Aplicações em sistemas de transporte

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1 LEVITAÇÃO MAGNÉTICA: Aplicações em sistemas de transporte 1. Introdução (técnicas de levitação) 2. Levitação Eletromagnética (EML) 3. Levitação Eletrodinâmicas (EDL) 4. Levitação Supercondutora (SML) R.M. Stephan 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 1

2 Técnicas de Levitação 1. Introdução Mecânica Pressão de ar Aerodinâmica Elétrica Força eletrostática tica Magnética Eletrodinâmica (f = i x B) Imã Permanente Corrente Alternada (CA) Eletromagnética tica (µ( >>1) Imã Permanente (passivo) Ativo Diamagnética Normal (µ( < 1) Supercondutora (µ( = 0) 2

3 Força a eletrostática tica 3

4 Força Eletrodinâmica (Lorentz): F = Q ( v x B ) Força Eletromagnética: Forças magnéticas Energia Armazenada = W a = (1/2) B.H dv W a = (1 2) B a H a V a = (1 2) B a H a A a x F = W a / x = (1 2) B a H a A a F/ A a = (1 2µ 0 ) (B a ) 2 para B=1T F/ A a = 40 N/cm 2 ~ 4 atm Força Diamagnética: F = m. B 4

5 2. Levitação Eletromagnética tica (EML) Levitação Eletromagnética tica Passiva Ímã Permanente Samuel Earnshaw, On the Nature of the Molecular Forces which Regulate the Constitution of the Luminiferous Ether. Trans. Camb. Phil. Soc., V7, pp ,

6 Levitação Eletromagnética tica Passiva 6

7 Levitação Eletromagnética tica Ativa 7

8 Levitação Eletromagnética tica Ativa 8

9 Levitação Eletromagnética tica - Tranrapid em Xanghai 9

10 3. Levitação Eletrodinâmica (EDL) 10

11 Levitação Eletrodinâmica 11

12 12

13 Levitação Eletrodinâmica Linha de Yamanashi 13

14 4. Levitação Supercondutora - SML 14

15 Força diamagnética 15

16 5. Comparação de forças Método de levitação EML EDL SML Pressão (N/cm 2 ) gap usual (mm)

17 Comparação SML x EML 0,0 kw/t 1,7 kw/t velocidade tração levitação SML levitação EML 70 km/h 150 kw ~ 0 kw 500 kw 450 km/h kw ~ 0 kw 500 kw 17

18 Tecnologia SML Material NdFeB Dimensão (mm) 100x50x50 Peso / Densidade 1,86kg 7,44 kg/dm 3(*) Custo (US$) 1 EU = 1,5 US$ 40,00 21 US$/kg YBCO criostato c/24 blocos 1m MagLev 4 criostatos 1m (duplo) linha imãs 64x32x12 C = 437 L = 182 H = 109 0,16kg 6,59 kg/dm 3 20 kg 95 kg (*) Fe 7,8 kg/dm 3 (**) Ouro 28 US$/g 430,00 27 US$/g (**) , , ,00 18

19 6. Nichos de Aplicação 6.1 Transporte Urbano (MagLev( MagLev-Cobra) Reduções de custos em relação ao Metrô Carga distribuída da ao longo do veículo Metade do peso total Raio mínimo m de inscrição 30 m Rampas de até 15% Metade da área de escavação Menor custo operacional Menor impacto ambiental 1/3 do custo 19

20 Carga distribuída da ao longo do veículo P q L M 2 = ql 2 /8 M 1 = PL/4 M 1 = 2 M 2 20

21 Especificação Metade do peso total Unidade VLT MAGLEV Largura m 2,70 2,70 Altura m 3,80 2,70 Comprimento m 25,50 25,50 Altura do Piso m 0,95 0,20 Bitola m 1,60 1,60 Massa do Carro Vazio Passageiros sentados Passageiros em pép Lotação de passageiros Massa do Carro Lotado kg quantidade quantidade quantidade kg

22 Raio mínimo m de inscrição Veículo Ferroviário Comum Raio mínimo 250 m 22

23 Raio mínimo m de inscrição MAGLEV Cobra Raio mínimo 30 m 23

24 Rampas de até 15% 24

25 Seção retangular mínimo 14 m 2 Metade da área de escavação Seção circular mínimo 7 m 2 25

26 Menor custo operacional Motor linear de simples manutenção Sem trilhos e rodas para desgastar Menor consumo de energia 26

27 Gasto de Energia no Transporte de Passageiros (em kj por passageiro-quilômetro) MODALIDADE Mínimo Máximo Médio Eq.Maglev Andar a pé Bicicleta Hidroviário ,4 Ferroviário Aéreo Ônibus Automóvel Moto Maglev

28 Impacto ambiental Campo Magnético << 1.0 E-02 T 28

29 Impacto ambiental Ruído audível Metrô 80 km/h Transrapid 200 km/h MagLev-Cobra 80 km/h 80 db 73 db 60 db (valor estimado) db = 10 log (S/R) -3 db metade -10 bb 10 vezes menor -20 bb 100 vezes menor 29

30 MagLev-Cobra 30

31 MagLev-Cobra 31

32 MagLev-Cobra 32

33 MagLev-Cobra INV 1 INV 2 INV 3 INV 4 3Ø TRAFO Y - Δ V - 33

34 MagLev-Cobra CT1 CT2 34

35 Ligando Aeroportos 35

36 MagLev-Cobra Cobra: quebra de paradigmas. Ecologicamente correta - menor poluição sonora e ambiental, menor consumo de energia. Economicamente correta - menor custo de implantação e manutenção. Politicamente correta - tecnologia nacional com oportunidade de crescimento industrial e científico. Tecnicamente correta levitação mais vantajosa que o método eletromagnético tico ou eletrodinâmico. Socialmente correta - facilitará a mobilidade urbana. 36

37 6. Nichos de Aplicação 6.2 Transporte Interurbano (TAV Rio-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 simples R. 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/

38 Afinal, a história nos ensina que a quebra de paradigmas costuma ser benéfica. Algumas vezes demora, infelizmente! 38

39 dee.ufrj.br/lasup

40 Agradecimentos: CNPq CAPES CAPES FAPERJ pelo apoio financeiro Robeto Nicolsky Rubens de Andrade Jr. Antônio Carlos Ferreira Guilherme Gonçalves Sotelo Ocione José Machado Eduardo Motta Daniel Dias Sérgio Ferreira e muitos outros 40

41 Grato pela atenção! 41

42 Impacto ambiental Emissão de CO 2 no transporte MODALIDADE Combust. Unidade kgco 2 /unid. Passag. Consumo Unid/pax kg.co 2 /pax Avião 373 QAV litro 2, ,95 98,08 Autom 1.4 Gasolina litro 2, ,22 26,52 Van Diesel litro 2,62 10,5 55 5,24 13,72 Ônibus Diesel litro 2, ,03 13,17 Trem Diesel litro 2, ,03 13,17 TAV Eletricidade kwh 0, ,29 3,72 Maglev Eletricidade kwh 0, ,50 2,60 42