
Linhas de Transmissão, malhas de fios supercondutores conduzem energia por centenas de anos sem perdas Condicionamento através de armazenamento de energia SMES

11 SMES Supercondutores Magnéticos de Armazenamento de Energia (SMES, Superconducting Magnetic Energy Storage) Sistema de armazenamento de energia através de supercondutores magnéticos. A energia é armazenada através do campo magnético gerado pela circulação de uma corrente no supercondutor refrigerado por um fluido criogênico

12 SMES - Componentes Bobina supercondutora
Sistema de condicionamento de potência Refrigeração criogênica

13 SMES – Temperatura O SMES pode ser constituído por um supercondutor de baixa(LTSC) ou alta(HTSC) temperatura crítica A eficiência do SMES depende do sistema de refrigeração que é mantido por energia elétrica Sistema HTSC pode ser até 60% mais econômico que LTSC

14 SMES – Laboratório de Resfriamento
Refrigerador de Diluição Acesso remoto – Operação contínua

15 SMES – Laboratório de Resfriamento
Criogenia – 2 mil litros de He líquido por mês

16 SMES - Funcionamento Ao conduzir uma corrente na bobina supercondutora gera um campo magnético produzindo uma energia armazenada por tempo indeterminado A energia armazenada pode ser utilizada pela rede descarregando a bobina

17 SMES – Funcionamento Campo magnético necessário para construção de um solenóide Campo magnético em um solenóide gira entre 5 e 20 T

18 SMES – Funcionamento Resistividade x Temperatura

19 SMES – Esquema Geral O sistema condicionamento de energia usa um inversor/retificador para transformação CA CC Cada transformação custa 2 a 3% de perda O processo de armazenamento do SMES é o mais eficaz com menor perda Eficiência superior a 95%

20 SMES – Esquema Geral Diagrama on-line de SMES

21 SMES - Vantagens Tempo de ativação do sistema muito curto. Menor que qualquer outro sistema de armazenamento. Energia disponível quase que instantaneamente Potência elevada Equipamento menor que UPS Alta confiabilidade

22 SMES - Desvantagens Alto custo devido as exigências de refrigeração e ao custo do fio supercondutor

23 SMES – Atual área de atuação
Armazenamento de energia de curta duração Melhorar qualidade de energia Unidades de 1[MW] são utilizadas em plantas industriais que necessitam de uma energia limpa, ex. industrias de microchip Estabilizar redes de distribuição

24 SMES – Estudo de um caso Na cidade de Wisconsin do Norte devido a instalação de uma fábrica de papel, a linha de transmissão sofria com mudanças súbitas de carga, gerando flutuações descontraladas

25 SMES – Solução Instalação de uma rede de SMES para estabilizar a rede de transmissão Capacidade de 20 MWh, 400 MW por 100 segundos ou 10 MW por 2 horas

26 SMES – Cálculo de Energia armazenada
Energia magnética armazenada: E = energia medido em joules  L = indutância medida em Henrys  I = corrente em Amperes 

27 SMES – Custos Sistema de refrigeração Supercondutor Estabilizador
Isolamento à vácuo da bobina SMES HTSC até 4 vezes mais caro que LTSC, apesar de HTSC possuir uma necessidade menor de resfriamento este necessita de um fio maior para gerar a mesma indutância

28 SMES – Desafios Técnicos
Aumento da capacidade de armazenamento de energia Tamanho físico, uma unidade de 1GWh nível comercialmente útil, seria necessário um circuito SMES de 160Km Matéria prima, maioria dos supercondutores são cerâmicas, material de tratamento muito delicado

29 SMES – Desafios Técnicos
Infraestrutura para sistema de refrigeração Corrente crítica, os supercondutores necessitam de uma corrente mínima denominada corrente crítica. Ainda não foi possível desenvolver um SMES economicamente viável Campo Magnético crítico, assim como a corrente necessita de um campo magnético mínimo

30 SMES – Desafios Técnicos
Para uma dada temperatura T, a amostra só será supercondutor abaixo de um campo magnético Hc

31 SMES – Desafios Técnicos
Corrente crítica de materiais supercondutores

32 SMES – Desafios Técnicos
Possíveis danos à saúde; além de acidentes como ruptura na retenção do nitrogênio líquido há uma preocupação sobre os efeitos em seres humanos expostos durante um longo período a um campo magnético de grande magnitude

33 SMES – Outras aplicações
Cabos de linhas de transmissão; requer nitrogênio líquido, que é barato e fácil de produzir Esses cabos poderão aumentar a capacidade sem um aumento em danos ambientais Motores; menores e mais eficientes do que os convencionais Geradores; possível geração de energia em alta tensão, dispensando o uso transformadores

34 Bibliografia ng_magnetic_energy_storage#References _2