condicionamento supercondutores magnéticos grupo: adèle braz maglhães – 14019 andré luís...
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CondicionamentoCondicionamentoSupercondutores magnéticos
Grupo: Adèle Braz Maglhães – 14019 André Luís Costa e Silva – 14021 Régis Junqueira Dias - 14085 Tiago César de Moura- 13257 Thiago Veríssimo Leandro - 13255 Victor Andrade Oliveira - 14079
SupercondutividadeSupercondutividadeCaracterística 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
SupercondutividadeSupercondutividadeMateriais condutores não são
bons supercondutores
SupercondutividadeSupercondutividade
Efeito Messner, blindagem magnética do interior de um supercondutor
SupercondutividadeSupercondutividadePropriedade 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)
SupercondutividadeSupercondutividadeMateriais supercondutores acima da
temperatura crítica não são bons condutores
Tipo IElementos puros e ligas metálicas,
apresentam apenas o estado MessnerTipo IICompostos cerâmicos, apresentam
dois estados, misto e efeito Messner
SupercondutividadeSupercondutividade
Tipo I: Campo magnético penetra em pequena quantidade
Tipo II: Campo magnético penetra em forma de “tubos” formando regiões normais ao material
T<Tc
SupercondutividadeSupercondutividade
Material Tipo Tc (K)Zinco Metal 0,88Alumínio Metal 1,19Estanho Metal 3,72Mercúrio Metal 4,15YBa2Cu3O7 Cerâmico 90TlBaCaCuO Cerâmico 125
Tabela de Temperaturas Críticas de alguns supercondutores
SupercondutividadeSupercondutividade
Evolução da Tc e materiais de supercondutores desde sua descoberta
Aplicações da Aplicações da SupercondutividadeSupercondutividadeLinhas de Transmissão, malhas
de fios supercondutores conduzem energia por centenas de anos sem perdas
Condicionamento através de armazenamento de energia
SMES
SMESSMESSupercondutores 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
SMES - ComponentesSMES - ComponentesBobina supercondutoraSistema de condicionamento de
potênciaRefrigeração criogênica
SMES – TemperaturaSMES – TemperaturaO 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
SMES – LaboratSMES – Laboratório de ório de ResfriamentoResfriamento
Acesso remoto – Operação contínuaRefrigerador de Diluição
SMES – LaboratSMES – Laboratório de ório de ResfriamentoResfriamento
Criogenia – 2 mil litros de He líquido por mês
SMES - FuncionamentoSMES - FuncionamentoAo 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
SMES – Funcionamento SMES – Funcionamento
Campo magnético necessário para construção de um solenóide
Campo magnético em um solenóide gira entre 5 e 20 T
SMES – Funcionamento SMES – Funcionamento
Resistividade x Temperatura
SMES – Esquema GeralSMES – Esquema GeralO 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%
SMES – Esquema GeralSMES – Esquema Geral
Diagrama on-line de SMES
SMES - VantagensSMES - VantagensTempo de ativação do sistema
muito curto. Menor que qualquer outro sistema de armazenamento. Energia disponível quase que instantaneamente
Potência elevadaEquipamento menor que UPSAlta confiabilidade
SMES - DesvantagensSMES - DesvantagensAlto custo devido as exigências
de refrigeração e ao custo do fio supercondutor
SMES – Atual área de SMES – Atual área de atuaçãoatuaçãoArmazenamento de energia de
curta duraçãoMelhorar qualidade de energiaUnidades de 1[MW] são utilizadas
em plantas industriais que necessitam de uma energia limpa, ex. industrias de microchip
Estabilizar redes de distribuição
SMES – Estudo de um SMES – Estudo de um casocasoNa 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
SMES – SoluçãoSMES – SoluçãoInstalação 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
SMES – Cálculo de Energia SMES – Cálculo de Energia armazenadaarmazenadaEnergia magnética armazenada:
E = energia medido em joules L = indutância medida em Henrys I = corrente em Amperes
SMES – CustosSMES – CustosSistema de refrigeraçãoSupercondutorEstabilizadorIsolamento à vácuo da bobinaSMES 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
SMES – Desafios TécnicosSMES – Desafios TécnicosAumento da capacidade de
armazenamento de energiaTamanho 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
SMES – Desafios TécnicosSMES – Desafios TécnicosInfraestrutura para sistema de
refrigeraçãoCorrente 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
SMES – Desafios TécnicosSMES – Desafios Técnicos
Para uma dada temperatura T, a amostra só será supercondutor abaixo de um campo magnético Hc
SMES – Desafios TécnicosSMES – Desafios Técnicos
Corrente crítica de materiais supercondutores
SMES – Desafios TécnicosSMES – Desafios TécnicosPossíveis 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
SMES – Outras aplicaçõesSMES – Outras aplicaçõesCabos 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
BibliografiaBibliografiahttp://en.wikipedia.org/wiki/
Superconducting_magnetic_energy_storage#References_2